Digitale Zwillinge als Instrument zur Optimierung des Arbeitsschutzsystems in der Produktion

In der heutigen Welt spielen digitale Technologien eine immer wichtigere Rolle in allen Bereichen menschlicher Tätigkeit, einschließlich Produktion und Management. Eine der vielversprechendsten Richtungen ist der Einsatz von digitalen Zwillingen (Digital Twin, DZ) eines Unternehmens, bei denen es sich um virtuelle Modelle realer Objekte und Prozesse handelt. Diese Modelle werden unter Verwendung moderner Informationstechnologien und mathematischer Methoden erstellt, was es ermöglicht, präzise und aktuelle Daten über den Zustand des Unternehmens zu erhalten und dessen Entwicklung zu prognostizieren.

Was ist ein digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling (im Folgenden: DZ) ist ein lernendes System, das aus einem Satz mathematischer Modelle verschiedener Systemkomponenten besteht und kontinuierlich Informationen von Sensoren sammelt. Diese Informationen werden unter Berücksichtigung der Ergebnisse tatsächlicher Tests korrigiert, und das System sagt das Verhalten des Systems über seinen gesamten Lebenszyklus voraus. Der digitale Zwilling ermöglicht es, das Verhalten eines realen Objekts in der realen Welt zu simulieren.

Das Konzept des digitalen Zwillings wurde erstmals vor etwa zwei Jahrzehnten als innovatives, umfassendes Instrument mit klaren Vorteilen vorgeschlagen: Überwachung, Modellierung und Prognose in Echtzeit. Im Wesentlichen handelt es sich um eine virtuelle Kopie eines realen Objekts, die mit diesem Daten austauscht. Seitdem hat sich dieser Begriff etabliert, und die digitalen Zwillinge selbst gewinnen jedes Jahr neue Fähigkeiten hinzu.

Die Möglichkeiten digitaler Zwillinge zur Überwachung und Datenerfassung in Echtzeit hängen von der Interaktion physischer Objekte untereinander in einer simulierten Umgebung und mit der externen Umgebung in Unternehmensinformationssystemen ab. Die Datenanalyse basiert auf Big-Data-Verarbeitungsalgorithmen und Werkzeugen des maschinellen Lernens. Die Kombination dieser Technologien und ihre Umsetzung in einem oder mehreren Projekten erfordert technische Kapazitäten, tiefgreifendes Wissen und Fähigkeiten.

Bis vor kurzem war die Erstellung digitaler Zwillinge eine recht komplexe Aufgabe, aber dank des Durchbruchs in der Entwicklung digitaler Technologien wie dem Internet der Dinge, 5G-Netzwerken, Cloud Computing und künstlicher Intelligenz hat sich die Situation geändert, und heute gehören digitale Zwillinge zu den wichtigsten Technologietrends.

Wie funktionieren digitale Zwillinge?

Ein digitaler Zwilling besteht aus drei Hauptkomponenten: dem realen Objekt, seiner virtuellen Kopie und dem ständigen Datenaustausch zwischen ihnen. Seine Einzigartigkeit liegt darin, dass zur Eingabe von Daten Informationen von Sensoren realer Geräte verwendet werden, die gleichzeitig arbeiten. Der Betrieb kann sowohl im Echtzeitmodus (on-line) als auch im autonomen Modus (off-line) erfolgen, wonach die Ausgangsdaten des digitalen Zwillings mit realen Daten verglichen werden können, um Anomalien zu erkennen und deren Ursachen zu ermitteln.

Wo liegt der Nutzen des Einsatzes digitaler Zwillinge für HSE-Spezialisten?

Für HSE-Spezialisten eröffnen digitale Zwillinge neue Möglichkeiten in den Bereichen Risikoanalyse, Planung und Kontrolle von Arbeitsschutzmaßnahmen sowie in der Mitarbeiterschulung.

• Risikobewertung: Digitale Zwillinge ermöglichen die Erstellung eines detaillierten Modells des Unternehmens unter Berücksichtigung aller spezifischen Merkmale und Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten. Dies ermöglicht eine Risikoanalyse zur Identifizierung der anfälligsten Bereiche und Prozesse sowie die Entwicklung von Maßnahmen zur Vermeidung von Notsituationen und zur Verringerung der Verletzungswahrscheinlichkeit für Mitarbeiter.
• Planung und Überwachung von Maßnahmen: Digitale Zwillinge bieten die Möglichkeit, die Wirksamkeit geplanter HSE-Maßnahmen im Voraus zu bewerten, wie z. B. die Modernisierung von Anlagen, die Einführung neuer Technologien oder Änderungen im Arbeitsablauf. Dies ermöglicht die Auswahl der effektivsten Lösungen sowie die Verfolgung des Fortschritts der Maßnahmen in allen Phasen der Implementierung.
• Mitarbeiterschulung: Digitale Zwillinge können als Simulatoren für die Personalschulung eingesetzt werden. Dies ermöglicht es, Mitarbeiter unter Bedingungen zu schulen, die der Realität so nah wie möglich kommen, was die Effektivität der Schulung erhöht und die Fehlerwahrscheinlichkeit bei der realen Arbeit verringert. Zudem kann der Einsatz digitaler Zwillinge die Kosten für HSE-Tests und -Studien erheblich senken, da virtuelle Modelle Versuche ohne Risiko für Mensch und Umwelt ermöglichen.

Es sollte jedoch erneut darauf hingewiesen werden, dass der Einsatz digitaler Zwillinge vom HSE-Spezialisten bestimmte Kenntnisse und Fähigkeiten im Bereich der Informationstechnologie erfordert. Daher ist es für die vollständige Umsetzung dieser Möglichkeiten notwendig, zusätzliche Schulungen und Qualifizierungsmaßnahmen für HSE-Mitarbeiter durchzuführen.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass digitale Zwillinge von Unternehmen eine vielversprechende Richtung im HSE-Bereich darstellen, die es ermöglicht, die Arbeitseffizienz zu steigern und die Arbeitsbedingungen im Unternehmen zu verbessern.