Digitaler Zwilling erklärt - Das nächste Ding nach IoT

Es gibt so viele neue Technologien, die die aktuelle Unternehmenslandschaft verändern, dass es manchmal schwer ist, den Überblick zu behalten. Während viele Menschen mit Industrie 4.0 und dem Internet der Dinge (IoT) vertraut sind - beides Begriffe, die sich auf große Ansammlungen von Technologien und deren Geschäftsanwendungen beziehen - ist der Digitale Zwilling ein weiterer Ansatz, der stetig an Zugkraft gewinnt.

Tatsächlich sehen viele Menschen den Digitalen Zwilling als natürlichen Nachfolger des IoT. Denn wenn bereits alles in irgendeiner Form digital vernetzt ist, warum nicht die logische Weiterentwicklung?

Dies ist im Wesentlichen die Hauptantriebskraft hinter der Architektur und Technologie des Digitalen Zwillings - die physische Welt vollständig in einer digitalen Landschaft nachzubilden, was Unternehmen neue Freiheiten, Möglichkeiten und Vorteile bietet.

 

Was ist ein digitaler Zwilling?

 

Das Konzept des Digitalen Zwillings, das erstmals von Michael Grieves von der University of Michigan vorgeschlagen wurde, gibt es bereits seit 2001, aber erst in den letzten Jahren hat die moderne Technologie es zu einer realistischen Möglichkeit gemacht.

Einfach ausgedrückt, ist ein Digitaler Zwilling die virtuelle Nachbildung eines physischen Produkts oder Vermögenswerts. Diese Replikation wird in Echtzeit (oder so regelmäßig wie möglich) aktualisiert, um ihrem realen Gegenstück so nahe wie möglich zu kommen.

Dieses Modell kann dann für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden, vom Testen neuer Strategien bis hin zur Analyse früherer Ergebnisse, die wir gleich untersuchen werden.

Und wie funktioniert das eigentlich? Im Allgemeinen werden Sensoren und andere Komponenten verwendet, um genaue Daten über das betreffende Objekt zu sammeln. Diese Daten werden dann verarbeitet und zur Erstellung der Replik verwendet. Es versteht sich von selbst, dass fortschrittlichere Sensoren, sei es in Form von genaueren Geräten oder einer dichteren, kompakteren Anordnung, dazu beitragen, ein detaillierteres digitales Modell zu erstellen.

 

Was sind die Vorteile von Digital Twin Modeling?

 

Das Experimentieren mit physischen Produkten und Anlagen kann ein zeit- und kostenintensiver Prozess sein. Eine digitale Replik kann jedoch schnell bearbeitet werden, um neue Lösungen zu testen und Simulationen durchzuführen. Wenn das Experiment nicht den gewünschten Anforderungen entspricht, sind keine physischen Ressourcen verschwendet worden.

Ein weiterer Vorteil der digitalen Zwillinge ist, dass sie es Experten ermöglichen, an Projekten zu arbeiten, auch wenn sie nicht in direktem Kontakt mit dem physischen Zwilling stehen.

Ein großartiges Beispiel dafür ist die NASA, die seit langem ein Pionier dieser Technologie ist. Schon vor den virtuellen Simulationen erstellten die Ingenieure Nachbildungen im Maßstab 1:1 von Geräten, die in den Himmel geschickt wurden. Digitale Zwillinge ermöglichen es Ingenieuren, an Geräten zu arbeiten, die sich bereits im Weltraum befinden und für sie völlig unzugänglich sind, ohne den Aufwand und die Schwierigkeiten, die mit physischen Duplikaten verbunden sind. Aktualisierungen und Änderungen können bis ins kleinste Detail geplant und offsite getestet werden, bevor diejenigen, die Zugang haben, angewiesen werden, die physischen Änderungen vorzunehmen.

John Vickers, Fertigungsexperte und Manager für das National Center for Advanced Manufacturing der NASA, meint dazu: "Die ultimative Vision für den Digitalen Zwilling ist es, unsere Ausrüstung in einer virtuellen Umgebung zu entwickeln, zu testen und zu bauen. Erst wenn wir sie so weit haben, dass sie unseren Anforderungen entspricht, stellen wir sie physisch her. Wir möchten dann, dass die physische Konstruktion über Sensoren mit dem Digitalen Zwilling verbunden ist, so dass der Digitale Zwilling alle Informationen enthält, die wir durch die Inspektion der physischen Konstruktion erhalten könnten."

