In der Juli-Ausgabe der Newsletter-Reihe "Hot Topics in Tech" geben wir einen kurzen Einblick in die Technologie der digitalen Zwillinge und ihre Anwendungen.
Der digitale Zwilling ist ein digitales Abbild eines Produkts, eines Prozesses oder eines Systems, das dessen Lebenszyklus und Entscheidungsfähigkeit virtuell darstellt. Außerdem ermöglicht er die Analyse von Daten und die Überwachung von Systemen, um Probleme zu erkennen, bevor sie auftreten, Ausfallzeiten zu vermeiden und neue Möglichkeiten zu eröffnen, einschließlich der Planung für die Zukunft.
Eine der wichtigsten Anwendungen der Technologie ist die Simulation physischer Güter vor der Produkteinführung. Es dauert Jahre, bis ein Ingenieur oder Wissenschaftler eine Idee in einen funktionierenden Prototyp verwandelt. Neben dem Zeitaufwand gibt es noch andere Probleme, die es zu vermeiden gilt, z. B. Fehler in Echtzeit, die Notwendigkeit von Nachbesserungen und Reparaturen, Re-Engineering, Neukonzeption, Fehlersuche und Tests. Durch vorausschauende Analyse und Risikobewertung können wir sicherstellen, dass die Wahrscheinlichkeit des Auftretens dieser Probleme verringert wird.
Mit dem digitalen Zwilling können alle oben genannten Schwierigkeiten und Aufgaben sowie die damit verbundenen Kosten verringert werden. Ein computergestütztes Modell, das eine physische Substanz nachbildet, interagiert mit der physischen Substanz unter Verwendung von Daten, die von daran angebrachten Sensoren gesammelt werden. Die Sensordaten werden in das digitale Modell eingespeist, um die Echtzeitfunktionen zu imitieren. Diese Daten helfen dabei, Probleme zu erkennen, die Leistung zu optimieren, das System aufrechtzuerhalten und zukünftige Risiken zu korrigieren.
Abb. 1: Flussdiagramm des digitalen Zwillings
Der digitale Zwilling unterscheidet sich von der erweiterten oder virtuellen Realität und von anderen Simulationstechniken dadurch, dass es sich bei AR/VR um unwirkliche Darstellungen ohne Integration von Echtzeitinformationen in das System handelt, während beim digitalen Zwilling Echtzeitdaten und -parameter in das System eingespeist werden, um die Leistung nachzuahmen.
Abb. 2: Illustration des Konzepts des digitalen Zwillings
Der digitale Zwilling kann jedoch parallel zu AR/VR eingesetzt werden. VR ermöglicht es seinen Nutzern, in die Umgebung des digitalen Zwillings einzutauchen. Andererseits kann der digitale Zwilling einer Maschine mit AR überlagert werden, so dass die Nutzer das Innenleben der Maschine visualisieren und ihre Datenflüsse verstehen können, was eine schnellere und effektivere Entscheidungsfindung ermöglicht.
Der digitale Zwilling kann mit Technologien wie dem Internet der Dinge (Internet of Things,IoT) kombiniert werden, um die vorbeugende Wartung und die analytische/AI (künstliche Intelligenz)-basierte Optimierung des physischen Systems und der Betriebsprozesse zu verbessern. Intelligente Gebäude sind ein hervorragendes Beispiel für Anwendungen, die von den maschinellen Lernfunktionen des digitalen Zwillings profitieren können.
Abbildung 3: Digitaler Zwilling und virtuelle Realität
Andere Branchen, die vom digitalen Zwilling beeinflusst werden, sind die Fertigungsindustrie, in der die Technologie optimierte und effizientere Emulationen mit kürzeren Durchlaufzeiten ermöglicht. Sportbereiche wie Formel-1-Autos, Windturbinen in Lokomotiven und Düsentriebwerke sind ebenfalls Fertigungstechnologien, in denen der digitale Zwilling Anwendung findet. Die Raumfahrttechnik ist die Pionierbranche, die diese Technologie entwickelt hat, und sie findet hier weiterhin vielfältige Anwendungen. Die Einzelhandelsbranche eröffnet Chancen durch die Digitalisierung des Kundenerlebnisses, indem sie Spiegelzwillinge für die Kunden erstellt und die Mode für sie darauf modelliert. Stadtplanung, Politik, Missstände, wirtschaftliche Entwicklung, Verwaltung und Lebensqualität sind Bereiche, die mit Hilfe von Nachahmungsmodellen des digitalen Zwillings verbessert werden sollen.
Im Gesundheitswesen können mit Hilfe des digitalen Zwillings personalisierte Patientenüberwachung, Präventivmedizin, Gesundheitsprognosen und -analysen risikofrei und effektiv durchgeführt werden. Auch chirurgische Eingriffe und die Wirkung bestimmter Medikamente können digital getestet und überwacht werden, bevor sie bei Patienten eingesetzt werden.
Die Technologie des digitalen Zwillings entwickelt sich allmählich zu einem wichtigen Schwerpunktbereich für Technologiekonzerne, die aus dem breiten Anwendungsbereich Kapital schlagen wollen. Es ist noch ein weiter Weg, bis sie mit anderen aufkommenden Technologien wie IOT, Blockchain und KI integriert wird.
