Was ist der digitale Zwilling?

Digitale Zwillinge werden erstellt, indem konzeptionelle Modelle (über BIM, CAD oder GIS) importiert oder physische Entitäten in der realen Welt gescannt werden, um sie in Kombination mit Unternehmens- und Internet of Things (IoT)-Daten zu visualisieren und zu analysieren. Ein Digital Twin, der auf Echtzeit-3D basiert – einer Computergrafiktechnologie, die interaktive Inhalte schneller generiert, als das menschliche Auge wahrnehmen kann –, kann zudem verschiedene Datenquellen (sowohl Informationen als auch Modelle) kuratieren, organisieren und als naturgetreue, interaktive Visualisierungen darstellen.

Digitale Zwillinge sind virtuelle Darstellungen der Bewegungen, Kräfte und Interaktionen, die Assets in der physischen Welt durchlaufen können. Auf diese Weise können Nutzer mit dynamischen Inhalten interagieren, die dreidimensional sind und in Echtzeit auf ihre Aktionen reagieren. In dieser virtuellen Umgebung können sie reale Bedingungen, Was-wäre-wenn-Szenarien und alle erdenklichen Umstände effektiv simulieren und die Ergebnisse sofort auf jeder Plattform visualisieren, einschließlich mobiler Geräte, Computer und Augmented-, Mixed- und Virtual-Reality-(AR/MR/VR)-Geräten.

Jeder Einsatz eines digitalen Zwillings ist einzigartig. Die Bereitstellung erfolgt häufig in mehreren Phasen, wobei die Komplexität und die Auswirkungen auf das Unternehmen mit jeder Phase zunehmen. Digital Twins können von einem Produktkonfigurator über ein 3D-Modell bis hin zu einer präzisen Darstellung eines Netzwerks oder Systems reichen, das so groß ist wie eine Stadt, wobei jede seiner Komponenten dynamisch mit Konstruktions-, Bau- und Betriebsdaten sowie dem virtuellen Entwurf verknüpft ist.

Da Teams über verschiedene Disziplinen und Standorte hinweg komplexe Builds entwerfen, konstruieren, bauen, verkaufen und schließlich betreiben und warten, informieren digitale Zwillinge ihre Entscheidungsfindung in jeder Phase des Lebenszyklus.

Das Konzept, einen digitalen Zwilling zur Untersuchung eines physischen Objekts zu verwenden, wurde erstmals in den 1960er Jahren von der NASA eingeführt. Die NASA hat ihre Raumfahrzeuge auf dem Boden nachgebaut, um die Systeme für Erkundungsmissionen im Weltraum nachzubilden. Diese Technologie wurde vor allem bei der Apollo-13-Mission demonstriert. Dank der vernetzten Zwillinge konnte das Missionskontrollzentrum die Simulationen schnell an die Bedingungen des beschädigten Raumschiffs anpassen und verändern und Strategien entwickeln, um die Astronauten sicher nach Hause zu bringen.

In den frühen 1970er Jahren wurden Großrechner als digitale Zwillingssysteme zur Überwachung großer Anlagen wie Kraftwerke eingesetzt. In den 1980er Jahren kamen 2D-CAD-Systeme wie AutoCAD auf den Markt, mit denen technische Zeichnungen erstellt werden konnten und die es ermöglichten, alles mit dem Computer zu entwerfen. Diese wurden schnell von Millionen von Designern und Ingenieuren angenommen.

In den 2000er Jahren ermöglichte 3D-CAD mit parametrischer Modellierung und Simulation die Konstruktion komplexerer Baugruppen auf intelligentere Weise, ähnlich einer Datenbank miteinander verbundener Objekte. Mitte der 2010er Jahre brachten alle führenden 3D-CAD-Anbieter Lösungen mit Cloud-Anbindung auf den Markt, in erster Linie für die Zusammenarbeit und das Projektmanagement und nach und nach auch für das generative Design, obwohl die CAD-Tools nach wie vor desktopbasiert waren.

Heute beginnt das Zeitalter der Echtzeit-3D-gestützten digitalen Zwillinge, die über Dashboards und 3D-Modelle hinausgehen und Daten aus verschiedenen Quellen auf jedem Gerät oder jeder Plattform für eine bessere Zusammenarbeit, Visualisierung und Entscheidungsfindung freigeben.

Mit dem Einsatz des digitalen Zwillings erhalten die Kunden sofort einen besseren Zugang zu den Daten. Im Zuge der Weiterentwicklung eines Digital Twins ergeben sich weitere Vorteile, darunter geringere Wartungskosten, fundiertere Entscheidungen über Prozessänderungen mit hohem Einsparpotenzial sowie Verbesserungen bei der Wartungs- und Betriebseffizienz. Von Anfang an bessere Entwürfe zu haben, zahlt sich über die gesamte Lebensdauer eines Projekts aus, da 80-90 % der Kosten, die während der Produktion, Nutzung und Wartung einer Anlage anfallen, in der Entwurfsphase festgelegt werden.

