Mit Digitalen Zwillingen Prozesse optimieren

Wie lässt sich die Produktion von Insekten effizienter und nachhaltiger gestalten? Dieser Frage geht ein Digitalisierungsprojekt des Mittelstand-Digital Zentrums Klima.Neutral.Digital nach. Gemeinsam mit einem jungen Unternehmen entwickelt ein Team einen digitalen Zwilling, der Wachstum und Futter der Insektenpopulation optimiert.

Kern des „Insektenzwillings“ sind KI-Modelle, die Menge und Gewicht von Mehlwurm-Larven auf Basis von Bilddaten schätzen. Diese Informationen fließen zusammen mit Sensordaten zu Temperatur, Feuchtigkeit und anderen Parametern in eine virtuelle Abbildung der Zuchtanlage. Anhand dieser Simulation lässt sich ermitteln, wie sich unterschiedliche Futtermischungen und Umgebungsbedingungen auf Wachstum und Gesundheit der Tiere auswirken. „Wir wollen die Rezeptur so optimieren, dass sie möglichst wenige Ressourcen verbraucht, aber die Insekten optimal gedeihen“, erklärt Janek Bender vom Klima.Neutral.Digital-Partner Forschungszentrum Informatik FZI. Gerade in Zeiten knapper und schwankender Rohstoffe sei das ein wichtiger Hebel für mehr Produktivität und Kreislaufwirtschaft. Denn als Futter kommen vor allem Reststoffe zum Einsatz, deren Zusammensetzung stark variiert. Mit KI-Unterstützung passt sich die Rezeptur dynamisch daran an.

Von Insekten bis Gebäudetechnik: Universell einsetzbar

Prozesse durch „Smart Twins“ zu optimieren, hat Potenzial weit über die Insektenzucht hinaus. Ein Bereich, in dem dies bereits vor Jahren erkannt wurde, ist das Bau- und Immobilienwesen mit dem Building Information Modelling (BIM). Mit dem Einsatz von Bilderkennungs-KI ist es denkbar, diese BIM-Datensätze der verbauten Gebäudetechnik allein über Fotos der Immobilie zu erstellen.

Technik spielt ihre Vorteile in komplexen Systemen aus

„Überall, wo komplexe Systeme von schwer kontrollierbaren Größen abhängen, kann dieser Ansatz helfen, bessere Ergebnisse zu erzielen“, erklärt Bender. Weitere Einsatzfelder sieht er etwa in der Lebensmittel- und Pharmaindustrie oder der Energiewirtschaft. Der Wirtschaftsinformatiker ermutigt daher kleine und mittlere Unternehmen, gemeinsam mit Klima.Neutral.Digital die Möglichkeiten der Technologie auszuloten.

In der Regel sei der erste Schritt, digitale Zwillinge von Maschinen zu erstellen. Dieser kann beispielsweise als Datenquelle dafür dienen, um mittels eines KI-Tools vorausschauende Instandhaltung zu betreiben, die Maschinensteuerung optimieren, Simulationen fahren oder Prognosen erstellen. In einem konkreten Projekt mit einem Mittelständler konnten so die Soll- und Liegezeiten in der Produktion um bis zu 50 Prozent reduziert werden. Des Weiteren kann man mit KI-Tools in digitalen Zwillingen Produktion energieflexibel planen, um Stromkosten zu reduzieren, wie der Klima.Neutral.Digital-Demonstrator Eflex zeigt – in diesem Fall mit der Methode des Reinforcement Learning.

Mittelstand-Digital unterstützt kleine und mittlere Unternehmen

Der erste Schritt zum Digitalen Zwilling kann ein Strategiegespräch mit Fachleuten von Klima.Neutral.Digital sein. Hier gilt es zunächst, die individuellen Ziele und Rahmenbedingungen des Unternehmens zu verstehen. Darauf aufbauend entwickelt das Team ein maßgeschneidertes Konzept, wie sich digitale Zwillinge gewinnbringend einsetzen lassen. So hilft es dabei, Mittelständlern den Zugang zu einer Schlüsseltechnologie der Zukunft zu ermöglichen.