Human Twin im Maschinenbau - Der Mensch als Teil der geplanten Anlage

Was ist ein Digitaler Zwilling bzw. Human Twin?

Ein digitaler Zwilling ist ein digitales Modell, das einen reellen Prozess oder eine reale Maschine in Echtzeit nachbildet. Der digitale Zwilling wird fortlaufend mit den echten Maschinendaten versorgt und bildet so zu jedem Zeitpunkt des tatsächliche Maschinenverhalten ab. Die gesammelten Daten werden in einer virtuellen Umgebung verarbeitet und dienen dazu, einerseits die Effizienz und Leistung der Prozesse zu verbessern und andererseits dazu, die Maschine zu jedem Zeitpunkt zu überwachen. Damit werden nicht nur Risiken minimiert, sondern auch Kosten gesenkt.

Themen wie die Prozessoptimierung, die verbesserte Qualität, die Senkung der Kosten und die Verbesserung der Automatisierung stehen beim Einsatz des Digital Twins stets im Fokus. Der Human Twin gilt dabei als Ergänzung zum digitalen Zwilling. Dabei wird nicht nur die Maschine in die Simulation als virtuelles Modell integriert, sondern auch der Mensch an den Produktionsanlagen. Die Planung und Überwachung der Fertigung unter Einbeziehung des menschlichen Abbilds bietet Unternehmen die Möglichkeit, Lösungen für den Betrieb zu entwickeln, die alle Komponenten digital abbilden.

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Wie war die Situation bisher?

Arbeitsplatzgestaltungen waren bisher immer mit einem großen zeitlichen und monetären Aufwand verbunden. Das liegt daran, dass Änderungen und Anpassungen im Vorfeld von langer Hand geplant werden mussten, dann aber der Praxistest erst nach der realen Inbetriebnahme möglich war. Im schlimmsten Fall konnte das bedeuten, dass Fehlplanungen erst dann aufgefallen sind und nochmals überarbeitet werden mussten. Das Problem lag eigentlich auf der Hand. Manuelle Arbeitsstationen und Anlagen wurden ohne die Einbeziehung der Menschen geplant und gebaut.

Simulationen unter Einbeziehung des Human Twins sind genau die Lösung für dieses Problem. Wenn der Mensch von Anfang an Teil der Simulation ist, dann kann die Zusammenarbeit zwischen Menschen und Maschinen in die frühe Entwicklung der IT-Infrastruktur einbezogen werden.

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Schritte zur Integration der Human Twins

Wie wird der Human Twin in eine Simulation integriert? Mittels vorhandener Bibliotheken ist eine schnelle und einfache Modellerstellung in Simulationssoftware wie iPhysics machbar. Im zweiten Schritt wird die Montagereihenfolge festgelegt. Erst linke und dann rechte Hand. Anschließen werden Behälter, Vorrichtungen und Werkzeuge digital hinzugefügt. Aufgrund hinterlegter Zeiten aus einer MTM-Tabelle können Zeiten für Greifen, Ablegen, Einfädeln, Montieren, etc. simulativ ermittelt werden.

Im letzten Schritt wird die Arbeitsstation für mehrere Produktvarianten und Anwendungen optimiert. Damit sind Unternehmen in der Lage, ergonomische Arbeitsplätze aufzubauen und damit physiologischen und weiteren gesundheitlichen Problemen vorzubeugen.

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Wie Unternehmen im Maschinenbau von einem Human Twin profitieren

Virtuelles Prototyping
Die Schaffung eines Human Twins ermöglicht es Ingenieuren und Designern, Maschinen und Anlagen unter Einbeziehung des Menschen virtuell zu testen und zu optimieren, bevor physische Prototypen erstellt werden. Dies kann die Entwicklungszeiten verkürzen und Kosten reduzieren.

Fehlererkennung und -behebung
Durch die Simulation von menschlichem Verhalten in der Arbeitsplatzumgebung können potenzielle Fehler oder Probleme frühzeitig erkannt und behoben werden, bevor die physische Umsetzung erfolgt. Dies trägt zur Verbesserung der Gesamteffizienz und Qualität bei.

Ergonomieoptimierung
Dies ist besonders wichtig, um sicherzustellen, dass Arbeitsplätze sicher und komfortabel sind. So kann die langfristig die Gesundheit der Mitarbeiter am Arbeitsplatz gewährleistet werden.

Prozessoptimierung
Durch die Simulation von menschlichem Verhalten können Prozesse im Maschinenbau optimiert werden. Dies beinhaltet die Verbesserung von Arbeitsabläufen, die Minimierung von Wartezeiten und die Maximierung der Effizienz.

Schulung und Weiterbildung
Der Digital Twin kann auch für Schulungs- und Weiterbildungszwecke genutzt werden. Mitarbeiter können in einer virtuellen Umgebung, z.B. im Industrial Metaverse geschult werden, um mit den geplanten Maschinen und Prozessen vertraut zu werden, bevor sie in der realen Welt eingesetzt werden.

Datenanalyse und Verbesserungen
Durch die Erfassung und Analyse von Daten aus der Simulation können kontinuierliche Verbesserungen vorgenommen werden. Dies ermöglicht es, den Human Twin im Laufe der Zeit zu optimieren und die Leistung in der realen Welt zu steigern.

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Wie funktionieren Human Twins?

Mit der Human Twin Simulation stehen jetzt viel schneller und einfacher, vor allem präzisere Informationen über Prozesse, Zeiten und kritische Punkte ihrer neuen Arbeitsstation als bisher zur Verfügung. Produktivere Montagestationen werden so entstehen, Montagestationen, die ergonomischer, effizienter und effektiver sind als ohne vorherige Simulation. Einfach weil diese Montagestationen schon vor Aufbau vielfach simuliert und getestet wurden, mehrere Varianten ausprobiert, verfeinert und ggfs. auch wieder verworfen wurden, als das jemals mit echter, realer Hardware durchgeführt werden könnte. Das bedeutet: Es werden schnellere, produktivere und ergonomischere Arbeitsstationen entstehen und teure Mitarbeiterkapazitäten so gezielter und produktiver eingesetzt werden. Gerade Hochlaufzeiten auf Kammlinie werden durch den Human Twin deutlich verkürzt – weil Testen und Verfeinern der Montagestationen kostengünstig und effizient, schon lange im Vorfeld, vor dem Aufbau in echter Hardware durchgeführt wurde. Der größte Vorteil: Kundenmengen werden zuverlässig und qualitätsgesichert hergestellt, Liefertermine eingehalten und Gewinne schneller realisiert als ohne Human Twin.

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Wo werden Human Twins eingesetzt?

Der Human Twin kommt im Rahmen einer virtuellen Inbetriebnahme zum Einsatz, aber besonders dann, wenn eine Montagestation neu aufgebaut wird oder bestehende Montagearbeitsplätze umgebaut oder verändert werden sollen. Das können einfach Produktvarianten, Produktneuanläufe auf bestehenden Montagestationen oder Umgestaltungen im Rahmen von Optimierungsprojekten sein. Die Bedeutung dieser Technologie für IIOT bei der Planung, Wartung und Entwicklung einer Anlage zeigt sich im Nutzen für das spätere System. Gerade in Kombination mit dem Digital Twin in der Produktion und Montage wird der Human Twin immer entscheidender für eine optimale Arbeit an den Anlagen.

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