Der Einsatz digitaler Zwillinge in der Designbranche hat die Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen mehreren Nutzern verbessert. Kunden in der Bauphase profitieren von der nahtlosen Zusammenführung von Daten und der Koordination von Gewerken.

Die Sicherheitsschulungen, die Qualitätssicherung und die Qualitätskontrolle, die dank Digital Twins möglich sind, haben Unfälle und Fehler in der Bauindustrie deutlich reduziert. Wenn digitale Zwillingsinitiativen für die Wartung und den Betrieb eingesetzt werden, ergeben sich Vorteile wie optimierte Abläufe, geringere Ausfallzeiten und niedrigere Wartungs- und Personalkosten.

Die Möglichkeit, in Echtzeit mit Daten zu interagieren, verändert die Art und Weise, wie Menschen Entscheidungen über Design, Betrieb und Wartung treffen. Die Möglichkeit, komplexe Vorgänge in Echtzeit-3D zu visualisieren und zu simulieren, hat die Art und Weise, wie Menschen mit ihren Assets interagieren, verändert und damit auch die Art und Weise, wie jeder physische Raum und jede Anlage auf der Welt geschaffen, gebaut und betrieben wird.

Digitale Zwillinge sind Visualisierungen, die aus konzeptionellen Modellen (z. B. BIM, CAD oder GIS) oder Scans physischer Entitäten (z. B. hergestellter Produkte oder Anlagen) erstellt wurden. Das Internet der Dinge (IoT) bezieht sich auf ein Netzwerk physischer Objekte, die über eindeutige Kennungen (UIDs) verfügen und eingebettete Technologie enthalten. Dadurch können sie über das Internet mit anderen Objekten kommunizieren und interagieren und Daten aus der realen Welt sowie Echtzeitdaten erfassen. Wenn digitale Zwillinge mit IoT-Daten integriert werden, können sie Einblicke in die Leistung einer Anlage zu bestimmten Zeitpunkten geben und den Nutzern helfen, mögliche Ergebnisse zu bewerten und mögliche Lösungen zu planen.

Durch den Zugriff auf IoT-Sensoren und -Daten können digitale Zwillinge eine ganzheitliche Ansicht des virtuellen Modells erfassen und so tiefere operative Intelligenz freisetzen. Ein digitaler Zwilling eines Motorenmodells kann beispielsweise Informationen über seine Leistungsmerkmale enthalten und ermöglicht es Ingenieuren, Simulationen durchzuführen, um neue Designs zu testen oder die Auswirkungen zukünftiger Änderungen zu bewerten.

Es gibt zwar viele verschiedene Arten von digitalen Zwillingen, aber sie alle haben einige gemeinsame Merkmale. Sie nutzen digitale Darstellungen von physischen Objekten und Systemen, enthalten eindeutige Kennungen (UIDs), so dass sie von Geräten im Internet leicht erkannt werden können, und erlauben eine bidirektionale Kommunikation zwischen ihnen und physischen IoT-Geräten, um Informationen auszutauschen und Aktivitäten zu koordinieren.

Es ist eine Sache, umfangreiche Daten zu sammeln, aber es ist eine ganz andere, sie auf intelligente Weise zu nutzen. Die besten Entscheidungen werden anhand von Daten getroffen, aber Ihre Daten sind nur so gut wie Ihre Fähigkeit, sie zum Leben zu erwecken, um Geschäftsszenarien zu simulieren und vorherzusagen.

Jedes Unternehmen, das eine digitale Transformation durchläuft, läuft Gefahr, in Rohdaten zu ertrinken, bevor es einen Weg gefunden hat, diese zu verarbeiten und zu nutzen. Heutzutage stellt die Erfassung von Rohdaten weniger eine Herausforderung dar als deren Verarbeitung, das Herausfiltern unbrauchbarer Teile, das Kombinieren und die Umwandlung in Informationen, die für den Benutzer im Kontext seiner Anwendung sinnvoll sind.

Die größte Herausforderung besteht darin, die Macht der Informationen freizusetzen. Unternehmens- und IoT-Daten sind in Datenbanken, Tabellenkalkulationen und Modellen (CAD, BIM, GIS) vergraben. Digitale Echtzeit-3D-Zwillinge können diese Daten zum Leben erwecken.

Produkte, Anlagen, Fabriken, Gebäude und Städte sind zunehmend nicht mehr nur Objekte der physischen Welt – sie haben präzise virtuelle Entsprechungen. Auch Menschen haben digitale Zwillinge. Im Metaversum werden wir die nächste Entwicklungsstufe des Internets – und die Vernetzung von Systemen, Geräten und Menschen – mithilfe von Echtzeit-3D erleben.

Das Metaversum eröffnet eine neue Economy mit unzähligen Möglichkeiten – wie beispielsweise 3D-Marketing – für immersive Erlebnisse in digital-übergreifenden und hybriden Realitätsräumen, sei es zur Verwaltung von Anlagenmodernisierungen oder zur individuellen Gestaltung eines Fahrzeugkaufs.