Digitaler Zwilling
Funktionen und Vorteile von Digital Twins
Ein digitaler Zwilling ist ein digitales Abbild von einem Objekt aus der realen Welt – unabhängig davon, ob es bereits existiert oder erst existieren wird.
Wie ein Digital Twin funktioniert, welche Arten es gibt und welche Vorteile die Nutzung bietet, erfahren Sie in unserem Beitrag.
Wie funktioniert ein digitaler Zwilling?
Egal ob materiell oder immateriell: ein digitaler Zwilling repräsentiert etwas aus der physischen Welt in der digitalen Welt. Dabei ist es völlig gleichgültig, ob es das Objekt bereits tatsächlich gibt oder ob es erst geplant wird.
Das sind die drei Hauptelemente von Digital Twins:
- (Physische) Objekte aus der realen Welt
- Virtuelle Objekte aus der digitalen Welt
- Daten und Informationen, welche beide Welten miteinander verknüpfen
Ziel ist es, Produkte, Anlagen, Abläufe und Prozesse vorab virtuell zu durchlaufen, zu prüfen und zu optimieren. So können Fehler schon ausgemerzt werden, bevor sie in der echten Welt mitunter kostspielige Folgen nach sich ziehen. Dies ist zum Beispiel bei aufwendigen Produktionsverfahren der Fall, wo wenige Millimeter meist einen enormen Unterschied ausmachen.
Das digitale Objekt wird hinsichtlich Aufbau, Komponenten, Funktion und Design so lange angepasst, bis es bereit für die Umsetzung in der Wirklichkeit ist. Das passiert anhand von Daten und Informationen, welche die virtuelle mit der realen Welt verbinden.
Diese Arten von digitalen Zwillingen gibt es
Grundsätzlich gibt es vier verschiedene Arten von Digital Twins. Sie unterscheiden sich je nach Anwendungsbereich.
- Component/Part Twins: Komponenten- und Teilzwillinge sind die kleinsten Teile einer funktionierenden Einheit. Es handelt sich dabei um Schlüsselelemente, die besonderen Belastungen ausgesetzt sind, oder um weniger bedeutende Komponenten. Ein Beispiel wären Schrauben.
- Asset Twins: Spielen mehrere Komponenten ineinander, handelt es sich dabei um Asset-Zwillinge. So wird simuliert, wie die einzelnen Teile zusammenarbeiten, etwa in einem Motor.
- System/Unit Twins: System- bzw. Unit-Zwillinge sind die nächstgrößere Einheit. Hier werden mehrere Asset-Zwillinge zusammengefasst. Nimmt man wieder das Auto als Beispiel, könnte es sich um die Karosserie handeln – oder gleich um das Auto selbst.
- Process Twins: Prozess-Zwillinge simulieren eine gesamte Produktionsumgebung und fassen die einzelnen Komponenten, Assets und Systeme zusammen. Dies ermöglicht das Testen von verschiedenen Abläufen, Verfahren und Prozessen sowie umfangreiche Analysen. Zudem können Szenarios und deren potenzielle Auswirkungen durchgespielt werden.
Bevor enorme Beträge und Ressourcen in die Produktion von Teilen, Maschinen oder ganzen Anlagen investiert werden, kann jede Kleinigkeit praktisch ohne Risiko virtuell analysiert werden. Aufgrund dessen sind Digital Twins ein wesentlicher Bestandteil der Industrie 4.0 – der Digitalisierung der Industrie.
Hier werden digitale Zwillinge eingesetzt
Es gibt verschiedenste Bereiche, in denen digitale Zwillinge zum Einsatz kommen. Am prominentesten vertreten sind die Industrie und Produktion.
