Digitale Zwillinge: Was ist das und wie funktioniert es?

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell eines physischen Objekts, das häufig für Simulationen, Tests und Überwachung des physischen Objekts verwendet wird.

Sie erleichtern die Visualisierung komplexer Projekte wie großer Maschinen, Flugzeugtriebwerke, Smart Cities und Versorgungsanlagen.

Digitale Zwillinge können auch für nicht existierende Objekte existieren – dann werden sie für die Planung und Entwicklung eines solchen Objekts verwendet.

Dieses Blog Erfahren Sie alles, was Sie über digitale Zwillinge wissen müssen, und erfahren Sie, ob Ihr nächstes Projekt davon profitieren könnte Projekt.

Eigenschaften digitaler Zwillinge

Digitale Zwillingstechnologien unterscheiden sich von anderen Technologien durch eine Reihe einzigartiger Merkmale, darunter:

• Modularität: Digitale Zwillingstechnologien nutzen oft einen modularen Designansatz, um eine einzelne Maschine mit mehreren Komponenten zu bauen. Dieser Ansatz macht es einfach, bestimmte Komponenten zu identifizieren, die ausgetauscht, verbessert oder auf bestimmte Weise optimiert werden können, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
• Viele Anschlussmöglichkeiten: Digitale Zwillinge sind auch stark auf Konnektivität angewiesen und dies wird normalerweise durch vernetzte Sensoren über IoT-Geräte erreicht. Diese Konnektivität geht in beide Richtungen und ermöglicht die Kommunikation zwischen dem digitalen und dem physischen Zwilling.
• Intelligent und neu programmierbar: Digitale Zwillingssysteme sind in dem Sinne intelligent, dass Sie Änderungen an verschiedenen Parametern vornehmen können. Informationen von IoT-Sensoren können beispielsweise dazu führen, dass der digitale Zwilling einige Parameter anpasst und diese neuen Einstellungen ebenfalls an den physischen Zwilling sendet, damit er sich selbst anpasst.
• Homogenisierung: Homogenisierung bezieht sich auf die Rationalisierung aller Daten und Eingaben der physischen Maschine in einem einfachen, digitalen Format, das die gemeinsame Nutzung mit anderen Benutzern, Systemen oder Teammitgliedern erleichtert.
• Digitale Spurenherstellung: Digitale Zwillinge hinterlassen auch Spuren, die es ermöglichen, den Zustand einer Maschine beispielsweise leicht auf einen früheren Zeitpunkt vor dem Auftreten einer Störung zurückzuspulen. Dies erleichtert die Diagnose von Problemen.

Wie digitale Zwillinge funktionieren

Der Prozess der Funktionalität digitaler Zwillinge ist relativ einfach. Hier ist der grundlegende 3-Schritte-Prozess.

1. Der physische Zwilling

Erstens gibt es das physische Objekt oder die Maschine, das alles sein kann, von einem V8-Verbrennungsmotor bis zu einem Turbofan-Triebwerk, einem Fließband in einer Fabrik oder einer gesamten Lieferkette. Ein physischer Zwilling ist mit Sensoren ausgestattet, die alle Arten von Daten von ihm sammeln und an seinen virtuellen Zwilling übertragen. Zu diesen Daten können Temperatur, Umdrehungen pro Minute, Druck, Geräuschpegel, Vibration usw. gehören.

2. Der digitale Zwilling

In der Computerwelt wird für eine virtuelle Simulation ein entsprechendes virtuelles Modell des physischen Zwillings erstellt. Dieses virtuelle Modell kann je nach Bedarf so einfach oder komplex sein. Es könnte einfache grafische Darstellungen verwenden oder komplexere Grafiken mit physikalischen oder technischen Prinzipien verwenden, die es seinem physischen Zwilling authentischer nachahmen lassen. 

3. Die Datenverbindung

Das System wird erst vollständig, wenn Live-Daten der Sensoren in den digitalen Zwilling eingespeist werden, um eine Echtzeit-Rückkopplungsschleife zu schaffen, in der der physische Zwilling sein digitales Gegenstück beeinflusst und der digitale Zwilling wiederum auch die physische Leistung überwachen kann. Sie können Simulationen durchführen, Änderungen am physischen Zwilling vornehmen oder zur Schulung von Personal für die Arbeit verwendet werden.

