Digital Twin – Fünf Beispiele für eine gelungene IoT Anwendung

Digital Twin – Die Bezeichnung ist immer mehr Menschen ein Begriff. In der Industrie 4.0 ist der digitale Zwilling dabei genauso angekommen wie in der Medizin, in der Smart City oder im Bereich des Industrial Design. Kein Wunder, dass die Google Anfragen nach Digital Twins in den letzten drei Jahren um 400 Prozent gestiegen sind. Als detailgenaues Abbild der Realität sind Digital Twins schließlich ziemlich nützlich. Sie sind kostengünstiger, effektiver und sie lassen sich schneller adaptieren als das bei einem physischen Prototypen der Fall ist. Genau wegen dieser Eigenschaften wird der virtuelle Zwilling zum unverzichtbaren Helfer in vielen Bereichen. Ob es sich um Fertigungsprozesse handelt oder darum geht, die Abläufe eines Windparks zu optimieren, der Digital Twin sorgt für komplexe Lösungen. Zu jeder Zeit und an jedem Ort.

Möglich wird die Erstellung des digitalen Ebenbilds aber erst, seitdem Sensoren und die entsprechenden Algorithmen verstärkt ihre Arbeit aufgenommen haben. Sprich, die digitale Revolution funktioniert auf vielen Ebenen. Und bringt weitere Revolutionen mit sich. Oder hätte man bei Einsetzen der Industrialisierung gedacht, dass man Produktionsprozesse testen kann, ohne einen Schraubenschlüssel dafür in die Hand zu nehmen?

Optimale Fertigungs- und Produktionsplanung mit dem Digital Twin

Mit Hilfe der digitalen Prototypen kann ein Hersteller Probleme erkennen, bevor sie auftreten. Zum Beispiel dadurch, dass Produktionsabschnitte anhand der Sensorendaten überwacht und verschiedene Szenarien mit diesen Daten durchspielt werden. Man erhält dabei in Echtzeit einen Überblick darüber, wie es um die Maschinen bestellt ist. Man weiß, wann ein Engpass auftreten könnte oder welche Bedingungen angepasst werden müssen, um die Fertigung zu optimieren. Außerdem erfahren wir, was mit den physischen Gütern geschieht oder welche Voraussetzungen bei der Herstellung hilfreich sind, um sie effizienter zu gestalten. Wartungsprobleme werden reduziert und eine optimale Produktionsleistung ermöglicht.

Immer mehr Unternehmen aus der Industrie arbeiten daher mit den virtuellen Abbildern. Untersuchungen von Gartner ergaben, dass 50 Prozent der großen Hersteller bis 2020 mindestens eine Initiative mit digitalem Zwilling auf den Weg bringen. Die Anzahl der Unternehmen, die diese nutzen, soll sich außerdem bis zum Jahr 2022 noch verdreifachen. Mit Erfolg. Der Energiekonzern Chevron etwa geht davon aus, dass man durch die digitale Zwillingstechnologie, die in Ölfeldern und Raffinerien eingesetzt wird, bis 2024 Wartungskosten in Millionenhöhe einsparen kann.

Erfassen, Analysieren und Handeln mit Betriebsdaten in Echtzeit

Auch in anderen Bereichen wird der Einsatz des Digital Twin zur essentiellen Maßnahme. Nehmen wir die Luftfahrt etwa. Geht es darum, die durchschnittliche Lebensdauer eines Düsentriebwerks vorherzusagen oder andere potenzielle Risiken im Umfeld des Motors vorherzusagen, ist ein Digital Twin eine zuverlässige Größe geworden. Durch die Erstellung des virtuellen Abbilds des Triebwerks etwa wird der Triebwerkszustand überwacht.  Die Simulation umfasst auch andere Bereiche und wird zusätzlich durch Wetterdaten, Temperatur, Druck etc. gefüttert. Sie läuft die ganze Zeit mit, um festzustellen, ob das potenzielle Risiko eines Versagens des Triebwerks oder eine andere Gefahr besteht. Im Notfall wird durch die Simulation in Echtzeit sofort gehandelt. Etwa zur Notlandung angesetzt. Oder ein baldiger Wartungstermin anberaumt.