Weitere Anwendungsbereiche von Digital Twins sind zum Beispiel:
- Bau- und Immobilienbranche: Visualisierung von Gebäuden oder Steigerung der Energieeffizienz
- Verkehr und Logistik: Planung von Straßen oder Optimierung von Touren
- Gesundheitswesen und Medizin: Testen von Operationsmethoden oder Erstellung von Organ-Modellen
- Stadtplanung: Abbildung von Infrastrukturprojekten oder Errichtung von Wohnhäusern
- Landwirtschaft: Simulierung von Pflanzenwachstum und deren Entwicklung
- Luft- und Raumfahrt: Auswirkung unterschiedlicher Bedingungen auf Flugzeuge und Raumschiffe
Aufgrund der vielfältigen Möglichkeiten können digitale Zwillinge überall da eingesetzt werden,wo umfassende Analyse- und Überwachungsfähigkeiten sowie exakte Prognosen wichtig sind. Die daraus abgeleiteten Erkenntnisse sind eine hervorragende Basis für die Umsetzung in der Praxis.
Vorteile von Digital Twins
Die Kombination von Internet of Things (IoT) und künstlicher Intelligenz (KI) birgt zahlreiche Vorteile für Unternehmen. IoT bezeichnet ein Netzwerk physischer Objekte, welche über das Internet miteinander verbunden sind und sich austauschen können. Die so gewonnenen Daten und Informationen werden mit Unterstützung von KI umfassend ausgewertet und analysiert.
Digitale Zwillinge machen sich beide Technologien zu Nutze und bieten so vielerlei Chancen und Vorteile:
- Kostensenkung
- Optimierung von Prozessen
- Präzise Überwachung von Anlagen
- Reduktion von Stehzeiten
- Effiziente Ressourcennutzung
- Gesteigerte Produktivität
- Raschere Produktentwicklung
- Gezielte strategische Planung
- Besseres Risikomanagement
- Einfaches simulieren von potenziellen Szenarien
Frühzeitiges Erkennen von Fehlern, risikoarme Möglichkeiten, um innovative Methoden zu testen, eine hervorragende Datenqualität für strategische Entscheidungen: Digital Twins können ein mächtiges Werkzeug für Unternehmen sein und deren Wettbewerbsfähigkeit erhöhen. Allerdings nur, wenn man die gewonnenen Erkenntnisse auch nutzt und entsprechende Maßnahmen setzt.
Digitaler Zwilling: Häufig gestellte Fragen
Zur Erstellung gibt es mehrere Herangehensweisen. Entweder es werden konzeptionelle Modelle importiert, die so noch nicht existieren, oder man digitalisiert tatsächlich vorhandene reale Objekte. Gerne verwendet wird etwa CAD-Software (CAD = computer aided design).
Anschließend verknüpft man die so entstandenen virtuellen Entitäten mit Unternehmensdaten (IoT) um sie dann mithilfe von KI zu analysieren und zu optimieren.
Je nach Anwendungsbereich kann die Entwicklung eines digitalen Zwillings relativ teuer sein. Beginnend bei einigen 1.000 bis 10.000 Euro für einfache Visualisierungen und Abläufe können komplexe Systeme und Produktionsanlagen bis zu 1 Million Euro und mehr kosten.
Während Digital Twins bidirektional funktionieren, also reale Objekte in die virtuelle Welt transferieren und umgekehrt, ist ein digitaler Schatten unidirektional. Dabei handelt es sich um gesammelte Daten aus der realen Welt, welche auf die digitalen Objekte und Prozesse umgelegt werden.
Neben den Teils hohen Entwicklungskosten gibt es einen weiteren zentralen Nachteil in der Nutzung digitaler Zwillinge: sie können ein Sicherheitsrisiko darstellen. Werden die entwickelten Modelle und Daten nicht fachgemäß vor unberechtigten Zugriffen geschützt, können so wertvolle Informationen nach außen dringen oder in falsche Hände geraten.
Bei 3D-Modellen handelt es sich schlicht um ein virtuelles Abbild. Digital Twins hingegen ermöglichen eine gezielte Interaktion.
Mehr zum Thema "Digitaler Zwilling" zum Anhören in Folge #3 vom LIWEST Podcast LEO
