Digital Twins –
Eine revolutionäre Technologie?

Eines der Buzz-Wörter, welche zusammen mit dem Metaverse, der Industrie 4.0 und Künstlicher Intelligenz häufig erwähnt wird, ist der Digital Twin (Digitaler Zwilling). Der Digital Twin ermöglicht durch Echtzeitdaten und Simulationen neue Potenziale für Unternehmen, ihre Prozesse zu verbessern und langfristig die Kosten zu sparen.

Was ist ein Digital Twin?

Mit einem Digital Twin (dt. Digitaler Zwilling) ist ein digitales Replikat eines realen Prozesses, einer physischen Anlage eines Produkts oder eines Systems gemeint. Das digitale Replikat und reale Objekt sind durch einen kontinuierlichen Informationsfluss miteinander verbunden.

Genauer kommt es zu einer dynamischen und wechselseitigen Verbindung, bei der sowohl der physische als auch der virtuelle Zwilling voneinander lernen und sich gegenseitig weiterentwickeln. Unternehmen wird es damit ermöglicht, Analysen, Vorhersagen sowie Optimierungen der Prozessleistung vorzunehmen.

Verschiedene Stufen des Digital Twin

Optimierungen und Analysen sind schon immer wichtiger Teil von Industrie-Unternehmen gewesen, um ihre Prozesse zu verbessern. Digitale Zwillinge sind seit neusten ein wesentlicher Bestandteil davon, je nach Art und Ausprägungsstufe.

Welche Stufen von Digitalen Zwillingen gibt es?

In der einfachsten Stufe ist der Digitale Zwilling nur ein digitales Modell, das genutzt wird, um das reale Produkt als Simulation zu replizieren.

Bei diesem erfolgt ein manueller Datenfluss zwischen dem physischen und dem digitalen Objekt. Das heißt, eine Änderung an einem der Objekte hat also keinen direkten Einfluss auf das jeweils anderen Objekt.

In der zweiten Stufe gibt es den digitalen Schatten. Bei diesem findet ein automatischer Datenfluss vom physischen Objekt bzw. Prozess zum digitalen Objekt statt. Bei Änderungen am physischen Objekt wird also auch der digitale Schatten beeinflusst.

Andersherum hat eine Änderung am digitalen Schatten jedoch keinen Einfluss auf das physische Gegenstück.

Die finale Stufe ist schlussendlich der wirkliche Digitale Zwilling. Bei diesem findet ein konstanter Datenaustausch zwischen physischem und digitalem Objekt in Echtzeit statt. Dabei kann auch das digitale Objekt das Physische Objekt verändern.

Wirkliche digitale Zwillinge sind technisch hoch komplex und schwer zu realisieren. Nur mithilfe von guter Echtzeit-Datenübertragung kann der Digitale Zwilling das volle Potenzial ausschöpfen.

Der Einsatz vom Digital Twin in diversen Branchen

Digitale Zwillinge werden heute bereits in verschiedenen Branchen wie im Gesundheitswesen, in der Automobilbranche, im Transportwesen und im Energiesektor eingesetzt, um die Effizienz zu verbessern, Kosten zu senken und die Sicherheit zu erhöhen.

Überschrift bei Bedarf

Die NASA zum Beispiel nutzt Digitale Zwillinge in der Forschung zur Vorhersage von Flugzeugbedingungen in einer Startumgebung.

BMW hat bereits einen Digitalen Zwilling für eine Fabrik aufgebaut, mit dem KI-basierte Simulationen durch ein Software-Tool für die Produktionsplanung möglich sind. Laut eigenen Angaben wurde damit bereits eine 20-30%ige Effizienzsteigerung in der Planung von Prozessen erreicht.

Auch ganze Anlagen wie Häfen können als Digitaler Zwilling dargestellt werden. Daran arbeiten Verantwortliche des Hafens von Rotterdam im Rahmen ihrer „Hafenvision 2030“. Dies soll für effizientere Abläufe in der Schiffsabfertigung und der Automatisierung sorgen.

