Digitaler Zwilling als Top-Technologietrend

Der Digitale Zwilling ist das virtuelle Abbild eines physischen Objekts oder Systems.  Er gehört bereits jetzt zu den wesentlichen Tech-Trends, vor allem aber zu denen der nahen Zukunft. Laut Future-Scape-Bericht 2018 des Trendanalysten IDC werden bereits 2020 rund 30 Prozent der 2.000 größten Unternehmen weltweit Daten digitaler Doppelgänger nutzen.

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Der Digitale Zwilling soll Unternehmen helfen, Innovationen schneller marktfähig zu machen und die Produktivität zu steigern. Im Optimalfall lassen sich an den virtuellen Abbildern Veränderungen simulieren und neue Erkenntnisse gewinnen, bevor sie in der Realität umgesetzt werden. Das Marktforschungsunternehmen Gartner sieht bei dieser Technologie in den nächsten zwei bis vier Jahren das größte Potenzial, wenn es um Projekte zu vernetzten Geräten geht.

In der Automobilindustrie ist der Digitale Zwilling von hohem Nutzen. In der Automobilindustrie ist der Digitale Zwilling von hohem Nutzen. (© 2018 Shutterstock / Alexander Tolstykh)

So ist ein Digitaler Zwilling aufgebaut

Die Digitalen Zwillinge bestehen aus Daten und Algorithmen und benötigen Sensoren, über die sie mit der realen Welt verbunden sind. Dort erfassen sie fortlaufend Daten und übermitteln diese in die digitale Welt. Das physische Objekt ist dauerhaft mit seinem Zwilling vernetzt, damit sich beide gleichförmig weiterentwickeln. So basiert das digitale Abbild also auf dem Internet of Things (IoT), Big Data und maschinellem Lernen. Künstliche Intelligenz hilft dabei, die Datenmengen zu sortieren, miteinander in Verbindung zu stellen und auszuwerten.

In der Praxis gibt der virtuelle Wegbegleiter seinen Nutzern jederzeit Einblick in den Zustand seiner realen Geschwister. Darüber hinaus gestattet er sogar einen Blick in die Zukunft, indem er Simulationen erstellt und mithilfe von Predictive Analytics vorhersagt, wie sich das reale Objekt künftig verhalten wird, bei gleichbleibenden oder auch geänderten Voraussetzungen. In der Industrie 4.0 begleiten die Digitalen Zwillinge den kompletten Entwicklungs-, Produktions- und Betriebszyklus eines Produktes oder Systems.

In der Praxis arbeiten oft mehrere Digitale Zwillinge Hand in Hand und ergänzen sich zu einem Gesamtabbild. So setzt beispielsweise die Automobilindustrie auf separate Zwillinge des Motors, des Fahrwerks, der Karosserie, der Reifen und anderer Komponenten. Diese einzelnen virtuellen Kopien können sich ihrerseits aus mehreren Digitalen Zwillingen zusammensetzen. 

Das Internet of Things (IoT) ist die Basis für den Einsatz eines Digitalen Zwillings. Das Internet of Things (IoT) ist die Basis für den Einsatz eines Digitalen Zwillings. (© 2018 Shutterstock / one photo)

Voraussetzungen für die Implementierung eines Digitalen Zwillings

IoT-Plattformen sind in der Regel die Basis für die Implementierung eines Digitalen Zwillings. Denn die Echtzeitdaten aus dem IoT erwecken den virtuellen Wegbegleiter erst zum Leben. Auf Basis einer solchen Plattform wird der Digitale Zwilling entworfen, entwickelt, getestet, eingesetzt und verwaltet. Änderungen am realen Produkt oder System müssen auf das digitale Abbild zurückfallen, damit beide Varianten jederzeit kongruent sind.

T-Systems bietet beispielsweise IoT-Nachrüstlösungen für Produktionsmaschinen und die notwendigen Plattformen für die Datenverarbeitung an.  In Zusammenarbeit mit dem Industrieunternehmen Eaton stellt der Telekom-Dienstleister Maschinen- und Anlagenbauern automatisierte IoT-Services aus der Cloud bereit.

