DualTwins4Industry

Duale digitale Zwillinge der Zukunft

Digitalisierung und Nachhaltigkeit von Produkten und Produktionsprozessen sind zwei zentrale Zukunftsperspektiven, die den Erhalt und den Ausbau der Wettbewerbs- und Innovationsfähigkeit am norddeutschen Standort sichern. Der Zukunftscluster-Finalist DualTwins4Industry möchte mit den sogenannten dualen digitalen Zwillingen diese Ziele umsetzen.

Fertigung eines individuellen Hüftimplantats auf einer Werkzeugmaschine. Darstellung des Datenzwillings des Implantats weist auf die Mitwirkung des Dualen Zwilling hin.
Dualer Zwilling ermöglicht Fertigung eines individuellen Hüftimplantats durch Optimierung der Prozessparameter an der Werkzeugmaschine, © IFW

Warum „Zukunftscluster-Finalist“?

In der 2. Wettbewerbsrunde wurden im Februar 2021 aus 117 eingereichten Skizzen 15 Zukunftscluster-Finalisten ausgewählt, die in einer sechsmonatigen Konzeptionsphase ihre Clusterstrategie entwickeln sollen. Mitte 2022 wird eine unabhängige Jury schließlich jene Zukunftscluster auswählen, die ihre Stategien in der ersten dreijährigen Umsetzungsphase verwirklichen können.

Hintergrundinformationen zu DualTwins4Industry

Mit den folgenden Texten stellt sich der Zukunftscluster-Finalist DualTwins4Industry persönlich vor.

Das Ziel von DualTwins4Industry ist der Aufbau eines Zukunftsclusters, welcher den Ansatz der dualen digitalen Zwillinge in einer breiten Palette von Unternehmen in der Region etabliert und damit als Leuchtturm für den Innovationsstandort Deutschland fungiert. Relevante Stakeholder aus Industrie, Gesellschaft und interdisziplinärer Wissenschaft sollen im Sinne bedarfsorientierter Forschung in den agilen und ganzheitlichen Innovationsprozess eingebunden werden, um ein Portfolio von Methoden und Technologien zum Aufbau dualer digitaler Zwillinge zu entwickeln, zu erproben und in die Anwendung zu bringen. Darüber hinaus wird der Wissens- und Technologietransfer sowohl in die regionalen Unternehmen als auch in die breite Öffentlichkeit durch ein zielgruppengerechtes Weiterbildungsangebot gewährleistet.

DualTwins4Industry will jedoch nicht nur die digitale Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands im internationalen Vergleich steigern, den gesellschaftlichen Wohlstand erhöhen und die Lebensqualität der Menschen hierzulande verbessern, sondern auch einen Beitrag zum Klima- und Umweltschutz leisten. Wichtige Anwendungsfelder zur Umsetzung dieser Ziele und den Einsatz dualer digitaler Zwillinge stellen daher Windenergie- und Photovoltaikanlagen dar. Ökonomische und ökologische Nachhaltigkeit werden durch gesteigerte Produktionseffizienz, Ressourcenschonung sowie optimierte Regenerations- und Recyclingprozesse unterstützt. Die Sicherung regionaler Arbeitsplätze – insbesondere in kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) – sowie der Aufbau einer zukunftsfähigen Infrastruktur und die Gestaltung guter Arbeitsbedingungen tragen überdies zur Förderung sozialer Nachhaltigkeit bei.

Die Basis für die Vision des Zukunftscluster-Finalisten DualTwins4Industry bilden die exzellenten Ergebnisse des Sonderforschungsbereichs (SFB) 871 „Regeneration komplexer Investitionsgüter“. Seit 2010 forscht ein interdisziplinäres Team der Leibniz Universität Hannover an der Regeneration sowie der digitalen Abbildung des Investitionsguts und der Produktion.

Schon während der Förderlaufzeit zeigte sich in der Zusammenarbeit mit der Industrie, dass sich diese Konzepte nicht nur auf die Regeneration der exemplarisch untersuchten Flugtriebwerke anwenden lassen. Sowohl bei der Neufertigung von Investitionsgütern als auch bei ihrem Betrieb, ihrer Regeneration und ihrem Rückbau lassen sich die dualen digitalen Zwillinge besser als herkömmliche Planungsverfahren nutzen.

Die Kombination eines digitalen Zwillings des Produkts mit dem digitalen Zwilling der Produktion führt zu einem dualen digitalen Zwilling. Dieser ermöglicht automatisierte Entscheidungen und Ablaufplanungen, mit denen es gelingt, Investitionsgüter und Produkte entsprechend der kundenspezifischen Anforderungen zu regenerieren.

