Digitaler Zwilling
Was ist ein »digitaler Zwilling«?
Ein »digitaler Zwilling« ist eine virtuelle Repräsentation eines physischen Objekts, sei es ein Produkt, eine Anlage oder sogar ein ganzes System im realen Betrieb. Es handelt sich um eine digitale Kopie, die exakte oder zumindest ähnliche Eigenschaften wie das reale Objekt besitzt und in Echtzeit mit diesem synchronisiert wird.
Der »digitaler Zwilling« wird durch die kontinuierliche Erfassung von Daten über das reale Objekt erstellt. Dies geschieht mithilfe verschiedener Technologien wie Sensoren, Internet der Dinge (IoT) und künstlicher Intelligenz. Die gesammelten Daten werden dann analysiert und in einem digitalen Modell gespeichert. Dadurch entsteht ein dynamisches Abbild des realen Objekts, das über eine Vielzahl von Informationen verfügt.
Welche Vorteile hat ein »digitaler Zwilling«?
Die Vorteile eines digitalen Zwillings liegen auf der Hand. Er ermöglicht es, das reale Objekt zu überwachen, Wartungsbedarf vorauszusagen oder auch Optimierungsmöglichkeiten zu identifizieren.
Durch die Simulation verschiedener Szenarien können Unternehmen die Auswirkungen von Änderungen oder Innovationen vorhersagen und fundierte Entscheidungen treffen. Der digitale Zwilling bietet auch eine Plattform für virtuelle Tests und Schulungen, was Zeit und Kosten spart.
Wo werden »digitale Zwillinge« eingesetzt?
In der Industrie wird der digitale Zwilling bereits intensiv genutzt, beispielsweise bei der Überwachung von Maschinen, Anlagen und Produktionsprozessen. Er ermöglicht es Unternehmen, Ausfälle zu minimieren, die Produktivität zu steigern und die Effizienz zu verbessern.
Aber auch außerhalb der Industrie gibt es Anwendungsfelder, wie zum Beispiel im Gesundheitswesen, bei der Planung von Smart Cities oder der Optimierung von Verkehrssystemen.
Welche Bedeutung haben »digitale Zwillinge«?
Wichtig ist, dass der digitale Zwilling keine bloße Kopie ist, sondern ein aktives Werkzeug, das ständig aktualisiert wird. Durch den Abgleich mit dem realen Objekt können Fehler oder Abweichungen erkannt und behoben werden. Das Ziel besteht darin, eine möglichst genaue und detaillierte digitale Abbildung des realen Objekts zu schaffen.
Im Zeitalter der Digitalisierung und des Internets der Dinge gewinnt der digitale Zwilling immer mehr an Bedeutung. Er spielt eine wichtige Rolle bei der Transformation von kleinen wie großen Unternehmungen und ermöglicht eine effektivere Nutzung von Ressourcen und Potenzialen. Mit fortschreitender Technologieentwicklung wird sich der digitale Zwilling weiterentwickeln und neue Einsatzmöglichkeiten eröffnen, die heute noch undenkbar sind.
Welche Chancen eröffnen »digitale Zwillinge« dem Mittelstand?
Abbilden realer physischer Prozesse
Ein digitaler Zwilling bildet eine Maschine, Produktionslinie, Dienstleistung oder Anlage in Echtzeit mit realen Daten ab. So kann man die Vergangenheit verstehen, aktuelle Bedingungen erkennen und künftige Probleme vermeiden.
Vorausschauende Wartung (predictive maintenance):
Der plötzliche Ausfall eines einzelnen Arbeitsschrittes bedeutet oft langen und teuren Stillstand einer ganzen Anlage. Bei einem digitalen Zwilling erfassen Sensoren die Daten des laufenden Prozesses. Erkennt eine KI dabei signifikante Änderungen, warnt sie frühzeitig vor Ausfall des Arbeitsschrittes, sodass Ersatzteile zeitig bestellt und Wartung und Ausfallzeit auf ein Minimum reduziert werden können.Optimale Planung:
Mit Daten (z.B. Liefermengen und -zeiten) externer Partner können über Schnittstellen die eigenen Prozesse automatisiert und optimaler gestaltet werden.Einfachere Zusammenarbeit:
Funktionsübergreifende Teams können komplexe Systeme interaktiv gemeinsam entwerfen, entwickeln, testen, bereitstellen und betreiben.Chancen erkennen:
Fehlerquellen sowie Optimierungs- und Automatisierungspotenziale können entdeckt werden.
Realistische Simulation geplanter Prozesse
Was ist für Stakeholder und Investoren überzeugender? Eine PowerPoint-Präsentation mit abstrakten Tabellen oder eine plastische 3D-Darstellung der geplanten Anlage im Betrieb mit realen Daten in Echtzeit?
Die Entwicklung vom skizzierten Geschäfts- oder Prozessmodell bis zum detaillierten Ablauf ist mit einem digitalen Zwilling von Anfang an, mit realen Daten in Echtzeit plastischer und realistischer.
»Digitaler Zwilling« bedeutet hier realitätsnahes Prototyping neuer Prozesse durch reale Daten in Echtzeit. So lässt sich z.B. auch ein Worst-Case-Szenario und dessen Lösungen durchspielen, in dem Stellschrauben beliebig verändert werden können.
