Der digitale Zwilling - was ist das?

Ist Ihnen der Begriff „der digitale Zwilling“ auch schon unter die Augen gekommen? Besonders im Zuge von Industrie 4.0 basierten Prozessen, spielt der digitale Zwilling dabei eine bedeutsame Rolle. Er beschreibt dabei im Grunde nichts anderes als die Abbildung eines realen Objekts in der digitalen Welt.

Da sich dieses allerdings online nur in Form von Daten und Algorithmen abbilden lassen, entsteht auf diese Weise sozusagen eine Kopie eines realen Objekts – der digitale Zwilling.

Bedeutung des digitalen Zwillings

Der digitale Zwilling dient dazu materielle oder immaterielle Erzeugnisse, wie Produkte, Dienstleistungen oder sogar ganze Prozesse digital abzubilden. Dies dient entweder einer spätere Verwendung oder einer Echtzeit basierten Analyse. Es geschieht indem der digitale Zwilling über Sensoren mit der existenten Welt gekoppelt ist. Dies kann zum Beispiel die Umwelt oder aber auch die Nutzung von Maschinen betreffen. Indem bestimmte Szenarios digital durchgespielt werden könnne diese als Basis für die Erstellung von Prognosen dienen. Insbesondere im Bereich der Industrie 4.0 spielen solche Vorhersagen und Simulationen eine wichtige Rolle. Schließlich haben sie einen maßgeblichen Einfluss auf zukünftige Produktions- und Entwicklungsprozesse. In der Regel wird dabei bereits beginnend mit der Produktentwicklung ein digitaler Zwilling erstellt, welcher anschließend, meist vorgezogen zum realen Objekt, dieselben Stationen im Entwicklungsprozess durchläuft. Durch diese virtuellen Simulationen können wichtige Meilensteine eines materiellen oder immateriellen Erzeugnisses bereits im voraus optimal geplant, bei Bedarf optimiert oder sogar ganz neu aufgesetzt werden.

Aufbau eines digitalen Zwillings

Für die Abbildung eines digitalen Zwillings bedarf es vor allem 3 Bausteine:

einem realen Objekt
einem digitalen Abbildungsraum
sowie, den mit dem realen Objekt verbundenen, Daten und Werten

Auf Basis dieser Informationen kann man anschließend Algorithmen abbilden, die die Echtzeitdaten des realen Objekts online wiedergeben. In vielen Branchen werden für ein Erzeugnis in der Regel zunächst sogar mehrere digitale Zwillinge erstellt, die man schlussendlich zu einem holistischen digitalen Zwilling zusammenfügt. Diese Vorgehensweise ist nicht nur dadurch begründet, dass bei Erzeugnissen mit vielen Teilobjekten oft große Datenmengen anfallen (Stichwort: Big Data), wodurch ein alleiniger digitaler Zwilling schnell zu komplex und unübersichtlich werden kann, sondern auch dadurch, dass auf diese Weise nur einzelne, fehlerhafte Prozesse geändert werden müssen, statt eine ganz neue Szenarioanalyse durchzuführen.

So ist es beispielsweise in der Automobilindustrie Gang und Gebe für die jeweiligen Fahrzeugteile wie Karosserie, Fahrwerk, Reifen oder Motor einzelne digitale Zwillinge zu erstellen, welche sich wie z.B. der Motor noch einmal selbst in mehrere digitale Zwillinge Glieder lassen. Aber auch im Bereich von ganzen Produktionsstätten wird häufig auf die Verwendung mehrere individueller digitaler Zwillinge zurückgegriffen, wobei hier meist eine dreifache Unterteilung stattfindet. Dabei werden in der Regel digitale Zwillinge in Form

eines 3D-Modells
von Maschinen, Tools und Prozessen
und von Kennzahlen und Daten wie z.B. Produktion, Qualität oder Lieferzeiten

abgebildet.

Anwendungsgebiete eines digitalen Zwillings

Basierend auf ihrer hauptsächlichen Verwendung im Bereich von Produkten und Erzeugnissen der Industrie 4.0, sind digitale Zwillinge insbesondere in den Sparten der Produktionstechnik und der Zulieferung stark vertreten. Schließlich kann ein solche virtuelle Abbildung innerhalb der Produktionstechnik bereits in der Entwurfsphase eines Objekts zur Hilfe gezogen werden und ein Erzeugnis so während seines gesamten Entwicklungsprozess begleiten. Dies ermöglicht zudem den Verzicht auf oftmals kosten- und zeitintensive Prototypen. Trotzdem kann man auch so wichtige Parameter eines realen Objekts, wie Qualität, Nutzen oder Effizienz stetig optimieren oder aber auch Recyclingoptionen planen.