Auch für Unternehmen, die Änderungen an bestehenden Produkten oder Anlagen vornehmen wollen - oder müssen - helfen Digital Twins, Ausfallzeiten auf ein absolutes Minimum zu reduzieren. Nehmen wir zum Beispiel eine Produktionslinie. Ein ineffektives Glied kann die optimale Effizienz der gesamten Kette einschränken, aber es ist einfach nicht möglich, es für eine Überprüfung/Bewertung vollständig zu entfernen, da dies den gesamten Prozess, zu dem es gehört, stilllegen würde. Eine virtuelle Replik kann jedoch getestet und verfeinert werden, ohne dass diese Kosten anfallen.

 

Digitaler Zwilling & IoT

 

Warum glauben wir also, dass der Digitale Zwilling das "nächste Ding nach dem IoT" ist? Nun, das liegt daran, dass das IoT von Sensoren und Eingabedaten lebt und das IoT sich mehr und mehr in unserer Welt ausbreitet.

Je mehr Geräte und Anwendungen miteinander verbunden sind, desto einfacher ist es für Unternehmen, Daten miteinander zu verknüpfen und einen besseren Überblick über das Gesamtbild zu erhalten. Ein Digitaler Zwilling ist also einfach eine fortschrittliche Methode zur Sammlung und Kombination dieser Daten für bestimmte Zwecke.

Tatsächlich handelt es sich um eine Revolution, die bereits in vollem Gange ist. Laut Gartner wird erwartet, dass 75 % der Unternehmen, die das Internet der Dinge nutzen, bis zum nächsten Jahr (2020) irgendeine Form von Digitaler Zwillingstechnologie einsetzen oder planen, sie einzusetzen. Es wird auch geschätzt, dass 13 % der Unternehmen solche Lösungen bereits nutzen, während weitere 62 % bereits dabei sind, eine Form des Digitalen Zwillings einzuführen.

 

Digitaler Zwilling Anwendungsfälle & Branchen

 

Bei vielen dieser Anwendungen des Digitalen Zwillings werden Sie feststellen, dass die besten Ergebnisse mit anderen Technologien wie künstlicher Intelligenz oder maschinellem Lernen zusammenarbeiten. Andere wiederum nutzen Digital Twin-Lösungen als Teil von Industrie 4.0 oder dem Internet der Dinge und bauen auf früheren Innovationen auf.

Das ist erwähnenswert, denn es handelt sich nicht um eine brandneue, alternative Lösung. Der digitale Zwilling wird zur Verbesserung bestehender Prozesse eingesetzt. Er bietet eine Art virtuelle Spielwiese zum Experimentieren und Ausprobieren verschiedener Ansätze in einer simulierten Umgebung, die sich erst dann auf das reale Produkt auswirkt, wenn direkte Maßnahmen ergriffen werden.

Die Technologie des Digitalen Zwillings wird für eine Vielzahl von Zwecken eingesetzt und die meisten Unternehmen können davon profitieren. Es gibt jedoch einige wichtige Anwendungsfälle für den Digitalen Zwilling in bestimmten wichtigen Branchen, die es wert sind, hier untersucht zu werden.

 

Fertigung & Technik

Die Erstellung virtueller Repliken hat zweifellos klare Vorteile für die Fertigungs- und Ingenieursbranche. Die Rolle des Digitalen Zwillings in der Fertigung bedarf keiner weiteren Erläuterung. Er ermöglicht es Unternehmen, neue Designs schnell und effizient zu testen, egal ob es sich um kleine Produkte oder große, komplexe Anlagen handelt. Das Testen einer neuen Lieferkette in einer virtuellen Umgebung ist einfach, wohingegen das Testen des physischen Äquivalents das Herunterfahren der Produktion mit sich bringt, was zu Gewinneinbußen führt - etwas, das nur dann getan werden sollte, wenn es notwendig ist und wenn die optimalste Strategie ermittelt wurde.

