Der Digitale Zwilling revolutioniert die Industrie 4.0: Dr. Michael Grieves stellte das Konzept bereits 2002 erstmals vor.
Vordenker

„Ich nannte ihn Doubleganger“

Industrie 4.0 ist nur mit dem digitalen Zwilling möglich. Diese Überzeugung vertritt Dr. Michael Grieves. Grieves ist der Pionier des Product Lifecycle Managements und hat den digitalen Zwilling erfunden. Heute hält er Vorträge auf der ganzen Welt. Zwischen Detroit und Schanghai erreichen wir ihn am Telefon.
Autor: Sabrina Waffenschmidt
Foto: Brad Ziegler
„Zuerst benutzte ich den Begriff Doubleganger“, erzählt Michael Grieves. Über die Idee des digitalen Zwillings begann der Amerikaner Ende der 90er-Jahre während seines Executive Management-Doktorandenprogramms an der Case Western Reserve University in Cleveland, Ohio, nachzudenken. Wenige Jahre später, 2002, stellte er das Konzept erstmals im Rahmen seiner Forschung zum Product Lifecycle Management (PLM) an der University of Michigan in Ann Arbor vor. Die englisch-deutsche Bezeichnung hatte er zu der Zeit schon wieder verworfen, die Folie mit der revolutionären Idee zeigte eine simple Grafik und trug den nüchternen Titel „Conceptual Ideal for PLM“. 
Während der Begriff in den folgenden Jahren immer wieder wechselte, steckte in dieser Grafik schon alles, was den digitalen Zwilling bis heute ausmacht: ein virtuelles Abbild, das alle Informationen eines physischen Produkts besitzt und dieses innerhalb des gesamten Produktlebenszyklus spiegelt. Eine Idee, die derart visionär war, dass sie sich noch viele Jahre lang nicht realisieren ließ. „Damals konnten wir einen umfassenden digitalen Zwilling überhaupt nicht umsetzen“, erinnert sich Grieves. „Doch ich war zu dem Zeitpunkt seit mehr als 30 Jahren in der IT-Branche unterwegs und der festen Überzeugung, dass Computer irgendwann so stark sein würden, meine Ideen zu verwirklichen.“

Erst heute realisierbar

Quasi von Anfang an – der 40 Jahre, die Michael Grieves in der IT-Welt zu Hause ist – wechselte er stets zwischen akademischer und ökonomischer Sphäre. Heute ist er Professor und Executive Director des Center for Advanced Manufacturing and Innovative Design (CAMID) am Florida Institute of Technology in Melbourne, USA, und Berater weltweit führender Industrieunternehmen. Gleichzeitig reist er als digitaler Pionier und gefragter Vortragsredner durch die ganze Welt. Seit er den digitalen Zwilling entwickelt hat, erlebte Grieves einen technologischen Fortschritt, der dazu führte, dass sein Konzept inzwischen Realität werden kann. „Heute haben wir die Möglichkeit, riesige Mengen an Daten zu verarbeiten. Wir können sie nicht nur abbilden, wie früher, sondern analysieren, für Simulationen nutzen und somit verstehen, wie das physikalische Pendant wirklich funktioniert“, berichtet Grieves.
Der digitale Zwilling verringert Kosten, steigert die Effizienz – und existiert immer bereits vor seinem realen Pendant. „Niemand marschiert blauäugig in eine Fabrik, klopft ein paarmal auf Metall und hofft: Auf wundersame Weise muss sich daraus ein Flugzeug oder Auto bauen lassen. Ich möchte ein Produkt virtuell entwickeln, es virtuell testen, virtuell herstellen und virtuell supporten. Und nur wenn das alles funktioniert, setze ich das physikalische Produkt um“, sagt Grieves. So können Produkte nicht nur stetig verbessert werden, sondern sich auch fortlaufend Kundenwünschen anpassen. „Früher verließ ein Produkt die Fabrik so gut, wie es eben hergestellt werden konnte. Dabei ist es lange geblieben. Indem wir Produkte zukünftig von kleinster Ebene an virtuell zusammenstellen, können sie sich stetig weiterentwickeln, was es uns wiederum ermöglicht, sie noch stärker zu spezifizieren. Irgendwann“, so Grieves, „wird eine serielle Maßanfertigung möglich sein.“

In Abstufungen einsetzen

Noch hat sich der digitale Zwilling nicht auf breiter Front etabliert. „Doch ich kenne keine Industrie, die nicht zumindest über das Konzept redet“, erklärt Grieves. Dabei kann der Zwilling in den unterschiedlichen Abstufungen eingeführt werden. „Er muss kein Alles-oder-nichts-Projekt sein. Es gibt ein weites Spektrum von Informationen, die ich erheben und mit dem Zwilling verarbeiten kann.“ Digitale Zwillinge könnten auch in sehr spezifischen, sehr begrenzten Szenarien zum Einsatz kommen.
Aktuell arbeitet Grieves auf mehreren Ebenen an der Verbesserung des Product Lifecycle Managements. Dazu gehört auch die Entwicklung eines smarten digitalen Zwillings, der – verknüpft mit künstlicher Intelligenz – voraussagen kann, was in den nächsten Stunden, Tagen oder Monaten in einer Produktion passieren wird. „Damit lassen sich Fehler korrigieren, bevor sie überhaupt auftreten.“ Hierfür müssten aber noch mehr Informationen auf der physikalischen Seite gewonnen und mehr Anwendungsfälle umgesetzt werden.

Virtuell planen und einfach ausdrucken

Großes Interesse zeigt Michael Grieves darüber hinaus an additiven Fertigungsverfahren wie dem 3-D-Druck. „Wenn ich ein Produkt virtuell plane, entwickle und teste, dann möchte ich es am Ende einfach nur noch ausdrucken. Das ist für mich eine logische Konsequenz. Denn so erhalte ich exakt diejenigen Eigenschaften – in der Geometrie ebenso wie im Verhalten –, die ich haben möchte.“
Eine Zukunft ohne digitalen Zwilling hält Grieves nicht nur für unwahrscheinlich, sondern im Bereich von Industrie 4.0 zudem für unverantwortlich. „Der Zwilling wird eng mit der vernetzten Produktion verbunden sein – und das ist sogar notwendig.“ Wenn Maschinen miteinander sprächen, kämen dem Zwilling wichtige Überwachungsaufgaben zu. „Ich habe Sorge, dass wir ohne den digitalen Zwilling bei Industrie 4.0 Übersicht und Kontrolle verlieren, sowohl was Effizienz als auch was Sicherheit angeht.“

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