Digitaler Zwilling

Die Erstellung Digitaler Zwillinge beginnt in der Regel mit der Datenaufnahme und -erfassung. Sensoren, Drohnen, 3D-Scanner oder BIM-Modelle erfassen detaillierte Informationen über das physische Objekt, System oder die Umgebung.

Auf Basis der Daten wird ein digitales Modell erstellt, das die Struktur, Eigenschaften und Verhaltensweisen des realen Objekts abbildet. Dafür werden CAD-Software, BIM-Systeme oder spezielle Simulationsprogramme genutzt um sie in Kombination mit Unternehmens- und Internet of Things (IoT)-Daten zu visualisieren und zu analysieren. Ein digitaler Zwilling, der durch Echtzeit-3D, eine Computergrafiktechnologie, unterstützt wird, kann auch mehrere Datenquellen (sowohl Informationen als auch Modelle) kuratieren, organisieren und als naturgetreue, interaktive Visualisierungen präsentieren.

Durch den Einsatz von KI können Vorhersagen getroffen, Wartungsbedarfe identifiziert und Entscheidungsprozesse automatisiert werden.

Der digitale Zwilling muss laufend aktualisiert werden, um Veränderungen am physischen Objekt oder System widerzuspiegeln und aktuelle Daten zu berücksichtigen.

Mit dem Einsatz des digitalen Zwillings erhalten die Kunden sofort einen besseren Zugang zu den Daten. Mit zunehmender Reife des digitalen Zwillings ergeben sich weitere Vorteile wie geringere Wartungskosten, fundiertere Entscheidungen über Prozessänderungen mit großem Einsparungspotenzial sowie Verbesserungen bei der Wartung und betrieblichen Effizienz. 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.

Das Sicherheitstraining, die Qualitätssicherung und die Qualitätskontrolle, die mit digitalen Zwillingen möglich sind, haben Unfälle und Fehler in der Baubranche erheblich 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. Digital steht im Zentrum dieser Entwicklung.

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, Anlagen oder Gebäude) erstellt wurden. Das Internet der Dinge (IoT) bezeichnet ein Netzwerk physischer Objekte, die über eindeutige Kennungen (UIDs) verfügen und mit eingebetteter Technologie ausgestattet sind. Diese ermöglicht es ihnen, über das Internet mit anderen Objekten zu kommunizieren und zu interagieren sowie Daten aus der realen Welt in Echtzeit zu erfassen. Wenn digitale Zwillinge mit IoT-Daten verknüpft werden, können sie Einblicke in die Leistung eines Assets zu bestimmten Zeitpunkten geben und den Nutzern helfen, potenzielle Entwicklungen zu bewerten und Lösungen zu planen.

Durch den Zugriff auf IoT-Sensoren und -Daten können digitale Zwillinge ein ganzheitliches Bild des virtuellen Modells erfassen und so tiefere betriebliche Erkenntnisse gewinnen. Ein digitaler Zwilling eines Motors könnte zum Beispiel Informationen über dessen Leistungsmerkmale enthalten und es Ingenieuren ermöglichen, Simulationen durchzuführen, um neue Konstruktionen zu testen oder die Auswirkungen zukünftiger Änderungen zu bewerten. Digitalisierung ist in diesem Kontext besonders relevant. Digital steht im Zentrum dieser Entwicklung.

Obwohl es viele verschiedene Arten von digitalen Zwillingen gibt, haben sie einige gemeinsame Merkmale: Sie verwenden digitale Darstellungen physischer Objekte und Systeme, verfügen über UIDs, sodass sie von Geräten im Internet eindeutig identifiziert werden können, und ermöglichen eine bidirektionale Kommunikation zwischen sich selbst und physischen IoT-Geräten, um Informationen auszutauschen und Aktionen zu koordinieren. Prozesse ist in diesem Kontext besonders relevant.

Die größte Herausforderung besteht darin, die Stärke 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.

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, z. B. in Form 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.

Immer mehr werden Produkte, Maschinen, Fabriken, Gebäude und ganze Städte nicht mehr nur als physische Objekte verstanden – sie besitzen präzise virtuelle Gegenstücke. Auch Menschen verfügen inzwischen über digitale Zwillinge. Die nächste Entwicklungsstufe des Internets – die umfassende Vernetzung von Systemen, Geräten und Menschen – wird sich im Metaversum durch Echtzeit-3D-Technologie entfalten.

Das Metaversum eröffnet eine neue Ökonomie mit unzähligen Möglichkeiten – etwa im Bereich des 3D-Marketings – für immersive Erlebnisse in digitalen und hybriden Realitätsräumen, sei es zur Verwaltung von Gebäuden oder zur individuellen Gestaltung eines Fahrzeugkaufs.

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. Steuerung ist in diesem Kontext besonders relevant.

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.