Natürlich kann eine solche Technologie noch viel mehr als das. Ein interessantes Beispiel dafür ist der digitale Windpark von GE. Durch die Verwendung digitaler Nachbildungen ihrer Windparks können Betreiber optimierte Wartungsstrategien erstellen, die das Wetter und andere Faktoren berücksichtigen. All dies führt zu einer verbesserten Zuverlässigkeit und einer Steigerung der erzeugten Energiemenge, sowohl durch eine verbesserte Wartung als auch durch eine bessere Einschätzung der verschiedenen Bedingungen.

Da dies alles digital geschieht, können die Ingenieure frei experimentieren und forschen, während physische Änderungen an echten Turbinen kostspielig sein können. Ersteres stellt sicher, dass Letzteres erst dann geschieht, wenn die Lösung vollständig getestet und bewertet wurde.

Diese Vorteile gelten natürlich auch für den Produktionsprozess. Fabriken und Werke können virtuelle Repliken nutzen, um rationellere Lösungen zu testen und die Grenzen ihrer derzeitigen Produktionskapazitäten auszuloten sowie die Belastung durch neue IT-Lösungen für die Fertigungsindustrie zu testen.

 

Automobilindustrie

Wir haben bereits erwähnt, dass Digital Twin mit Hilfe von Sensoren den aktuellen Zustand jedes Projekts erfassen kann. Solche Digital Twin-Analysen haben viel Potenzial - nicht zuletzt im Automobilsektor. Da Autos immer mehr mit IoT und digitaler Technologie integriert werden, wird die Fähigkeit, jedes Detail zu replizieren, immer leichter zugänglich.

Nach einem Zwischenfall kann der Digitale Zwilling beispielsweise die Sensoraufzeichnungen nutzen, um eine Echtzeit-Replikation des Geschehens zu erstellen. Auf diese Weise können die Ingenieure die Auswirkungen auf das Fahrzeug in jedem exakten Moment direkt analysieren, anstatt nur nachträglich aufgezeichnete Daten auszuwerten.

Die Vorteile des Digitalen Zwillings für die Automobilindustrie gehen jedoch weit darüber hinaus. Ingenieure können neue Sicherheitsfunktionen in der digitalen Welt testen und so das Risiko verringern, dass neue Fahrzeuge nicht zurückgerufen werden müssen - eine finanziell gefährliche Aussicht für Branchen, in denen einzelne Einheiten hohe Produktionswerte und Kosten haben.

Dies ist auch in einer Branche wie dem Automobilsektor wichtig, wo Teile und Komponenten von einer Vielzahl verschiedener Unternehmen bezogen werden. Mit dem digitalen Zwilling können sowohl Zulieferer als auch Hersteller mehr Daten sammeln, neue Lösungen testen und ihre Produkte verfeinern, bevor sie Teil des Gesamtprodukts werden.

In ähnlicher Weise testen viele Hersteller von intelligenten Autos selbstfahrende KI in digitalen Umgebungen. Da sich diese Technologie noch in der Entwicklung befindet, können die Hersteller durch Tests in der realen Welt Daten gewinnen, aber ihre Lösungen in der digitalen Landschaft so weit wie möglich verfeinern und verbessern.

Auch nach der Entwurfsphase kann moderne Technologie eingesetzt werden, um die Lieferkette und die Herstellungsprozesse zu rationalisieren und so den Zeit- und Kostenaufwand für die Produktion erheblich zu reduzieren.

 

Gesundheitswesen

Darüber hinaus können Digital Twins im Gesundheitswesen Fehler oder Probleme mit den verschiedenen Geräten (die oft sehr teuer sind und optimal funktionieren müssen) in verschiedenen medizinischen Bereichen erkennen. Kernspintomographen zum Beispiel erzeugen täglich große Mengen an Protokollen und Meldungen, die in den Digitalen Zwilling eingespeist werden können, um den aktuellen Status zu überprüfen und aufkommende Probleme zu projizieren. Auf diese Weise können Ingenieure im Voraus Lösungen für vorhergesagte Probleme erarbeiten, um kritische Probleme zu vermeiden und die Geräte gut zu warten.