Die Vorteile digitaler Zwillinge

Die Vorteile digitaler Zwillinge sind zahlreich und hier sind einige:

• Vorausschauende Wartung: Durch die kontinuierliche Überwachung der Geräte und ihrer Leistung ermöglichen digitale Zwillinge eine vorausschauende Wartung und können dazu beitragen, kostspielige Geräteausfälle und ungeplante Ausfallzeiten zu verhindern.
• Verbesserte betriebliche Effizienz: Durch die Bereitstellung von Erkenntnissen zur Optimierung von Prozessen und zur optimalen Zuweisung von Ressourcen auf der Grundlage von Echtzeitdaten können digitale Zwillinge auch zu erheblichen Ergebnissen führen PRODUKTIVITÄT Gewinne.
• Verbessertes Sicherheits- und Risikomanagement: Mit einem digitalen Zwilling können Gefahrenszenarien simuliert werden, um potenzielle Gefahren zu erkennen und die richtigen Maßnahmen einzuleiten.
• Innovation & Produktentwicklung: Digitale Zwillinge können dazu beitragen, Innovationen zu erleichtern, indem sie eine virtuelle Umgebung zum Testen und Verfeinern von Ideen bereitstellen, bevor mit der physischen Produktion begonnen wird. Dies kann den Innovations- und Produktentwicklungsprozess beschleunigen und dazu beitragen, Produkte schneller auf den Markt zu bringen.
• Verbesserte Entscheidungsfindung: Digitale Zwillinge bieten datengesteuerte Einblicke in den Zustand und die Leistung physischer Systeme in Echtzeit. Mithilfe dieser Informationen können Entscheidungsträger fundierte Entscheidungen treffen, die Prozesse ihres Systems optimieren und einfacher auf unvorhergesehene Umstände reagieren.
• Kosteneinsparungen: Digitale Zwillinge können durch vorausschauende Wartung, Prozessoptimierung und ein verbessertes Gesamtressourcenmanagement zu Kosteneinsparungen in einem Unternehmen beitragen.

Arten von digitalen Zwillingen

Je nach Anwendung oder Umfang gibt es verschiedene Arten von digitalen Zwillingen. Hier sind die wichtigsten:

• Komponentenzwillinge: Auch Teilezwilling genannt, ist ein digitaler Zwilling, der dem kleinsten Element eines Systems entspricht. Ein Beispiel ist ein einzelner Kolben eines 6-Zylinder-Motors. Komponentenzwillinge können bestimmte Parameter wie Vibration und Temperatur überwachen.
• Produktzwillinge: Ein Produkt- oder Asset-Zwilling kombiniert in der Regel mehrere Komponentenzwillinge, um dieses Modell mit einer höheren Komplexität zu erreichen. Produktzwillinge stellen normalerweise physische Produkte dar, beispielsweise einen Motor, einen Ventilator usw.
• Prozesszwillinge: Wird zum Modellieren und Simulieren der Vorgänge oder Arbeitsabläufe innerhalb eines Systems verwendet. Prozesszwillinge können zur Optimierung oder Überwachung industrieller Prozesse wie Fertigung und Lieferkettenmanagement eingesetzt werden.
• Systemzwillinge: Kombiniert mehrere Prozesse oder Produktzwillinge, um ein komplexes System zu erstellen, mit dem die Interaktionen verschiedener virtueller Modelle als eine Einheit analysiert oder simuliert werden.

Anwendungen in allen Branchen

Unternehmen wenden digitale Zwillingstechnologien in verschiedenen Branchen auf der ganzen Welt an. Hier sind einige dieser wichtigsten Anwendungen:

• Fertigung: Digitale Zwillinge tragen dazu bei, den Produktionsprozess in Fabriken zu optimieren und dadurch Ausfallzeiten zu minimieren, den Gerätezustand zu überwachen und die Gesamtbetriebseffizienz des Unternehmens zu verbessern.
• Luft- und Raumfahrt: Luft- und Raumfahrthersteller nutzen digitale Zwillinge für die Konstruktion und Prüfung von Flugzeugkomponenten. Andere nutzen es zur Echtzeitüberwachung, wie zum Beispiel Rolls-Royce bei seinen Triebwerken.
• Intelligente Städte: Intelligente Städte setzen digitale Zwillinge zur Verkehrsoptimierung, Energieüberwachung und -verwaltung ein und treffen verschiedene fundierte Entscheidungen, die den Stadtbewohnern zugute kommen.
• Energie & Dienstprogramme: Die digitale Zwillingstechnologie hilft bei der Verwaltung erneuerbarer Energien, Stromnetzen und jeder komplexen Kombination von Energiesystemen. Sie können bei der Optimierung der Ressourcenzuteilung, der Vorhersage des Energiebedarfs usw. helfen.
• Bau: Digitale Zwillinge ermöglichen es Architekten und Ingenieuren, verschiedene Optionen zu visualisieren und zu simulieren, bevor sie den ersten Schritt machen. Darüber hinaus können sie ein Gebäude auch nach dem Bau überwachen.
• Leitung der Lieferkette: Komplexe Lieferketten können mithilfe der Digital-Twin-Technologie Waren und Materialien in Echtzeit verfolgen, Transportwege optimieren, potenzielle Verzögerungen erkennen und die Gesamteffizienz der Lieferkette verbessern.
• Produktentwicklung: Mithilfe digitaler Zwillinge können neue Produkte vor der Markteinführung virtuell getestet und verfeinert und so die Entwicklungskosten gesenkt werden.

