Digital Twin – Definition: Was ist ein digitaler Zwilling und wie profitieren Unternehmen von der Technologie?

Veröffentlicht am 16.9.2021 von Gitanjali Maria und Rosalia Pavlakoudis

Digital Twin Definition: Was ist ein digitaler Zwilling und wie profitieren Unternehmen von der Technologie?

Das leitende Management eines Unternehmens sprach gerade darüber, wie kürzlich eine Produktionseinheit ungeplant durch den Defekt einer Hydraulikpumpe heruntergefahren wurde, als die Beschaffungsmanagerin den Sitzungsraum betrat. „Tut mir leid, dass ich zu spät bin! Ich habe gerade noch die Bestellung für die neue Pumpe abgeschickt. Wir bekommen Zwillinge!

– „Zwillinge?“ –

„Ja, genau! Einmal die physische Pumpe und einmal der digitale Zwilling, der Digital Twin.“

Digital Twin: Definition

Ein Digital Twin oder digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild einer physischen Einheit wie einem Gegenstand, einem Prozess oder einer Person. Er umfasst Details zu Größe, Komponenten, Leistung usw. und speichert aktuelle sowie frühere Daten über das Objekt, die mit Sensoren und Aktoren erfasst wurden. Diese Daten werden in Analysemodelle eingespeist und liefern wertvolle Erkenntnisse.

In diesem Artikel beleuchten wir verschiedene Aspekte von Digital Twin-Technologien und ihren Vorteilen für Unternehmen.


Komponenten von Digital Twins

Hinter digitalen Zwillingen stehen Technologien wie das Internet of Things (IoT), maschinelles Lernen, künstliche Intelligenz und Big Data. Digital Twins müssen nicht immer eine 3D-Kopie eines Objekts sein, auch wenn 3D-Modelle ideal sind. Digital Twins haben vier zentrale Bestandteile:

4 zentrale Bestandteile von Digital Twins
Liste mit 4 zentalen Bestandteilen von Digital Twins

Arten von digitalen Zwillingen

Je nachdem, was repliziert wird, können Digital Twins in folgende Typen unterteilt werden:

  • Discrete Digital Twins: Virtuelle Nachbildungen einzelner Produkte/Ausrüstungsgegenstände, Personen oder Aufgaben zum Überwachen und Optimieren der Leistung einzelner Assets, Personen und anderer physischer Ressourcen.
  • Composite Digital Twins: Dienen der Überwachung und Optimierung von einer Kombination aus Discrete Digital Twins, z. B. virtuelle Modelle mehrteiliger Systeme wie Autos und Industriemaschinen.
  • Digital Twins of Organizations (DTOs): Virtuelle Modelle komplexer und großer Einheiten (wie ganzer Unternehmen oder Städte), die aus den digitalen Zwillingen ihrer Bestandteile bestehen. DTOs helfen beim Überwachen und Optimieren der übergeordneten Geschäftsleistung.
Verbindung einer Digital-Twin-Pumpe mit ihrem physischen Gegenstück
Flowchart zur Verbindung einer Digital-Twin-Pumpe mit ihrem physischen Gegenstück (Quelle)

Anwendungsfälle von digitalen Zwillingen

In diesem Abschnitt soll es um die Anwendung von Digital-Twin-Technologien in verschiedenen Branchen gehen.

  • Produktion: Durch die Echtzeitanalyse der Funktion von Maschinen mithilfe von Digital Twins können Wartungskosten reduziert und die Produktionsleistung gesteigert werden. General Electric Co. verfügte bereits 2018 über mehr als 1,2 Millionen digitale Zwillinge.
  • Automobilbereich: Virtuelle Kopien von Fahrzeugen sammeln Verhaltens- und Betriebsdaten ihrer physischen Gegenstücke und helfen so beim Analysieren und Verbessern der Fahrzeugleistung. Außerdem dienen sie dem Entwickeln und Testen neuer Produktmodelle einschließlich Hybrid- und Elektrofahrzeugen.
  • Bauwesen: Digitale Zwillingsmodelle von Gebäuden erfassen über Sensoren und andere Drahtlostechnologien Echtzeitdaten über die Struktur. Damit können das Design und die Qualität von Bauprojekten verbessert und Wartungskosten reduziert werden.
  • Luft- und Raumfahrt und Verteidigung: Digitale Zwillinge werden genutzt, um Produktdesigns und Performance zu verbessern. Die National Aeronautics and Space Administration (NASA) nutzt Digital Twins zum Betreiben, Warten und Reparieren von Systemen im Weltraum. Das US-Militär nutzt Digital Twins, um die Integrität von Chips und Halbleitern in Waffen zu überprüfen.
  • Sport: Mit Sensoren und Analysen können virtuelle Simulationen von Personen und Spielsituationen erstellt werden, um Verletzungsrisiken zu erkennen und die Leistung zu verbessern. Formel 1-Teams analysieren mit Digital Twins Verbesserungsmöglichkeiten für ihre Fahrzeuge.
  • Gesundheitswesen: An Digital Twins von Patienten oder Organen können Operationen und Behandlungen simuliert werden. Auch virtuelle klinische Studien vor der Einführung neuer Medikamente und Impfungen sind möglich.