Auf einer persönlicheren Ebene können medizinische Geräte auch mit der Cloud verbunden werden, wo Daten von ihren Sensoren sofort mit der Krankengeschichte eines Patienten sowie mit externen Daten - wie z.B. demografischen Daten - korreliert werden können. Auf dieser Grundlage ist es auch möglich, Analysen mit maschinellem Lernen durchzuführen - etwas, das auf dem ursprünglichen medizinischen Gerät nicht möglich wäre - und so mehr Erkenntnisse zu gewinnen, die so viele Informationen wie möglich einbeziehen, um zusätzliche Einsichten zu liefern, und das alles auf der Grundlage einer virtuellen Kopie jedes Patienten (zumindest aus der Perspektive der medizinischen Daten).

Für Krankenhäuser und medizinische Einrichtungen können Digital Twins für Stresstests verwendet werden, um zu simulieren, wie man bei Massennotfällen am besten vorgeht. Solche Einrichtungen verfügen oft über verschiedene Komponenten, vom verfügbaren Personal über Patientenbetten bis hin zum Zugang zu verschiedenen Testräumen, die verfeinert werden können, um schwierige Situationen besser zu bewältigen.

Was die Anwendung des Digitalen Zwillings in direkten Gesundheitsprodukten betrifft, so könnte diese Technologie auch dazu verwendet werden, Ärzte bei der Bereitstellung einer einzigartigen, maßgeschneiderten Versorgung für einzelne Patienten zu unterstützen. Mit genügend Informationen können Digitale Zwillinge Lösungen vorschlagen, die für jeden einzelnen Patienten besser geeignet sind, indem sie seine einzigartige Krankengeschichte und seine Daten berücksichtigen.

Aus diesem Grund setzen viele darauf, dass der Gesundheitssektor den größten Nutzen aus dieser Technologie ziehen wird, wenn auch nicht sofort. In dem Maße, in dem sich der medizinische Bereich weiterentwickelt und präzisere Sensoren (wie z.B. die Genom-Messung) alltäglich werden, wird die Fähigkeit, all dies virtuell zu kombinieren, der gesamten Branche neue Möglichkeiten eröffnen.

 

Einzelhandel

Der Einzelhandel lebt von Daten, vom Beginn des Herstellungszyklus eines Produkts bis zu seiner strategischen Präsentation im Geschäft. Es liegt also auf der Hand, dass der Einsatz eines Digitalen Zwillings im Einzelhandel eine Menge Vorteile bietet.

Auf Produktebene können Unternehmen Digital Twin-Modelle verwenden, um ein Produkt von seiner Entstehung bis zur Platzierung im Geschäft zu verfolgen. Hier können Unternehmen Herstellungsprozesse, Lieferketten und die Logistik analysieren und neue, optimierte Lösungen zur Kostensenkung (und damit zur Verbesserung der Gewinnmargen) hinter den Kulissen testen. Möchten Sie testen, ob eine neue Verpackung oder ein neues Design die Kosten senken kann? Mit dem Digitalen Zwilling können Sie dies testen, ohne Ihr gesamtes Produktsortiment in großem Umfang physisch verändern zu müssen.

Auf einer breiteren Unternehmensebene können Einzelhandelsgeschäfte die Technologie des Digitalen Zwillings nutzen, um ihr Geschäft zu replizieren und mithilfe von Sensoren das Kundenverhalten zu verfolgen. Diese Informationen können dann auf dem Digitalen Zwilling gespeichert werden, um die besten Platzierungen für wichtige Produkte zu ermitteln. Änderungen und Layoutanpassungen können dann vorgeschlagen und digital getestet werden.

Amazon macht bereits etwas Ähnliches, indem es analytische Daten verwendet, um das beste Layout für seine Lagerhäuser zu bestimmen, wobei die am meisten nachgefragten Artikel an den am besten zugänglichen Orten gelagert werden. Digitale Zwillinge bieten eine großartige Möglichkeit, eine solche Automatisierung zu testen und sicherzustellen, dass die vorgeschlagenen Lösungen keine unvorhergesehenen Folgen haben, wie z.B. direkte Zugangskanäle oder Routen, die sich kreuzen und zu Verzögerungen führen.

 

Die digitale Partnerstadt

Bisher haben wir uns verschiedene Beispiele von Maschinen und Geräten angesehen, die mit einem digitalen Zwilling nachgebaut, bewertet und prototypisiert werden können. Doch wenn Sie darüber nachdenken, ist es nicht weit hergeholt, dieses Konzept auch auf Städte anzuwenden.