Beispielanwendungen

Hier sind einige denkwürdige Beispiele für die unterschiedlichen Arten, wie Unternehmen die Technologie des digitalen Zwillings einsetzen.

• GE Windkraftanlagen: GE nutzt digitale Zwillinge von Windkraftanlagen zur Leistungsüberwachung und vorausschauenden Wartung.
• SpaceX: Ein digitaler Zwilling seiner Dragon-Kapsel ermöglicht es Betreibern, Flugbahnen, Lasten und Antriebssysteme zu überwachen und anzupassen, um Sicherheit und Zuverlässigkeit zu gewährleisten.
• Singapur Smart City: Singapur entwickelt einen digitalen Zwilling der gesamten Stadt, einschließlich Gebäuden, Infrastruktur und Verkehrsnetzen, um Energieverbrauch, Luftqualität und Verkehr in Echtzeit zu überwachen.
• Schneider Electric Grids: Schneider Electric nutzt digitale Zwillinge von Stromnetzen zur Optimierung des Energieflusses, zur Vorhersage möglicher Ausfälle und zur Netzstabilität.
• AB InBev: Die weltweit größte Brauerei nutzt die Technologie digitaler Zwillinge, um ihre Lieferketten und Produktionslinien zu verwalten.
• Rolls Royce: Das Unternehmen Rolls-Royce nutzt digitale Zwillinge seiner Flugzeugtriebwerke zur Triebwerksverfolgung, -optimierung und -effizienz in Echtzeit.
• Unilever: Dieser Produktionsriese setzt in seinen Fabriken die digitale Zwillingstechnologie zur Prozessoptimierung und Ressourcenmaximierung ein.
• Boston Consulting Group: Die Boston Consulting Group (BCG) setzt digitale Zwillinge von Geschäftsprozessen ein, um Ineffizienzen zu identifizieren und zu beheben, Prozessengpässe vorherzusagen und die Ressourcenzuweisung in den Unternehmen ihrer Kunden zu optimieren.

Digitale Zwillingstechnologien

Digitale Zwillingstechnologien entwickeln sich nicht im luftleeren Raum. Sie sind das Ergebnis der Interaktion mit mehreren anderen Technologien, darunter die folgenden:

• AI & ML: Künstliche Intelligenz (KI) und Maschinelles Lernen (ML) sind Bereiche der Informatik, die es Ingenieuren leicht machen, die Sensor- und Dateneingaben von digitalen Zwillingssystemen zu nutzen und sie in umsetzbare Erkenntnisse oder andere wertvolle Geschäftsanwendungen umzuwandeln.
• IoT: Das Internet der Dinge (IoT) ist das wachsende Netz miteinander verbundener Geräte, die untereinander und miteinander kommunizieren können Computing Plattformen. IoT-Anwendungen und Innovationen sind weiterhin auf dem Vormarsch.
• Erweiterte Realität: Erweiterte Realität ist ein Überbegriff, der sich auf Virtual-Reality-, Augmented-Reality- und Mixed-Reality-Anwendungen bezieht.
• Cloud & Edge: Cloud-Plattformen erleichtern die Datenhomogenisierung Edge-Computing Systeme helfen Unternehmen dabei, ihre Infrastruktur und Datenverarbeitungskapazitäten zu optimieren.
• Simulatoren: Von 3D-Modellierungssystemen bis hin zu Physik-Engines, Visualisierungstools und anderen Plattformen, die die Erstellung und Visualisierung digitaler Zwillinge ermöglichen.
• Blockchain: Es gelten einige digitale Zwillingsanwendungen, beispielsweise Supply-Chain-Lösungen Blockchain-Technologien für präzises und zuverlässiges Datenmanagement.

Ressourcen

• Wikipedia-Artikel zu digitalen Zwillingen: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM zu digitalen Zwillingen: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Microsofts Azure Digital Twins-Dienst: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digital-Twin-Konsortium: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digital Twin Hub: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industrial IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Fazit

Sie haben gesehen, wie digitale Zwillinge die Art und Weise, wie wir die physische Welt wahrnehmen und mit ihr interagieren, verändern und revolutionieren. Vom Produktdesign bis zur Orchestrierung ganzer städtischer Ökosysteme bieten digitale Zwillinge beispiellose Einblicke, Effizienz und Innovation.

Digitale Zwillinge verbinden außerdem den physischen und den digitalen Bereich mit Echtzeit-Datenanalysen und Vorhersagefunktionen, was es Branchen ermöglicht, Prozesse einfach zu optimieren und die Entscheidungsfindung zu verbessern. Dies kann Ihnen und Ihrem Unternehmen dabei helfen, neue Möglichkeiten zu erschließen.