Ein digitaler Zwilling ist im Grunde ein Avatar eines physischen Objekts in der virtuellen Welt. Er ermöglicht es, das Objekt aus der Ferne zu bedienen, zu verwalten und seine Leistung zu überwachen, indem Daten von eingebetteten Sensoren gesammelt werden. Die Technologie der digitalen Zwillinge ist ein Kernelement der digitalen Transformation.
Das Konzept der digitalen Zwillinge lässt sich auf die Bemühungen der NASA im Rahmen ihres Weltraumforschungsprojekts in den 1960er-Jahren zurückführen. Diese Technologie wurde 2002 weiterentwickelt, als Michael Grieves das Konzept und Modell des digitalen Zwillings auf einer Konferenz der Society of Manufacturing Engineers in Troy, Michigan, öffentlich vorstellte. 2010 führte John Vickers von der NASA eine neue Verwendung des Begriffs digitaler Zwilling ein, die nicht auf die Fertigungsindustrie beschränkt war, sondern auf alle Branchen angewendet wurde, darunter Bauwesen, Ingenieurwesen, Transport und Luft- und Raumfahrt.
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Definition digitaler Zwillinge
Ein digitaler Zwilling ist eine digitale 3D-Darstellung eines physischen Objekts. Digitale Zwillinge sind virtuelle Replikate physischer Geräte, Infrastrukturen oder Gebäude, die deren Betrieb, Leistung sowie Verschleiß kontrollieren, überwachen und analysieren können. Diese Modelle können auch dazu verwendet werden, den künftigen Zustand eines Systems zu simulieren, bevor tatsächlich Änderungen vorgenommen werden, sodass mögliche Ergebnisse vorhergesagt werden können.
Digitale Zwillinge ermöglichen es Nutzern, fundiertere Entscheidungen darüber zu treffen, wann Teile ausgetauscht oder aufgerüstet werden müssen, Ausfallzeiten zu reduzieren oder sie durch proaktive Benachrichtigungen zur vorbeugenden Wartung sogar vollständig zu vermeiden.
Sie haben sich in Bereichen wie Versorgungsunternehmen, Transport, Gesundheitswesen, Bauwesen, Einzelhandel, Medizin, Fertigung, Landwirtschaft, Infrastrukturmanagement, Automobilindustrie, Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigungsindustrie als hilfreich für die Wartung und prädiktive Analysen erwiesen.
Fertigungsunternehmen nutzen sie am häufigsten, um Produktionsprozesse effizienter zu gestalten, indem sie Abläufe sowohl in der virtuellen als auch in der realen Welt verwalten. Diese Zwillinge arbeiten zusammen, um die Wartungseffizienz, Betriebszeit und Leistung zu verbessern.
Lockheed Martin beispielsweise nutzt digitale Zwillinge, um seine Raumfahrzeuge, Flugzeuge, Hubschrauber und Raketen zu verfolgen. Durch den Einsatz von Sensoren zur Erfassung von Daten über diese Produkte sowie durch die algorithmische Modellierung ihres Verhaltens im Zeitverlauf ermöglichen digitale Zwillinge diagnostische, prädiktive und präskriptive Analysen im Kontext operativer Exzellenz.
Anstatt also zu warten, bis die Maschine ausfällt, können diese Modelle potenzielle Probleme erkennen, bevor sie auftreten, und so Kosten für ungeplante Reparaturen, Arbeitskräfte, Ausfallzeiten und Produktivitätsverluste einsparen.
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Wie funktionieren digitale Zwillinge?
Ein digitaler Zwilling ist ein künstliche-Intelligenz (KI)-gestütztes 3D-Modell eines physischen Wirtschaftsguts, das Erkenntnisse über die Leistung des entsprechenden physischen Objekts liefern soll. Dazu werden sämtliche Daten über das Objekt zusammengeführt.
Anschließend können Sie diese Daten analysieren und entscheiden, was repariert oder verbessert werden muss. Digitale Zwillinge können außerdem potenzielle Ausfälle vor ihrem Eintreten vorhersagen, sodass Sie vorbeugende Maßnahmen ergreifen können, um Probleme zu vermeiden. Mit einem digitalen Zwilling können Unternehmen den Betriebsstatus ihrer Wirtschaftsgüter besser verstehen und auf Grundlage der Datenerkenntnisse intelligentere Entscheidungen treffen.
Da jedes Unternehmen einzigartig ist, gibt es keinen einheitlichen Ansatz für die Erstellung eines digitalen Zwillings. Eine Sache bleibt jedoch konstant: Der erste Schritt besteht immer darin, Zugriff auf möglichst viele Daten über das physische Wirtschaftsgut zu erhalten. Je detaillierter, desto besser.