Schließlich bestehen Städte aus zahlreichen beweglichen, miteinander verbundenen Komponenten. Mit einem entsprechend fortschrittlichen Modell können Bauingenieure, Regierungen und andere verbundene Unternehmen, wie z.B. Versorgungsunternehmen, neue Lösungen besser testen. Städte wie Paris, Cambridge und Toronto entwickeln zu diesem Zweck aktiv digitale Zwillingsstadtmodelle.

Tatsächlich sind intelligente Städte bereits ein wachsendes Konzept auf der ganzen Welt. Es werden Sensoren installiert, um so viele Daten wie möglich zu überwachen, einschließlich Verkehr, Umweltverschmutzung, Stromverbrauch und mehr. In Singapur gibt es bereits eine solche funktionierende Lösung, das so genannte Virtuelle Singapur, mit der sich Überschwemmungen, Funkabdeckung, Lärmbelästigung und sogar die Brutbedingungen für Moskitos vorhersagen und berechnen lassen.

In einem viel größeren Maßstab kann die Technologie des Digitalen Zwillings ganze Städte bis hin zu den einzelnen simulierten Komponenten nachbilden und dies nutzen, um eine Zwei-Wege-Kommunikation in Echtzeit zu ermöglichen. Zum Beispiel durch die Analyse des sich entwickelnden Verkehrs - wobei jedes Auto, jede Kreuzung und jede Ampel unabhängig voneinander simuliert wird - kann dies im Voraus simuliert werden, um vorherzusagen, wo sich der Verkehr stauen wird. In Verbindung mit maschinellem Lernen kann das Modell schnell mögliche Lösungen testen. Sobald es eine funktionierende Lösung für ein bevorstehendes Problem gefunden hat, kann es diese Steuersignale an die physischen Gegenstücke zurücksenden.

Auf diese Weise können Sie ein intelligentes KI-Verkehrssystem einrichten, das Daten nutzt, um den Verkehr im Voraus zu optimieren - es kann vorausschauend handeln, nicht reaktiv. Da maschinelles Lernen aus seinen eigenen Daten lernen kann und die Informationen ergänzt, wird sich das gesamte System im Laufe der Zeit weiter verbessern.

Das Beste daran ist, dass eine solche Lösung - wie auch die anderen hier erwähnten - in der Cloud betrieben werden kann, was die Kosten niedrig hält, da der Bedarf an teurer Hardware nicht mehr berücksichtigt werden muss.

All dies dient dazu, sicherzustellen, dass neue Lösungen für die Stadt von Vorteil sind und keine unerwarteten Folgen haben. Alle neuen Vorschläge können simuliert werden und möglicherweise können andere Unternehmen dieselbe Simulation nutzen, um Produkte zu entwickeln.

Wir haben bereits erwähnt, wie der Digitale Zwilling der Automobilbranche zugute kommt. Mit dem Aufkommen automatisierter Fahrzeuge ist es für Hersteller durchaus möglich, simulierte Stadtumgebungen zu nutzen, um ihre selbstfahrende Software in einem risikofreien Raum zu testen. Dadurch haben sie im Grunde genommen Zugang zur gesamten Stadt - eine riesige Testumgebung, die in der realen Welt nicht möglich ist.

 

Wie man einen digitalen Zwilling einführt

 

Aus technologischer Sicht wird die Digital Twin-Technologie immer zugänglicher. Die Cloud-Technologie bietet die Möglichkeit, Simulationen ohne teure Server vor Ort zu verarbeiten und auszuführen. Microsoft bietet bereits eine wachsende Palette von Azure Digital Twin-Produkten an, um Unternehmen bei diesem Ziel zu unterstützen, während Amazon Web Services (AWS) ebenfalls einen "Device Shadow"-Service als Teil seiner AWS IoT-Produktpalette anbietet.

Wenn Ihr Unternehmen Big Data, IoT-Integration oder Industrie 4.0-Lösungen einsetzt, sind Sie wahrscheinlich bereits auf dem Weg zur Digital Twin-Architektur. Bei all diesen technologischen Trends geht es um die Verwendung von Sensoren und anderen Mitteln zur Datenerfassung, um diese zu analysieren und zu bewerten. In einigen Fällen haben Sie vielleicht schon genug, um einen Prototyp oder ein Arbeitsmodell zu erstellen.

