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Forschungsgruppen
Titel Kurzbeschreibung

The aim of the Artificial Intelligence Department at the IMI is to create and study intelligent human-centered systems in reality-like environments. 

Forschungsfeld Digitaler Zwilling

Digitale Zwillinge und Lifecycle

In Zukunft existiert jedes Produkt, jede Maschine und jede Produktionsstätte doppelt: Neben dem physischen Objekt steht dessen virtuelles Abbild, das viel mehr ist als nur eine digitale Kopie. Physisches Objekt und virtuelles Abbild sind miteinander vernetzt und exakt synchronisiert, sodass sie sich bidirektional beeinflussen können. Das physische Objekt lässt sich ebenso aus dem Digitalen Zwilling steuern wie sich aus dem virtuellen Modell der Zustand des physischen Objektes ablesen lässt. So können Unternehmen erheben, wie sich ihr Produkt im Einsatz verhält, sie können Änderungen an Produkten oder Anlagen simulieren, ehe sie real umgesetzt werden oder gänzlich neue Geschäftsmodelle umsetzen. Wir unterstützen sie dabei.

Entwicklung und Betrieb Digitaler Produkt- und Fabrikzwillinge

Digitale Zwillinge sind neue Lösungen für die Entwicklung und den Betrieb von Produkt- und Produktionssystemen. Ihre Potenziale sind vielfältig: Sie ermöglichen beispielsweise die Bereitstellung und Analyse aktueller Betriebszustände, die Prognose zukünftigen Verhaltens, Echtzeit-Optimierungen von Prozessen oder virtuelle Umplanungen während des laufenden Betriebs. Wir unterstützen Sie bei der Entwicklung und dem Betrieb Ihrer Digitalen Produkt- oder Fabrikzwillinge.

Modelle und Modellierung Digitaler Zwillinge

Digitale Zwillinge sind zweckorientiert sowie phasen- und anwendungsspezifisch. Deshalb setzen wir unterschiedliche Modelle für ihre Entwicklung und Simulation ein – von Systemmodellen über physikalische bis hin zu Erlebbarkeitsmodellen. Mit dem 8D-Modell begleiten wir Sie methodisch bei der Ausgestaltung Ihrer Digital Twin-Lösungen.

IT-Architekturen und Infrastruktur für Digitale Zwillinge

Datendurchgängigkeit, heterogene Systemlandschaften und unternehmensübergreifende Zusammenarbeit stellen hohe Anforderungen an Robustheit, Flexibilität und Erweiterbarkeit der IT-Systemarchitektur sowie der verwendeten Technologien. Mit dem Design-Elements-Modell bieten wir konzeptuelle Hilfe bei dem Aufbau und der Planung Ihrer IT-Architekturen und Infrastrukturen und rüsten Sie für den Einsatz Digitaler Zwillinge.

Die Erfassung und Modellierung von Objekten oder Prozessen der realen Welt in einem digitalen Zwilling ermöglicht die Simulation, Vorhersage und Optimierung von Verfahren, die ganzheitliche Analyse von Objekten, Personen und Umgebungen und somit die Extraktion von Informationen, die sonst nicht direkt messbar sind. Außerdem führt die Rückkopplung der digitalen Informationen in die reale Welt zu neuartigen Assistenzsystemen und automatisierten Entscheidungshilfen. Das IMI  bietet mit seinen vielfältigen technologischen Kompetenzen Lösungen und bündelt diese im Geschäftsfeld Digitale Zwillinge.

 

Nachhaltigkeit mithilfe von Digitalen Zwillingen

 

Nachhaltigkeit fängt mit der ersten Idee an

Produktentwickelnde tragen die Verantwortung, ihre Produkte möglichst optimal zu gestalten. Dazu zählen nicht nur die funktionale, sondern auch die ressourceneffiziente, emissionsarme und sozial verantwortungsbewusste Auslegung. Dabei gilt es, alle Produktlebenszyklusphasen vorzudenken – eine klassische Aufgabe des Product Lifecycle Managements. Um Aussagen über die tatsächliche Nachhaltigkeit eines Produktes oder Systems treffen zu können, müssen viele Informationen entlang des Produktlebens – von der Materialbeschaffung bis zum Lebensende – gesammelt und bewertet werden. Hierzu gibt es verschiedene Ansätze aus dem Bereich der Nachhaltigkeitsbewertung, wie die Ökobilanzierung oder das Life Cycle Sustainability Assessment. Diverse Ansätze, wie Ecodesign-Richtlinien, unterstützen Ingenieure und Ingenieurinnen schon heute dabei, ihre Produkte nachhaltiger zu gestalten.