Erstellen Sie anschließend ein 3D-Modell dieses Wirtschaftsguts, das als Grundlage für den Aufbau des digitalen Zwillings dient. Sobald das Modell fertig ist, installieren Sie verschiedene Sensoren und erfassen zahlreiche Datenpunkte.
Wenn eine Entscheidung darüber getroffen werden muss, welcher Sensor für Ihr Unternehmen am besten geeignet ist, versuchen Sie, seine Eigenschaften mit denen ähnlicher Modelle abzugleichen. So stellen Sie sicher, dass in Ihrem digitalen Zwilling keine Informationslücken entstehen.
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Arten digitaler Zwillinge
Digitale Zwillinge können das künftige Verhalten eines gesamten Produktionssystems oder die Leistung einzelner Wirtschaftsgüter überwachen, analysieren und vorhersagen. Diese digitalen Modelle können dann verschiedene Szenarien simulieren, um strategische Entscheidungen darüber zu treffen, wie ein Wirtschaftsgut am besten betrieben werden kann. Es gibt vier Arten digitaler Zwillinge.
Komponenten- oder Teilezwillinge
Komponenten- oder Teilezwillinge sind digitale Darstellungen einzelner Teile eines Systems oder einer Maschine. Sie stellen die Grundform digitaler Zwillinge dar und simulieren das kleinste Beispiel einer funktionsfähigen Komponente, um Daten über deren Zustand, Nutzung und Leistung zu erhalten.
Wirtschaftsgutzwillinge
Wirtschaftsgut- oder Produktzwillinge sind virtuelle Simulationen der Interoperabilität zweier oder mehrerer einzelner Komponenten. Eine Datenverarbeitungsanlage beispielsweise besteht aus zahlreichen Teilen, die alle funktionieren müssen, damit die Anlage optimal arbeitet.
Ein digitaler Zwilling könnte es Ihnen ermöglichen, die Interaktionen zwischen diesen verschiedenen Komponenten zu simulieren und in dieser simulierten Umgebung zu erkennen, ob ein Teil die Funktionalität eines anderen beeinträchtigt.
System- oder Einheitenzwillinge
Systemzwillinge, auch Einheitenzwillinge genannt, sind virtuelle Darstellungen der Interoperabilität mehrerer Systemwirtschaftsgüter. Diese Zwillinge bestehen aus Daten, die sich auf das gesamte System oder Produkt und seine einzelnen Komponenten beziehen.
Mit der Technologie des System-Twinning können Sie verfolgen, wie sich Ihre Produkte im Laufe der Zeit verhalten. Dadurch können Ingenieure Anomalien in der Art und Weise erkennen, wie diese Produkte miteinander interagieren, und notwendige Anpassungen vornehmen.
Prozesszwillinge
Prozesszwillinge sind digitale Darstellungen von Systemen, die zusammenarbeiten, um eine gesamte Produktionsanlage zu bilden. Sie sind nicht auf physische Objekte beschränkt, sondern helfen dabei, Vorgänge in der Geschäftswelt abzubilden, und liefern Daten, mit denen potenzielle Probleme vorhergesagt werden können, bevor sie auftreten.
Prozesszwillinge stellen verschiedene Bereiche eines Unternehmens dar, darunter Maschinen, Arbeitsabläufe und Mitarbeiter. Sie ermöglichen es Unternehmen, Risiken und Problembereiche proaktiv zu erkennen, was zu einer höheren Effizienz auf allen Ebenen des Unternehmens führt. Sie helfen Unternehmen, Engpässe zu erkennen, den Durchsatz zu erhöhen und Kosten zu senken.
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Vorteile digitaler Zwillinge
Die Vorteile digitaler Zwillinge können für jedes Unternehmen enorm sein. Sie ermöglichen effizientere Abläufe, schnellere Reaktionszeiten, bessere Nachfrageprognosen, kostengünstigere Wartung, schnelle Innovationen, mehr Sicherheit und eine bessere Zusammenarbeit der Mitarbeiter.
Auch ein kleines Unternehmen kann von den Vorteilen digitaler Zwillinge profitieren. Es ist jedoch wichtig zu erkennen, dass nicht jede Branche genau denselben Bedarf an digitalen Zwillingen hat wie andere Branchen.
- Digitale Zwillinge ermöglichen es Unternehmen, ihre Abläufe auf granularer Ebene zu optimieren.
- Sie helfen Unternehmen dabei, die Leistung ihrer Wirtschaftsgüter, Ressourcen und Mitarbeiter effizienter zu optimieren.
- Außerdem helfen sie Organisationen, Geld zu sparen, indem sie Probleme vor ihrem Auftreten vorhersagen.
