Digitaler Zwilling: Echt oder
doch nur ein Schatten? 

Rund um die Industrie 4.0 gibt es viele neue Begriffe, man könnte fast schon von Buzzwords sprechen, die oft genannt aber eben oft auch nicht wirklich definiert werden. Big Data, Data Mining, Industrial Metaverse und auch diese Schlagworte: digitaler Zwilling und digitaler Schatten. Was der Unterschied zwischen den beiden Begriffen ist und wie sie vielleicht auch zusammenhängen und vor allem auch, was wir mit ihnen verbinden und warum wir unseren digitalen Zwilling als echt bezeichnen, das erklären wir hier.  

Digitaler Zwilling: eine allgemeingültige Definition  

Was genau verbirgt sich hinter einem digitalen Zwilling?  

Der erste technische Zwilling überhaupt entstand für das Apollo-Programm der NASA. Dort hatte man Ende der 1960er Jahre einen identischen Nachbau des Raumfahrzeugs geschaffen, um das Verhalten der echten Apollo im Weltall vorab simulieren und testen zu können. 

Einen weiteren Schritt machte diese Technologie im Jahr 2002 als Michael Grieves (Florida Institute of Technology, NASA Berater) das Konzept und das Modell des Digitalen Zwillings auf einer Konferenz der Society of Manufacturing Engineers in Troy, Michigan, öffentlich vorstellte. Im Jahr 2010 führte John Vickers von der NASA für eine Technologie-Roadmap eine neue Verwendung des Begriffs "Digitaler Zwilling" ein. Sie war nicht auf die Fertigungsindustrie beschränkt, sondern fand in allen Sektoren, einschließlich Bauwesen, Maschinenbau, Verkehr sowie Luft- und Raumfahrt, Anwendung. 

Heute versteht man unter einem digitalen Zwilling eine digitale Repräsentanz eines materiellen oder immateriellen Objekts aus der realen Welt in der digitalen Welt. Dabei ist unerheblich, ob das Gegenstück in der realen Welt bereits existiert oder zukünftig erst existieren wird. 

Angesichts der IT-technologischen Fortschritte der letzten Dekade erscheint das Konzept digitaler Zwilling als zwingend logische Weiterentwicklung: real existierende oder fiktive Dinge können mittlerweile mithilfe der richtigen IT-Infrastruktur so umfänglich digital erfasst und verfügbar gemacht werden, dass Simulationen, Monitoring, Analysen und Prognosen in ungekannter Detailtiefe möglich werden. 

Diese Beschreibung entspricht der Schnittmenge der zahlreich zu findenden Definitionen eines digitalen Zwillings. Wenn der digitale Zwilling jedoch die Industrie 4.0 und sogar das Industrial Metaverse einläuten soll, kann das in unseren Augen noch nicht die echte Innovation gewesen sein.  

Wir definieren den digitalen Zwilling in unserer Ascon Systems Automation Platform wie folgt: Der Zwilling muss bei uns tatsächlich im Real-Betrieb einer Fabrik anhand eines logischen Modells eigenständig agieren und interagieren. Die Ascon Systems Automation Platform versetzt damit in die Lage, in die Vergangenheit und Zukunft der Produktion gleichermaßen zu schauen und in der Gegenwart schnell, flexibel und unabhängig Anpassungen an Geräten, Prozessen oder Einstellungen vorzunehmen. Einfach die Produktion im Hier und Jetzt mit wenigen Klicks steuern. Jede der Entscheidungen ist daten- und modellgestützt, validiert und kontrolliert. 

Mit dem digitalen Zwilling, so scheint es, muss sich auch die Sprache darüber noch weiterentwickeln, wenn von den Software-Herstellern offensichtlich so unterschiedliche Konzepte verfolgt werden. 

In jedem Fall bleibt festzuhalten, dass der aktuelle Hype um den digitalen Zwilling und dessen schier unschätzbares Potenzial sich zu einem neuen Paradigma der digitalisierten Industrie etablieren wird. Industrie 4.0 wird ohne digitale Zwillinge nicht stattfinden. Zudem sind Digitale Zwillinge die Eintrittskarte in das Industrial Metaverse.  