Zudem können Hersteller mithilfe eines digitalen Zwillings die Qualität und die Genauigkeit der gelieferten realen Objekte virtuell überprüfen, ohne dabei auf einen Prototypen zurückgreifen zu müssen. Dadurch lassen sich Prozesse im Bereich der Herstellung viel simpler und aufwendiger planen und erproben.

Beispiele von digitalen Zwillingen

Stellen Sie sich vor: Ein Abbild der gänzlichen realen Wertschöpfungsprozesse als virtuelle Produktion. Das zu produzierende Auto läuft quasi live durch eine menschenleere, dunkele Fabrik, während das virtuelle Team am digitalen Zwilling arbeitet. Wartung, Korrekturen, Robotersteuerung, eingreifen, Änderungen, alles passiert im digitalen Zwilling genau wie in der Fabrik.

Nun übertragen auf das Projektmanagement sind wir somit im vollständigen virtuellen Projekt angelangt. Jede unserer Entscheidungen hat direkte Auswirkungen auf die Realität. Virtueller Plan wird zu realem Ist. Die Baustelle wird also virtuell so schnell wachsen wie in real.Vielen Dank an Tobias Greff vom AWS Institut für den Input in diesem Absatz.

Vorteile von digitalen Zwillingen

Es ist unschwer erkennbar, dass sich durch die Nutzung digitaler Zwillinge viele Vorteile ergeben. Insbesondere fehlerhafte Produktbereiche oder Prozesse lassen sich so viel schneller erkennen und beheben. Aber auch auf Basis weiterer Vorteile kann ein digitaler Zwilling die Gesamtqualität und -effizienz eines realen Objekts maßgeblich verbessern.

Optimierungsmöglichkeiten bereits während der Objektplanung
fehlerfreie Prozesse und Abläufe
Durchführung verschiedener Tests und Simulationen
effizientere und genauere Prognosemöglichkeiten
schnellere und makellose Inbetriebnahme von Objekten
Möglichkeit der ständigen Überwachung und Optimierung
Zeit- und Kostenersparnis durch den Verzicht auf aufwendige Prototypen
Echtzeit basierte Gesamtübersicht zum Entwicklungsprozess eines realen Objekts
gezieltere Abstimmung mit Händlern und Zulieferern

Exkurs: der digitale Zwilling in der Wissensarbeit

Auch hier ist das extrem, das totale virtuelle Abbild eines Wissensarbeiters. Ich stelle mir die Zukunft so vor wie mein meine Kollege Tobias Greff vom AWS Institut. Unsere Idee ist ein virtueller Projektleiter, welcher sich für das Problem ein Team in einer Plattform zusammenstellt und selektiert wird nach fachlicher Expertise, geprüften Referenzen, Sternerankings oder Empfehlungen aus dem beruflichen Social Network. Ergänzt wird das virtuelle Team noch um intelligente Bots, d. h. Assistenzdienste mit einer auf spezifische Themenbereiche ausgelegten künstliche Intelligenz.

Sie schreiben die Protokolle und transkribieren die Ergebnisse. Generieren automatisch auf Anfrage Powerpoint Slides, Excelkalkulationen oder führen Informationsrecherchen durch. Das Team ist somit zusammengestellt.

Also ab ins erste Kundenmeeting und schnell noch mit wenigen Klicks, das Outfit angepasst, denn zum Innovationsprojekt gehören laut statistischer Erwartungshaltung nur Jeans und Hemd.

Fazit

Der digitale Zwilling beschreibt damit einen maßgeblichen Schlüsselfaktor innerhalb der Digitalisierung und von Industrie 4.0. Durch die Echtzeit basierte Verknüpfung von Informationen realer Objekte mit denen eines virtuellen Prototypen birgt der digitale Zwilling für viele Branchen wie die Produktionstechnik oder den Bereich der Zulieferung enormes Potenzial. Forscher arbeiten derzeit gleichzeitig daran, digitale Zwillinge auch für eine plattformübergreifende Nutzung verwendbar zu machen und auf diese Weise einen herstellerübergreifenden und automatisierten Austausch zu ermöglichen.

Genderhinweis: Seit Anfang 2022 achte ich darauf, dass ich immer genderneutrale Formulierungen verwende. Vor 2022 habe ich zur leichteren Lesbarkeit die männliche Form verwendet. Sofern keine explizite Unterscheidung getroffen wird, sind daher stets sowohl Frauen, Diverse als auch Männer sowie Menschen jeder Herkunft und Nation gemeint. Lesen Sie mehr dazu.

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