- Sie geben Managern Einblick in kritische KPIs, die in der Vergangenheit nur schwer zu messen oder zu überwachen waren, weil eine Organisation nicht wissen konnte, was ihre Ausrüstung rund um die Uhr tut.
- Außerdem bieten sie eine Visualisierung von Echtzeitdaten. Dadurch können Sie sehen, wie sich Ereignisse in dem Moment entwickeln, in dem sie geschehen, und entsprechend reagieren.
- Sie ermöglichen Mitarbeitern den Zugriff auf Betriebsdaten, sodass diese jederzeit wissen, was geschieht. Dies führt zu einer besseren Kommunikation unter den Mitarbeitern über potenzielle Probleme und Chancen.
Anwendungsfälle und Beispiele für digitale Zwillinge
Fertigung
Digitale Zwillinge sind für Fertigungsunternehmen, die seit Jahrzehnten den 3D-Druck nutzen, äußerst vorteilhaft. Das Beste daran ist, dass der Prozess mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) nahezu vollständig automatisiert ist.
In der Fertigung liefert ein digitaler Zwilling eine virtuelle Darstellung der modellierten Objekte oder Maschinen der realen Welt. Erkennt das KI-gestützte System ein Problem, benachrichtigt es automatisch einen Ingenieur über den Vorgang, damit dieser das Problem beheben kann, bevor etwas schiefgeht.
Gesundheitswesen
Digitale Zwillinge im Gesundheitswesen überwachen die Nutzung und Wartung medizinischer Geräte wie Sauerstofftanks, Röntgenscanner, CT-Scanner, MRT-Geräte und Dialysegeräte. Außerdem helfen digitale Zwillinge dabei, den künftigen Gerätebedarf auf Grundlage der Auslastung der aktuellen Geräte vorherzusagen.
Nehmen wir beispielsweise an, der digitale Zwilling erkennt, dass ein Gerät aufgrund seines Alters nicht mehr richtig funktioniert. In diesem Fall informiert er die Ingenieure entsprechend, und diese wechseln zu einem anderen Gerät, während sie das fehlerhafte reparieren.
Lieferkette
Die Lieferkettenbranche könnte digitale Zwillinge nutzen, um Erkenntnisse über ihr Logistiksystem zu gewinnen. Ein digitaler Zwilling kann eine virtuelle Karte von Lagern, Häfen und Vertriebszentren sein. Die virtuelle Kartierung ermöglicht es Organisationen, jederzeit zu wissen, wo sich Produkte in der Lieferkette befinden, und dadurch fundiertere Entscheidungen zu treffen.
Dazu gehört zu wissen, von welchem Lager aus der Versand am effizientesten ist, welche Bestellung bei der Abwicklung von Sendungen zuerst bearbeitet werden sollte, sicherzustellen, dass die Sicherheitsstandards während des Transports eingehalten werden, und Risiken entlang des Weges zu erkennen.
Gebäude und Bauwesen
Baustellen auf der ganzen Welt sind mit intelligenten Geräten ausgestattet, die alles von Temperatur, Luftfeuchtigkeit und Beleuchtungsstärke bis hin zum Luftdruck messen. Da die von diesen Geräten erzeugten Daten in einer Simulationsumgebung für digitale Zwillinge zusammengeführt werden, haben Bauunternehmen nun lange vor Beginn der Bauarbeiten Zugriff auf umfassende Informationen zu Gebäudeentwürfen und Materialien.
Einzelhandel
Im Einzelhandel werden digitale Zwillinge für Kundenmodelle und Simulationen eingesetzt, um die Kundenerfahrung zu verbessern. Über digitale Zwillinge gesammelte Kundendaten liefern Einzelhändlern wertvolle Informationen über die Gewohnheiten der Käufer und ermöglichen es Marken, maßgeschneiderte Marketingkampagnen zu erstellen.
Die Zukunft der digitalen Zwillinge
In Zukunft werden digitale Zwillinge in allen Branchen zum Standard gehören. Unternehmen werden sie nutzen, um intelligentere Entscheidungen zu treffen, Risiken zu reduzieren, die Effizienz zu steigern und Verbrauchern ein besseres Erlebnis zu bieten.
Laut Allied Market Research wird die globale Branche für digitale Zwillinge jährlich auf etwa 6,5 Milliarden US-Dollar geschätzt und soll bis 2030 einen Wert von 125,7 Milliarden US-Dollar erreichen. Von 2022 bis 2030 wird sie mit einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 39,48 % wachsen. Diese Daten spiegeln das enorme Potenzial dieser Technologie wider, da immer mehr Unternehmen ihre Möglichkeiten nutzen.