 

Digitaler Zwilling Unternehmenskultur

Allerdings erfordert die Implementierung eines Digitalen Zwillings auch eine starke digitale Kultur. Diese Modelle funktionieren am besten, wenn Unternehmen bereits Sensoren und andere Techniken zur Datenerfassung einsetzen, um so viel wie möglich zu lernen - der Digitale Zwilling lebt von aktuellen und genauen Informationen.

Solche Änderungen können jedoch schrittweise umgesetzt werden. Die Einführung dieser Technologie in kleineren Schritten, als Einführung oder als Experiment, kann dazu beitragen, Mitarbeiter auf allen Ebenen, von Ingenieuren bis hin zu Geschäftsanalysten, mit diesem neuen Ansatz vertraut zu machen.

Ein entscheidender Faktor für jedes Unternehmen ist jedoch die Identifizierung der Bereiche, die Sie verbessern möchten. Genau wie bei Big Data ist es sehr einfach, alles zu erfassen, aber es gibt keine Garantie dafür, dass es auch wirklich nützlich ist. Solche Lösungen sollten verfeinert werden und sich auf die am besten geeigneten Bereiche konzentrieren. Das ist einer der Gründe, warum es am besten ist, klein anzufangen und die Technologie des Digitalen Zwillings dort einzusetzen, wo sie am nützlichsten ist. Der Sprung ins kalte Wasser birgt seine eigenen Risiken, denn er kann Teams mit einem völlig neuen Ansatz überfordern.

Was ist ein Digitaler Zwilling - Zusammenfassung

 

Für viele ist der Digitale Zwilling bereits da - für andere kommt er in sehr naher Zukunft. Wenn Sie nicht zur Mehrheit gehören, lohnt es sich, Ihr Unternehmen zu überprüfen und Bereiche zu identifizieren, in denen virtuelle Simulationen eine direkte Verbesserung bewirken können. Das Internet der Dinge (IoT) hat bereits dafür gesorgt, dass die Welt - und die Unternehmen darin - Zugang zu einer breiten und vielfältigen Quelle von Sensoren und Eingabequellen haben. Jetzt ist es an der Zeit, daraus Kapital zu schlagen.

Der Digitale Zwilling ermöglicht es Unternehmen, neue Lösungen zu testen, frühere Ereignisse zu bewerten und zukünftiges Verhalten vorherzusagen. Er ermöglicht es verschiedenen Unternehmen, bei gemeinsamen Interessen zusammenzuarbeiten und bietet eine kostengünstige, risikofreie Möglichkeit, neue Designs, Lösungen und Dienstleistungen zu testen.

Ein Digitaler Zwilling wird bereits in einer Vielzahl von Branchen eingesetzt, von der Automobilbranche bis hin zur gesamten Stadtplanung. Selbst bei einer sehr kleinen Implementierung kann ein Digitaler Zwilling viele Vorteile und Möglichkeiten für Ihr Unternehmen bringen.

 

Geschäftsperspektive

In dem Maße, in dem die Welt immer mehr in das Internet der Dinge eintaucht, werden digitale Zwillingslösungen mehr und mehr realisierbar. Diese Technologie ermöglicht es Unternehmen, frei zu bewerten, zu testen und zu verbessern, ohne sich um den Risikofaktor sorgen zu müssen. Darüber hinaus werden alle Entscheidungen in der realen Welt durch aussagekräftige Simulationsergebnisse untermauert und helfen Unternehmen, die besten Entscheidungen für die Zukunft zu treffen.

Quellen

• Was ist die digitale Zwillingstechnologie - und warum ist sie so wichtig?
• Was ist ein digitaler Zwilling? (Und wie er IoT, KI und mehr verändert)
• Digitale Zwillinge
• Wie bauen Sie einen digitalen Zwilling auf?
• Gartner: Digitale Zwillinge werden allmählich zum Mainstream
• Was ist ein digitaler Zwilling?
• IoT Digitale Zwillinge im Konsumgütereinzelhandel
• Welches Potenzial hat die Technologie des digitalen Zwillings im Einzelhandel?
• Warum brauchen Smart Cities digitale Zwillinge?
• Treffen Sie das virtuelle Singapur, den digitalen 3D-Zwilling der Stadt
• Cambridge Digitaler Zwilling zur Bekämpfung von Verkehrsstaus und Luftqualität