Aktuell ist das Konzept Digitaler Zwilling noch ein Sammelbecken verschiedener Auffassungen und verheißt mal mehr und mal weniger. Auch ist es ein Allgemeinplatz, der einem komplexen Thema einen griffigen Namen gibt und Versprechungen aller Art an die Industrien und Fabriken zulässt. Spätestens mit unseren zum Patent angemeldeten, echten Digitalen Zwilling wird der Begriff zu eng. Industrie und Forschung selbst wird es obliegen, auch die Sprache in dieser neuen digitalen Sphäre weiterzuentwickeln. Wir denken aktuell auch schon über eine eigene Bezeichnung nach.  

Hilfreich bei der Einschätzung der Bedeutung von digitalen Zwillingen ist zunächst, deutlich zu machen, was ein Digitaler Zwilling nicht ist.  

Kein digitaler Schatten 

Ein digitaler Zwilling ist kein digitaler Schatten, weil mit einem Schatten – trotz der Verfügbarkeit einer Vielzahl von Daten – keinerlei Interoperabilität zwischen realer und physischer Welt möglich ist. Der digitale Schatten bleibt auf die Sammlung und Zurverfügungstellung von Daten beschränkt, während der echte Digitale Zwilling auf ein reales Objekt einwirken kann. 

Keine Simulation 

Ein digitaler Zwilling ist keine Simulation, weil eine Simulation eine Nachbildung eines Systems mit dessen dynamischen Prozessen in einem experimentierfähigen Modell ist, mit dem Ziel zu Erkenntnissen zu gelangen, die auf die Wirklichkeit übertragbar sind. Mit einer Simulation wird einer definierten Fragestellung nachgegangen, während ein Digitaler Zwilling auf die fortlaufende, positive Rückkopplungsschleife zwischen realem Objekt und digitaler Kopie abzielt. Insbesondere geht es beim digitalen Zwilling auch um die Erfassung von Messdaten und Informationen während des laufenden Betriebs und deren vielschichtige Nutzung über mehrere Systeme oder Objekte hinweg. Eine Simulation hat keine digitale Verbindung zum realen Objekt. 

Kein Computer Aided Design (CAD) 

Computer Aided Design ist ein Vorläufer des Digitalen Zwillings, doch ein Digitaler Zwilling bietet weit mehr als ein CAD. Ein CAD ist ein vorläufiger Entwurf von realen Maschinen/Ausrüstungen, bevor diese produziert werden. Das CAD-Modell, beschreibt zwar die Realität, ist aber nicht damit verbunden. 

Digitaler Schatten: Warum er kein digitaler Zwilling ist. 

Als  digitaler Schatten werden die Prozessdaten bezeichnet, die Maschinen während ihres Betriebes erzeugen. Dabei handelt es sich um Rohdaten, die fortlaufend passiv als Nebenprodukt der eigentlichen Produktion in einer Fabrik entstehen. Anwender können diese Daten über die IT-Infrastruktur abrufen und aggregieren. Auf diese Weise stellen sie grundsätzlich eine nur unvollständige Datenbasis dar, die für konkrete Fragestellungen weiter aufbereitet und ausgewertet werden kann. Für tiefergehende Fragestellungen können die Daten des Digitalen Schattens jedoch mit dynamischen Daten angereichert werden und so detailliertere Erkenntnisse liefern. 

Begreift man sie als Datenspuren ohne jegliche Konnektivität, wird deutlich, weshalb sie keinen aktiven Einfluss auf das reale Bezugssystem ausüben können. Nur auf den Digitalen Schatten reagierende Systeme (z.B. Sensor-Aktor-Systeme) können voll- oder teilautomatisiert Aktionen ausführen und die Produktion beeinflussen.

Wer profitiert von einem digitalen Zwilling? 

Von digitalen Zwillingen profitieren in erster Linie produzierende Unternehmen mit komplexen und umfangreichen Abläufen bzw. Produkten. Insbesondere Produktionen, bei denen ein umfangreicher, fortlaufender Sensordatenfluss vorherrscht, können von Digitalen Zwillingen profitieren. Ist diese Voraussetzung nicht gegeben, ist ein digitaler Zwilling vermutlich aus Kosten- und Aufwandssicht nicht attraktiv bzw. rentabel genug. 