Aufgrund der Echtzeit-Simulation wird die Möglichkeit einer auf digitalen Zwillingen basierenden virtuellen Realität auch von der NASA eingesetzt. Und nicht erst seit gestern. Die NASA nutzt eine ähnliche Technologie bereits seit Anbeginn der Weltraumforschung, um Probleme bei Wartung und Reparatur von Systemen zu lösen, wenn sie sich fernab im All befinden. Ein packendes Bespiel am Rande: Die virtuellen Zwillinge halfen zum Beispiel dabei, die Astronauten der missglückten Apollo 13 Mission zu retten.

Effizientes Design neuer Produkte

Digital Twins erleichtern nicht nur die Vorhersage. Auch Design und Funktionalität neuer Produkte lassen sich genial und einfach testen, wenn man einen Digital Twin des zukünftigen Produktes erstellt. Einen digitalen Prototypen sozusagen. Dadurch erhält man nicht nur die Möglichkeit, die Ausmaße eines neuen Produktes, etwa eines neuen Smartphones oder vielleicht eines Bauteils für Maschinen, realistisch darzustellen. Man kann auch herumspielen und jedes mögliche Problem eruieren:

  • Wie passt das Design zu anderen Produkten?
  • Auf welche Weise kann es verwendet werden?
  • Gibt es Probleme bei der Handhabung?
  • Stimmt die Form in Hinblick auf die Funktionalität des Designs?

Viele Fragen lassen sich durch den Digital Twin leichter beantworten. Vor allem aber sind sie auf Dauer kostengünstiger. Gerade Produkte mit geringen Margen, wie etwa besagte Bauteile, oder kleinere Gegenstände des Alltags sind mit virtueller Zwillingstechnologie einfacher zu gestalten. Und zwar ohne, dass man bei jeder Veränderung einen kostspieligen Prototypen bauen muss.

Die smarte Stadt als Digital Twin

Die flexible Anpassung der digitalen Zwillinge und die zunehmend genauere IoT Technologie spielt uns auch in der Smart City in die Karten. In manchen Teilen der Welt wird die Technik daher bereits zur Verbesserung der städtischen Infrastruktur und der Verkehrssituation eingesetzt. So geschehen in einer der größten Städte der Welt: New York. Um das Verkehrssystem zu verbessern, hat die Regierung beschlossen, eine digitale Kopie der Stadt erstellt. Dadurch können Planer und Ingenieure nun digitale Straßensysteme entwickeln und vorhersagen, wie sich mögliche Veränderungen in die normalen Straßen von New York einfügen lassen und das Stadtbild oder die Abläufe in der Stadt verändern.

Selbst von Singapur gibt es bereits eine Kopie mit ähnlichem Nutzen. Anfang 2018 bereits setzten die Entwickler des Unternehmens Smart City Business den digitalen Zwilling von Singapur um. Ziel war es, die Stadtplanung effizienter zu gestalten und die Lebensqualität in der Millionenstadt zu erhöhen. Dabei spielen nicht nur die verbesserte Verkehrssituation und optimierte Ampelsysteme eine Rolle, sondern auch der effizient geplante Energieverbrauch.

Zum Artikel Digital Twin: Stadt
Der Digital Twin wird in manchen Teilen der Welt bereits zur Verbesserung der städtischen Infrastruktur und der Verkehrssituation eingesetzt.

Modernes Farming mit dem Digital Twin

Laufende Datensammlung über IoT-Devices oder Sensoren und die daraus erstellten virtuellen Abbilder helfen auch der Landwirtschaft. So erfährt das Smart Farming durch den Einsatz von digitalen Replikanten einen echten Schub. Mit Sensoren an landwirtschaftlichen Maschinen etwa. Diese können laufend die Kontrollwerte messen und durch den Digital Twin analysieren. Dadurch können im Zuge des Predictive Maintenance Verschleißwerte und Verbrauchszyklen vorausgesagt werden. Der Landwirt kann die Wartung planen und kosten sparen. Ebenso kann er Wetterdaten für die Bewässerung von Feldern etc. durch die virtuellen Simulationen nutzen.

Digitale Zwillinge sind also vielseitig einsetzbar. Ob im Flugzeug, beim Design, bei Herstellungsprozessen oder in der modernen Landwirtschaft. Virtuelle Abbilder können wirklich überall sinnvoll genutzt werden.


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