Die Arten vom Digital Twin

Digitale Zwillinge können in verschiedene Arten unterteilt werden – meistens anhand ihrer Größe und Komplexität. Vier Arten von digitalen Zwillingen sind wie folgt definiert:

Digitaler Zwilling für einzelnes Teil:

Diese Art des Digitalen Zwillings stellt das Modell eines einzelnen Teils des Produktionssystems dar. Obwohl die Technologie in der Regel in größerem Maßstab eingesetzt wird, ist es dennoch möglich, kleinere Einheiten eines Betriebs darzustellen.

Digitaler Zwilling für eine Anlage:

Durch die Kombination von mehreren Einzelteil-Zwillingen, die miteinander verbunden sind, wird eine zusammenhängende Anlage eines Zwillings gebildet. Damit wird es möglich, ein besseres Verständnis aufzubauen, wie die unterschiedlichen Teile der Anlage miteinander interagieren.

Die Analyse ermöglicht Rückschlüsse, die sowohl die Digitalen Zwillinge der Einzelteile, aber auch der Anlage verbessern können.

Digitaler Zwilling für ein System:

Die nächste Ebene bzw. Art von Digitalen Zwillingen ist die Verbindung von mehreren Anlagen zu einem gesamtheitlichen System. Damit können die verschiedenen Interaktionen innerhalb eines Systems digital simuliert und analysiert werden.

Die gewonnenen Erkenntnisse sind viel umfassender, da es möglich ist, das System auf die Folgen unterschiedlicher Situationen zu testen und in einem gesamtheitlichen Überblick zu verstehen.

Digitaler Zwilling eines vollständigen Prozesses:

Im vollständigen Modell des Digitalen Zwillings werden alle Systeme eines Unternehmens zusammengefügt, um die unterschiedlichen Prozesse von Anfang bis Ende darzustellen. Der Digitale Zwilling eines vollständigen Prozesses ermöglicht es, die generierten Daten vollständig zu analysieren, Verbesserungen und Synergien gesamtheitlich zu erkennen und Entscheidungen besser zu treffen.

Wo können Sie Digital Twins einsetzen?

Die Vorteile von Digitalen Zwillingen

Digital Twins können in vielen Industrien und Branchen zu großen Prozess-Verbesserungen und damit auch Kostenoptimierungen führen. Der Nutzen und die Vorteile dieser Technologie sind weit gefächert:

  • Prozessoptimierungen durch Simulationen mit Unterstützung von Künstlicher Intelligenz
  • Verbessertes Predictive Maintenance sowie leichtere Fehleranalyse bei Wartungsarbeiten
  • Bewertung des Maschinenzustand im laufenden Betrieb
  • Schnellere und vielseitigere Entwicklung von Prototypen in der Entwicklungsphase
  • Analyse von Produktkonfigurationen unter diversen Einflussfaktoren
  • Nutzung von Produktdaten existierender Produkte und Ableitung von notwendigen Verbesserungen für Neu-Produkte

Digital Twins sind erst am Anfang

Die Technologien und Fähigkeiten von Digital Twins werden sich noch weiterentwickeln.

Auch wenn Digitale Zwillinge bereits heute einen echten Nutzen für Unternehmen erbringen können, so stehen sie noch am Anfang ihres vollen Potenzials. In Zukunft werden bessere Datenübertragung, KI-basierte Analysen und Simulationen diese Technik weiter ausreifen.

Es ist wichtig, dass Unternehmen die Chancen erkennen und aktiv daran arbeiten, die technischen Anforderungen für den Aufbau Digitaler Zwillinge zu erfüllen, wie beispielsweise die Informationsmodellierung, Synchronisierung von Informationen, APIs, Konnektivität, Bereitstellung, Sicherheit und Interoperabilität.

Wir helfen Ihnen, aus diesem wachsenden Markt die richtigen Partner herauszusuchen und begleiten Sie sowohl in der frühzeitigen Planung als auch während des gesamten Ablaufs.

Ihr Experte für Digital Twins

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Oliver Breucker
Digital Twin Experte

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