Projekte, für die digitale Zwillinge sehr profitabel eingesetzt werden können: 

Projekte mit großen physischen Dimensionen: Gebäude, Brücken und andere komplexe Bauten 

Mechanisch komplexe Projekte: Düsenturbinen, Automobile und Flugzeuge 

Stromversorgungsanlagen: Mechanismen zur Stromerzeugung und Stromübertragung 

Fertigungsprojekte in industriellen Umgebungen mit kooperierenden Maschinensystemen 

Daher sind Branchen mit groß angelegten Produkten oder Projekten jene, die das Potenzial der Digitalen Zwillinge am besten ausschöpfen können: 

  • Ingenieurwesen (Systeme) 
  • Automobilbau 
  • Flugzeugbau 
  • Schienenfahrzeugbau 
  • Bauwesen 
  • Fertigung 
  • Energieversorgungsunternehmen

Die neue Dimension: der digitale Zwilling von Ascon Systems 

Der digitale Zwilling von Ascon Systems ist all das, was Sie bisher über digitale Zwillinge wissen, plus die Fähigkeit, reales Objekt und Zwilling echtzeitnah und als selbstlernendes System automatisiert interagieren zu lassen. Mit der Ascon Systems Automation Platform erschaffen Sie sich ein digitales Inventar Ihrer Anlage, Ihrer gesamten Produktion oder Ihrer gesamten Fabrik und steuern all Ihre realen Objekte und deren digitale Zwillinge in nahezu Echtzeit auf einem einzigen Dashboard. Daten aus der Produktion haben Sie permanent im Blick und lassen Sensoren, Aktoren, Zustands- und Fehlermeldungen, Prozess- und Verhaltensmodelle, Twin Templates und Validierungen automatisiert ihre Arbeit machen. Sie können mit wenigen Klicks vor Ort in der Fabrik oder remote unmittelbar auf Ereignisse reagieren, vorausschauend dirigieren, auf die Datenhistorie zugreifen und veränderte Anforderungen direkt umsetzen. Die unüberwindbaren Grenzen, die noch in der Automatisierungspyramide galten, lösen sich auf, und Sie übernehmen die volle digitale Kontrolle über Ihre gesamte Produktionsanlage, wenn nicht gar Ihre gesamte Fabrik. 

Außerdem ist der digitale Zwilling bei Ascon Systems selbstverständlich auch in den Fragen IT-Sicherheit, Zugriffsrechte, Zertifikatshandling und Versionsmanagement ausgereift. 

Weil es den einen digitalen Zwilling aus der Schublade nicht gibt, erarbeitet Ascon Systems mit ihren Kunden ein maßgeschneidertes Konzept für die Einführung eines Digitalen Zwillings. Ascon Systems plant mit Ihnen die Digitale Zukunft Ihres Unternehmens und wird insbesondere auch dafür sorgen, dass Ihr bestehendes Team den digitalen Zwilling beherrschen und in vollem Umfang nutzen kann. 

Mit dem Digitalen Zwilling von Ascon Systems sichern Sie Ihre langfristige Zukunfts- und Wettbewerbsfähigkeit und tragen dank eingesparter Ressourcen und Energie gleichzeitig zu einer besseren Klimabilanz bei.

Unser Fazit: 

Für die hochspezialisierten Branchen, die von Digitalen Zwillingen profitieren können, eröffnet das Twin-Konzept ein neues Zeitalter und bahnt den Weg in das Industrial Metaverse. Industrie 4.0 wird ohne digitale Zwillinge und künstliche Intelligenz nicht stattfinden. Für die Digitale Wettbewerbsfähigkeit der meisten Unternehmen ist mindestens eine tiefgehende Auseinandersetzung mit dem digitalen Schatten geboten. Außerdem muss Industrie 4.0 die Fragen nach Globalisierungsethik, Klimakrise und Fachkräftemangel beantworten können und auch hier ist der digitale Zwilling die bestmögliche Antwort. 

Ascon Systems ist Ihr Partner für Ihre Digitalstrategie, das Heben Ihres digitalen Schatzes und die Einführung des echten digitalen Zwillings in Ihrem Unternehmen. Erleben Sie mit Ascon Systems die digitale Produktion der Zukunft! 

Autorin

Claudia Schulz, Technical Writer, ASCon Systems Holding GmbH

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