Digitale Zwillinge als Enabler für Nachhaltigkeitsbewertung

Im Rahmen der Nachhaltigkeitsbewertung ist als Konzept insbesondere der Digitale Zwilling interessant, da er ermöglicht, produktspezifische Daten zu sammeln, entlang des Lebenszyklus zu verknüpfen und Auswertungen sowie Optimierungen umzusetzen. Dabei können sowohl live Auswertungen genutzt werden, um in das Produktleben einzugreifen, als auch Rückschlüsse auf die Produktentwicklung getroffen werden – das so genannte Feedback to Design.

Erste Studienergebnisse zeigen ein großes Potenzial für ökologische Nachhaltigkeitsbewertungen mithilfe von digitalen Zwillingen. Bei vielen Unternehmen (52 Prozent) ist die Abbildung und Optimierung des Produkt- oder Produktionsanlagen-individuellen Energieverbrauchs bereits heute ein relevantes und adressiertes Thema. 42 Prozent der Unternehmen sehen in Zukunft auch weitere ökologische Indikatoren als durch den digitalen Zwilling abbildbar und optimierbar durch bessere und frühere Prognosen.

Erfahren Sie mehr über Digitale Zwillinge

  • Nachhaltigere Produkte durch Digitale Zwillinge
  • Aufbau semantischer Netze zur Verknüpfung der Indikatoren und Designparameter
  • Etablierung von Feedback to Design mit (Echtzeit-)daten aus der Produktion
  • Entwicklung von Services in der Nutzungsphase von Produkten für nachhaltigere Produktnutzung
  • Gestaltung von Lösungen zur nutzerzentrierten Informationsbereitstellung
  • Einführung von Assistenzsystemen für die Entwicklung nachhaltiger Produkte
  • Potentialanalysen und Machbarkeitsstudien
  • Prozessuale Begleitung der Einführung

Mehrwert für Kunden

  • Monitoring von Nachhaltigkeitsindikatoren entlang des Lebenszyklus im Digitalen Zwilling
  • Optimierung von Nachfolgeproduktgenerationen durch Lernen aus den Digitalen Zwillings-Informationen
  • Identifikation von Gestaltungshebeln am Produkt oder System für frühzeitige Optimierung der Nachhaltigkeit
  • Frühzeitige Prognose von Nachhaltigkeitsindikatoren im Produktentwicklungsprozess

 

Digital Twin Readiness Assessment

Mit dem Digital Twin Readiness Assessment haben wir eine innovative Vorgehensweise entwickelt, um den Reifegrad von Unternehmen auf dem Weg zum Digitalen Zwilling strukturiert zu ermitteln und zu bewerten. In einer ersten Studie wurde das Reifegradmodell auf Unternehmen der fertigenden Industrie in der DACH-Region angewendet. Zirka 60 Prozent der beteiligten Unternehmen beschäftigen mehr als 50.000 Mitarbeitende.

Zentrale Erkenntnisse:

  • Digitale Zwillinge fungieren meist als datenbereitstellende Systeme oder werden zur Absicherung und Fehleranalyse verwendet.
  • Das Angebot automatisierter Mehrwertdienste und die Ausgestaltung als autonome oder adaptive Systeme wird bislang in wenigen Digitalen Zwillings-Konzepten berücksichtigt.
  • Erst durch die, noch nicht erfolgte, unternehmensübergreifende Kollaboration und eine Vernetzung der Digitalen Zwillinge entfaltet sich deren ganzes Potenzial.
  • Die Einführung Digitaler Zwillinge kann erst gelingen, wenn die Unternehmen in allen Bereichen vom „Verständnis und Einsatz“ über „Zielbild und Konzepte“ bis in die „Umsetzung“ eine hohe Reife erlangt haben. Das erfordert eine erhöhte Agilität und gesamtheitliches Denken von den Mitarbeitenden.

Die Gruppe PM2AE widmet sich der Erforschung und Evaluation von Anwendungen des Paradigmas der Subjekt-Orientierung bzw. des Subjekt-Orientierten Business Process Managements (S-BPM) im Ingenieurwesen.

Die Forschungsgruppe Smart Immersive Environments (SIE) widmet sich der Erforschung, Entwicklung und Optimierung des Einsatzes von Virtual-Reality-Technologien für Ingenieuranwendungen, im Bauwesen, im Labor und in der Industrie. Wir decken den gesamten Virtualisierungszyklus ab, angefangen bei der Digitalisierung bis hin zu intelligenten virtuellen Umgebungen in immersiven Systemen.