Neue Geschäftsmodelle für den Mittelstand
Neben dem Erproben von Geschäftsmodellen gibt es mindestens eine weitere Möglichkeit einen digitalen Zwilling zu nutzen.
Statt einfach wie früher Maschinen oder Geräte zu verkaufen, gehen Unternehmungen immer mehr zu Abo- oder Pay-per-Use-Modellen über, bei denen die Maschine an sich Eigentum des Unternehmens bleibt. Über den digitalen Zwilling kennen die Unternehmen dann die Stärken und Schwächen des Produktes und seiner Einzelteile immer besser.
Früher hätte eine Kund:in bei Ausfall eines gekauften Produktes den Service anrufen, das Produkt einschicken oder auf die Reparatur warten müssen, während die zu leistenden Arbeiten stillstehen. Heute erleben Kund:innen einen exzellenten Service und erhalten einfach eine neue Maschine, bevor die aktuelle ausfällt.
Nebenbei hat Geschäftsmodell sogar Potenzial zu mehr Nachhaltigkeit, weil es keinen Ablauf von Garantien gibt bzw. Unternehmen ein Interesse haben, Maschinen langlebiger und reparierbar zu konstruieren, s. auch unten Beispiel Rolls-Royce.
Proof of Concept von »digitale Zwillinge«
Beispiel 1: Französischer Supermarkt
Die französische Supermarktkette Intermarché erstellte einen digitalen Zwilling eines stationären Ladens auf Basis von Daten aus IoT-fähigen Regalen und Verkaufssystemen. So können Filialleiter:innen den Bestand einfach verwalten und dazu testen, wie effektiv unterschiedliche Ladendesigns sind.
Digitale Zwillinge helfen somit Einzelhändlern, Engpässe, Angebotsknappheit und Nachfragekurven in wenigen Sekunden zu erkennen. Anhand dieser Erkenntnisse können sie Waren aufstocken, Produkte neu platzieren und gezielt Werbung schalten, um Verschwendung zu minimieren und den Verkauf zu fördern.
Digitale Zwillinge können übrigens mit externen Echtzeitdaten wie lokalem Verkehr und Wetter kombiniert werden, um auf Ereignisse zu reagieren, die potenziell Lieferketten stören könnten.
Beispiel 2: Kommunaler Hochwasserschutz
Welche Maßnahmen können Kommunen gegen künftige extreme Wetterbedingungen ergreifen? Die Modernisierung von Kläranlagen, künstlichen und natürlichen Wasserspeichern und Rohrleitungen kann Jahre, wenn nicht Jahrzehnte dauern.
Veolia Water Technologies, für Anlagenbau und Rohrverlegung zuständig, setzt zur Entwicklung resilienter Trink- und Abwassersysteme auf digitale Zwillinge sowie prädiktive Analytik zur Unterstützung technischer Maßnahmen wie Hochwassermodellierung, Planung nachhaltiger Kanalisationssysteme oder Ressourcen abgleichen und Notfallplänen für die Versorgung mit sauberem Trink- und Nutzwasser.
Kommunalen Versorgungsbetrieben wird dadurch eine effizientere Verwaltung ihrer Wasserbestände ermöglicht. Zugleich kann bei Planung neuer Anlagen auf mehr Resilienz hingearbeitet werden, wie bessere Abwasseraufbereitung und Hochwasserschutzmaßnahmen.
Beispiel 3: Effizienz von Triebwerken
Rolls-Royce prüft mit digitalen Zwillingen die Performance der Triebwerke im Flugbetrieb, welche Bedingungen dabei herrschen und wie die Pilotin es benutzt.
"Wir passen unsere Wartungspläne an, um die konkrete Lebensdauer eines Triebwerks zu optimieren und nicht die, die es laut Handbuch haben sollte", erläutert Stuart Hughes, Chief Information and Digital Officer.
Die Zeitabstände zwischen den Wartungsarbeiten konnten so für manche Triebwerke um bis zu 50 % verlängert, der Bestand an Bau- und Ersatzteilen drastisch reduziert, die Triebwerkseffizienz optimiert und bis heute insgesamt 22.000 Tonnen CO₂ eingespart werden.
Beispiel 4: Baustoffrecycling
Die Wiederaufbereitung von Baustoffen ist mit hohem Kosten- und Zeitaufwand verbunden. Bei der Kreislaufverwertung tut sich die Baubranche noch schwer damit, den Großteil ihrer Altstoffe sinnvoll wiederzuverwerten. Denn Gebäude bestehen aus unzähligen Bauteilen und -stoffen, für die einzeln entschieden werden muss, inwieweit sie erhaltungs- und wiederverwertungswürdig sind oder der Entsorgung zugeführt werden müssen.
Die schwedische Firma White Arkitekter stellt unter dem Label White ReCapture datengestützte Lösungen für die Erfassung und Katalogisierung sämtlicher Bauteile eines Gebäudes bereit.
Zur Bewertung des Wiederverwertungspotenzials von Gebäuden werden die mit Drohnen und Laserscannern erfassten Datenmengen mit BIM-Werkzeugen verwaltet und ausgewertet. Das Ergebnis ist ein 3D-Modell, das zum digitalen Zwilling weiterentwickelt werden kann.