Als Basis für die Skalierbarkeit und Übertragbarkeit der dualen digitalen Zwillinge auf große individuelle und somit auch hochpreisige Investitionsgüter und Produkte sowie kleine Massenproduktionsgüter wird an der Leibniz Universität Hannover die Forschungsinfrastruktur mit dem Forschungsbau SCALE – Skalierbare Produktionssysteme der Zukunft – erweitert. SCALE widmet sich der Skalierung technischer Ansätze sowohl über mehrere Größenordnungen der Abmessungen als auch über Losgrößen.

 Das Team von DualTwins4Industry fokussiert seine Arbeit während der Konzeptionsphase auf die Erarbeitung einer Clusterstrategie für die erfolgreiche Implementierung von dualen digitalen Zwillingen innerhalb der regionalen Wirtschaft und Gesellschaft.

Um frühzeitig den interdisziplinären Austausch als essentielles Element der Clusterkultur zu fördern, wurde frühzeitig durch professionell begleitete Kreativworkshops eine gemeinschaftliche, produktive und agile Arbeitsweise etabliert. Im konstruktiven Dialog mit Wirtschaftsunternehmen und Verbänden der Region werden Schwerpunkte der Clusterstrategie erarbeitet und definiert.

Ein gefördertes Kernteam, bestehend aus Nachwuchsforscherinnen und -forschern aus fünf unterschiedlichen Disziplinen, und ein eng kooperierendes assoziiertes Team arbeiten nun seit Förderungsbeginn an der Erarbeitung notwendiger Strukturen, der Gewinnung von Projektpartnerschaften und der Entwicklung von Umsetzungsideen, um aus dem Projekt DualTwins4Industry einen erfolgreichen Cluster mit Strahlweite für die norddeutsche Region sowie ganz Deutschland zu entwickeln.

Auf einen Blick
  • Projektlaufzeit: 01.10.2021 bis 31.03.2022 
  • Zuwendung des Verbundes: 179.252,71 € (inkl. Projektpauschale)
  • Zuwendungsempfänger: Leibniz Universität Hannover: Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik, Institut für Fertigungstechnik und Werkzeugmaschinen, Institut für Berufspädagogik und Erwachsenenbildung, Institut für Werkstoffkunde, L3S Research Center 
  • Weitere Partner, die die Arbeiten der Konzeptionsphase unterstützen:  Institut für Dynamik und Schwingungen, Institut für Produktionswirtschaft, Institut für Solarenergieforschung GmbH

DualTwins4Industry stärkt die Clusterregion Hannover beziehungsweise Norddeutschland in zentralen Zukunftsthemen. Im Kontext von digitalen Zwillingen wurden bereits Fortschritte bei der Entwicklung und Anwendung innovativer Technologien erzielt. Diese Insellösungen werden durch DualTwins4Industry aufgegriffen und zu einem schlüssigen Gesamtkonzept geformt. Ein Ziel hierbei ist, duale digitale Zwillinge durchgängig in mehreren Lebenszyklusphasen in eine digitale Wertschöpfungskette zu integrieren. Dabei nimmt die Abdeckung der Phasen von der Entwicklung über die Herstellung, der Nutzung bis hin zur Regeneration beziehungsweise dem Recycling eine zentrale Rolle ein. Den beteiligten KMU eröffnen sich neue Geschäftsfelder, die nachhaltig ihre Wettbewerbsfähigkeit erhöhen.

Darüber hinaus steigert der Einsatz dualer digitaler Zwillinge die Effizienz und Rentabilität des Produktentwurfs und der Produktion. Werden Informationen über Produkte und deren Anforderungen detailliert digital abgelegt und mit denen der Produktionssysteme gekoppelt, können mit künstlicher Intelligenz angereicherte Assistenzsysteme geschaffen werden. Durch die optimierte Produktentwicklung, höhere Auslastung von Maschinen und gesteigerte Verfügbarkeit von Anlagen werden Energie und Ressourcen eingespart und die Erreichung von Klimaschutz- und Nachhaltigkeitszielen gefördert.

Gleichzeitig werden Routineaufgaben der Beschäftigten vereinfacht, deren Kernkompetenzen aufgewertet und Arbeitsbedingungen verbessert. Im Umgang mit zukunftsweisender Technologie sollen Fachkräfte im Cluster qualifiziert und regionale Arbeitsplätze gesichert werden. Der Wissens- und Technologietransfer wird dabei über die regionalen Unternehmen hinaus in die breite Öffentlichkeit getragen.