Vorteile von Digital-Twin-Technologien

Digitale Zwillinge bieten Unternehmen zahlreiche Vorteile:

  • Probleme mit der Produktqualität reduzieren: Digitale Zwillinge simulieren verschiedene realistische „Was-wäre-wenn“-Szenarien, mit denen Unternehmen mögliche Auswirkungen erkennen, Betrieb und Prozesse verbessern und Qualitätsprobleme identifizieren können.
  • Wartungskosten reduzieren: Digitale Zwillinge prognostizieren Wartungsausfälle über Simulationsmodelle, die Informationen zu Risikofaktoren, Betriebsszenarien und Systemkonfigurationen erfassen. So können Unternehmen Kosten sparen, die Zuverlässigkeit von Geräten verbessern, Ausfallzeiten verringern und die Lebensdauer der Ausrüstung verlängern.
  • Schulungen für Angestellte verbessern: In Mitarbeiterschulungen können mit Digital Twins reale Gefahrensituationen nachgestellt werden. Auch Schulungen zur Handhabung von Geräten, die nicht vor Ort vorhanden oder zu teuer für Schulungen sind, sind möglich.
  • Effizienz und Produktivität steigern: Mit digitalen Zwillingen können Unternehmen Prozesse verbessern, ohne reale Prozesse zu verändern. Vorteile und Risiken neuer Verfahren können durch Simulationen erkannt und die Verfahren entsprechend angepasst werden.

3 Beschaffungsoptionen für Digital-Twin-Modelle

Es gibt mehrere Möglichkeiten, um digitale Zwillinge zu beschaffen oder zu erstellen.

1. Anwendungen mit Digital-Twin-Funktionen

Bei diesem Modell werden Digital Twins gemeinsam mit Geschäftsanwendungen oder per IoT vernetzten Produkten angeboten. Dies ist die schnellste, einfachste und kostengünstigste Methode. Laut dem Report Market Guide for Digital Twin Portfolios and Enabling Technologies von Gartner (vollständiger Inhalt für Kunden verfügbar) nutzen 50% diese Methode, um Digital Twins zu beschaffen. Immer häufiger finden sich Digital Twins als Funktion von Geschäftsanwendungen beispielsweise für Asset Performance Management oder Field Service Management.

Anbieter: GE Digital, Oracle, IBM, SAP, Bentley Systems

2. Eigene Entwicklung

Digitale Zwillinge können mit Technologien wie IoT-Plattformen, Analyse- und Simulationstools und BPM-Software auch von internen Teams entwickelt werden. Alternativ kann die Entwicklung bei IoT- oder IT-Anbietern in Auftrag gegeben werden. Eigens angefertigte Digital Twins sind genau auf die eigenen Anforderungen zugeschnitten, aber auch sehr teuer und erfordern lange Entwicklungszeiten.

Technikanbieter, die Digital Twins unterstützen: Accenture, Atos, IBM, Microsoft, Mavim

3. Kommerzielle Digital-Twin-Templates

Diese Templates werden von Technologiedienstleistern und OEMs als Softwarepakete für bestimmte IoT-Anwendungsfälle angeboten. Die Vollständigkeit, Kosten und Bereitstellungskonzepte variieren je nach Anbieter. Üblicherweise werden die Templates für einen bestimmten Anwendungsfall konzipiert, beispielsweise für Windturbinen, Aufzüge oder Automotoren. Sie sind schneller und einfacher zu beschaffen als intern entwickelte digitale Zwillinge, aber relativ unausgereift, was zu Sicherheitsproblemen und Schwierigkeiten bei der Integration führen kann.

Anbieter: ANSYS, SAP, GE Digital, Uptake, Hitachi

So bereitest du dein Unternehmen vor

Die Erstellung eines Digital Twins erfordert einiges an Vorarbeit. Beachte die folgenden Punkte, damit die Investition sich lohnt.

So bereitest du dein Unternehmen auf Digital Twins vor
Checkliste mit Tipps, wie Unternehmen sich auf Digital Twins vorbereiten können

Denke daran, dass digitale Zwillinge eine noch junge Technologie sind, und gehe entsprechend vorsichtig vor. Halte dich an die folgenden Empfehlungen:

  • Lege ein Budget für das Testen von digitalen Zwillingen und ähnlichen Technologien fest und überschreite es nicht.
  • Experimentiere in Bereiche, in denen es bereits erfolgreiche Anwendungsfälle gibt.
  • Belies dich ausführlich und nutze Schulungen zu den erforderlichen Technologien.
  • Besprich dein Interesse an Digital-Twin-Technologien mit IT-Experten und Beratern.
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Über den Autor oder die Autorin

Content Analyst für GetApp und Software Advice. Absolventin der HHU Düsseldorf, wohnhaft in Barcelona. Am Wochenende findet man mich meistens am Strand oder beim Brunch.

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