„Ist ein Digital Twin realisiert, können Unternehmen die Informationen und auch die Funktionen selbst für den gesamten Produkt- und Service-Lebenszyklus nutzen“, sagt Frank Lamack, Senior Consultant von T-Systems. Egal ob Maschinenbauer, Schuh- oder Fahrradproduzent – das lohne sich für alle Hersteller: „Sie machen sich in der Phase der Produktentwicklung, also Forschung und Entwicklung, weniger vom Zufall abhängig.“

In diesen Branchen findet der Digitale Zwilling Anwendung

In vielen Branchen ist die Technologie bereits etabliert. Einer der Vorreiter ist – wie oben schon beschrieben –die Automobilindustrie. Fast alle deutschen Hersteller treiben das Thema mit Nachdruck voran. Dort können mithilfe des Digitalen Zwillings zum Beispiel Fehler in einer Produktionsstufe exakt ausgelesen und dank der Simulationen vorhergesehen werden, welche technischen Pannen passieren könnten – Stichwort Predictive Maintenance.

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Auch in der aktuellen Diskussion um das Nachrüsten von Dieselfahrzeugen ist der Digitale Zwilling von Nutzen: Mithilfe des virtuellen Abbilds eines Fahrzeugs lässt sich schnell klären, ob und wie eine Komponente Teil nachgerüstet werden kann und ob diese kompatibel mit dem Rest des Autos ist. Das spart bei Rückrufaktionen viel Geld.

Digitaler Doppelgänger

Acht von zehn Deutschen wären grundsätzlich bereit dazu, einen virtuellen Doppelgänger von sich selbst anfertigen zu lassen – lediglich 17 Prozent lehnen das strikt ab. Das ergab die PwC-Studie „Der Digitale Zwilling“ aus dem November 2018. Die große Mehrzahl ist davon überzeugt, dass es sich um einen innovativen Ansatz für die medizinische Versorgung der Zukunft handelt. Vier von fünf Befragten würden sich allerdings um die Sicherheit ihrer Gesundheitsdaten sorgen. 

Die Elektronikfertigung ist vielleicht sogar noch einen Schritt weiter. Hier ist ein hoher Automatisierungsgrad schon seit Jahren unabdingbar, da gewisse Tätigkeiten aufgrund der Fertigungskomplexität durch den Menschen allein gar nicht durchführbar wären. So hat Siemens bereits Smart Factorys erschaffen, die den Digitalen Zwilling umfassend einsetzen.

Die vielleicht größten Erwartungen an den Digitalen Zwilling hat die Gesundheitsindustrie. Anhand digitaler Abbilder eines Menschen lassen sich Therapien am Computer simulieren, wovon die medizinische Forschung stark profitieren kann. Er kann Auskunft darüber geben, ob ein Medikament wirkt oder eine Therapie anschlägt. Aber auch für die Herstellung von Bauteilen mit komplexen Geometrien wie beispielsweise OP-Instrumente kann der Digital Twin von Vorteil sein.

Auch in der Medizin birgt der Digitale Zwilling großes Potenzial.  Auch in der Medizin birgt der Digitale Zwilling großes Potenzial. (© 2018 Shutterstock / Khakimullin Aleksandr)

Vorteile des Digitalen Zwillings im Überblick

Der Einsatz eines Digitalen Zwillings bietet eine Reihe an Vorteilen. Die wichtigsten sind:

  • Zeitersparnis im Entwicklung- und Produktionsprozess
  • Zustandsüberwachung in Echtzeit sowie eine darauf aufbauende vorausschauende Wartung
  • risikolose Simulation bei geänderten Voraussetzungen
  • Fehlerreduktion in den Betriebsprozessen Verbesserung der Qualität
  • Geldersparnis durch den Verzicht auf kostspielige Prototypen
  • Optimierte Abstimmung mit Zulieferern durch Analyse der Produkteigenschaften eines Bauteils mithilfe seines Digitalen Zwillings