Digital Twins

Der Begriff Digital Twin bezeichnet ein leistungsstarkes Konzept, bei dem eine virtuelle Darstellung eines physischen Objekts, Systems oder Prozesses erstellt wird. Ziel ist es, eine zuverlässige Umgebung zu schaffen, in der optimale Betriebsbedingungen und Leistungen aus der Ferne bewertet werden können.
Digitale Zwillinge sind somit virtuelle Abbilder von Produkten, Maschinen, Prozessen oder ganzen Produktionsanlagen, die alle relevanten Daten und Simulationsmodelle enthalten. Sie ermöglichen eine schnellere und qualitativ hochwertige Produktentwicklung, da Entwürfe und Tests virtuell durchgeführt werden können, bevor physische Prototypen erstellt werden. Dies steigert die Effizienz, da mehr Konfigurationen getestet werden können, als es mit physischen Modellen in der gleichen Zeit möglich wäre.

Verknüpfung von realer und virtueller Welt

Dieses Konzept ist ein zentraler Bestandteil von Lösungen zur digitalen Transformation, insbesondere im Kontext des Internet der Dinge (IoT). Hierbei werden Feldgeräte wie Sensoren, Aktoren und intelligente Maschinen mit Gateways oder Edge-Computern verbunden, die nahezu in Echtzeit Daten auslesen oder austauschen.

Die gesammelten Daten werden auf dem lokalen System zu einem digitalen Abbild zusammengeführt, das typischerweise als digitaler Zwilling in der Cloud gespiegelt wird. Änderungen an Parametern auf der Cloud-Seite werden ebenfalls auf die Geräte im Feld übertragen. Sollte die Kommunikation zwischen dem Asset und der Cloud unterbrochen sein, werden ausstehende Updates durchgeführt, sobald die Verbindung wiederhergestellt und die digitalen Zwillinge synchronisiert sind. 

Digitale Zwillinge in der Cloud können viele reale Objekte repräsentieren, von einzelnen Komponenten (diskreter digitaler Zwilling) bis hin zu komplexen Kombinationen von Assets (zusammengesetzte oder System-Digitalzwillinge), wie Lokomotiven oder ganze Fabriken. So unterschiedlich die Konzepte und Use Cases sind, in denen digitale Zwillinge heute eingesetzt werden, so unterschiedlich sind auch die Definition, die sie beschreiben. In einem Punkt gleichen sie sich jedoch: Es gibt stets ein Objekt, ein System oder einen Prozess, der in der realen Welt existiert. Als Gegenstück dazu wird ein Zwilling erstellt, der das Objekt oder den Prozess in der virtuellen Welt verkörpert, und es gibt als dritten Faktor einen Strom von Daten, der die reale und die virtuelle Welt miteinander verbindet.

Im Einsatz für Effizienzsteigerungen und Optimierung der Produktlebenszyklen  

Künstliche Intelligenz (KI) spielt eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung und Optimierung von Digital-Twin-Technologien. Durch den Einsatz von KI-Algorithmen können digitale Zwillinge nicht nur die aktuellen Zustände und Leistungskennzahlen eines physischen Systems überwachen, sondern auch prädiktive Analysen und Empfehlungen liefern. KI ermöglicht es, große Mengen an Echtzeitdaten zu verarbeiten und Muster zu erkennen, die menschlichen Analysen möglicherweise entgehen würden.

Mit Hilfe von maschinellem Lernen können digitale Zwillinge Anomalien vorhersagen, bevor sie auftreten, und dadurch proaktive Wartungsmaßnahmen einleiten. Dies reduziert Ausfallzeiten und optimiert die Ressourcennutzung. Zudem ermöglicht KI die Simulation verschiedener Szenarien, um die Auswirkungen von Änderungen im Betrieb zu testen, bevor diese in der realen Welt umgesetzt werden. Unternehmen können so nicht nur ihre Betriebseffizienz steigern, sondern auch innovative Geschäftsmodelle entwickeln, die auf datengetriebenen Erkenntnissen basieren. Durch die Integration von KI werden digitale Zwillinge zu einem unverzichtbaren Werkzeug für die Industrie 4.0, das Unternehmen hilft, in einem zunehmend wettbewerbsorientierten Markt erfolgreich zu sein.

Industrie Computer spielen eine wesentliche Rolle bei der Implementierung und dem Betrieb von Digital Twins. Sie bieten die nötige Rechenleistung und Zuverlässigkeit, um große Datenmengen in Echtzeit zu verarbeiten. Als zentrale Knotenpunkte sammeln und analysieren sie Daten von Sensoren und leiten sie an digitale Zwillinge weiter, wodurch eine nahtlose Verbindung zwischen der physischen und digitalen Welt entsteht.