Das digitale doppelte Lottchen – warum ein Digital Twin wichtig für Ihr Unternehmen ist

Vorbei sind die Zeiten, in welchen ein digitaler Zwilling ein Konzept war, von dem man nur in der Zukunft träumen konnte. Viele Industrieunternehmen setzen bereits heute digitale Zwillinge ein und berichten von erheblichen Vorteilen. Viele weitere verfügen über die Bausteine und verpassen ungenutzte Werte – sie brauchen nur eine einheitliche Vision und Partnerschaften, um das Modell zu entwickeln, das am besten zu ihren Bedürfnissen passt. Digital Twin oder auch digitaler Zwilling ist demnach ein Buzzword, das immer häufiger den Weg in unseren Sprachgebrauch findet. Doch was verbirgt sich hinter diesem Begriff, welche Vorteile bringt die Arbeit mit einem Digital Twin mit sich und vor allem wo kommt ein digitaler Zwilling zum Einsatz? Das alles und die Wichtigste aller Fragen, wie kommen Sie selbst an einen Digital Twin, beantworten wir Ihnen im Folgenden.

1. Was ist ein Digital Twin / Digitaler Zwilling?

Ein digitaler Zwilling bzw. auch im Englischen als „digital twin“ bezeichnet, bildet ein Objekt oder einen Prozess aus der Realität virtuell ab. Dieses virtuelle Spiegelbild stellt die Merkmale und Verhaltensweisen des Originals so lebensnah nach wie möglich.

Digitaler Zwillingsroboter

Ob Abbildungen von industriellen Produktionsanlagen, Roboter mit Greifarmen, Flugzeugtriebwerke, Windkraftanlagen, einzelne Prototypen oder komplette Logistikprozesse – Digitale Zwillinge kommen in der Wirtschaft inzwischen sehr häufig vor und bilden einen wichtigen Bestandteil der Industrie 4.0.

Doch was steckt dahinter? In der Regel formen sich digitale Zwillinge aus technischen Daten und Algorithmen. Existiert das Vorbild eines digitalen Zwillings bereits in der Realität, ist es meist mit Sensoren verbunden, um Echtzeitdaten und Umgebungsveränderungen darzustellen. Zudem kann ein Digital Twin Simulationen enthalten, um bestimmte Prozesse abzubilden oder Nutzern digitale „Dienste“ zu liefern.

Was mit der Erfassung und Speicherung von Unternehmensdaten begann, beschränkt sich schon lange nicht mehr auf den Serverschrank im Keller. Sensoren sind überall, und Telemetriedaten werden nicht nur von intelligenten, vernetzten Produkten, sondern für ganze Unternehmensprozesse und -systeme gesammelt. Mit Augmented Reality und anderen Technologien, die den Menschen in den Mittelpunkt stellen, gibt es dabei sogar digitale Verbindungen zu Menschen.

Das Ergebnis ist, dass diese Daten in Silos existieren, die jeweils nur einen eingeschränkten Kontext aufweisen, was wiederum den Wert der Daten mindert. Die Unternehmen haben in den letzten Jahren die Notwendigkeit erkannt, diese neuen Daten zu integrieren. Gleichzeitig steht man vor der Herausforderung, dies in einer skalierbaren und effektiven Weise zu tun. Die Kosten für die Systemintegration dieser Daten steigen Jahr für Jahr rapide an und machen einen immer größeren Teil der Ausgaben von Industrieunternehmen aus. Inzwischen ist der Wert einer Zentralisierung und Vereinfachung des Prozesses der Informationsfindung und -analyse bekannt. Neben dem universellen Datenzugriff erkennen Unternehmen auch, dass die Erforschung der Beziehungen zwischen zusammenhängenden Datensätzen und Erkenntnissen eine höhere Ordnung bietet als jeder einzelne Satz für sich. Diese Datenvereinheitlichung ist eine notwendige Voraussetzung für den Aufbau eines digitalen Zwillings und wird oft auch als digitaler Faden bezeichnet.

1.1 Welche Arten eines Digital Twin gibt es?

Komponentenzwillinge oder TeilzwillingDie Grundeinheit eines Digital Twins sind Komponentenzwillinge. Kurz gesagt, sind sie die kleinste funktionierende Komponente eines digitalen Zwillings. Beispiele hierfür sind Ventile oder Sensoren. Teilzwillinge sind in etwa das Gleiche, beziehen sich aber auf Komponenten von etwas geringerer Bedeutung. Die Grundeinheit eines Digital Twins sind Komponentenzwillinge.
Asset-ZwillingVon einem Asset-Zwilling spricht man, wenn zwei oder mehr Komponenten zusammenarbeiten. Der Vorteil von Asset-Zwillingen ist, dass Sie die Interaktion dieser Komponenten beobachten und untersuchen können. Dadurch wird eine Fülle von Leistungsdaten erhoben, die verarbeitet und dann in verwertbare Erkenntnisse umgewandelt werden können. Asset-Twins können Informationen von Komponentenzwillingen erhalten oder selbst eine Sammlung von Komponenten bzw. Teilzwillingen sein. In der Anwendung unterscheiden sich Asset-Zwillinge von Komponenten Zwillingen insofern, dass durch das Zusammenspiel der verschiedenen Zwillingsteile Abläufe und ein Teil eines Systems untersucht werden können.
System- oder EinheitszwillingDie nächste Stufe des Digital Twin ist ein System- oder Einheiten-Zwilling. Mittels des Systemzwillings wird es möglich, verschiedene Ressourcen zusammen in einem ganzen funktionierenden System abzubilden. Systemzwillinge geben Aufschluss über die Interaktion von Anlagen und können Leistungsverbesserungen vorschlagen. Ein Beispiel für einen Systemzwilling wäre eine Fabrik. Ein System Twin fasst dabei alle Einheiten zusammen, die für eine Produktion notwendig sind.
Prozess-ZwillingeProzess-Zwillinge sind auf der Makroebene angesiedelt. Sie zeigen, wie Systeme zusammenarbeiten, um eine gesamte Produktionsanlage zu schaffen. Dabei werden wichtige Fragen beantwortet: Sind diese Systeme alle so synchronisiert, dass sie mit höchster Effizienz arbeiten, oder wirken sich Verzögerungen in einem System auf andere aus? Prozess-Zwillinge sind ideal, um genaue Zeitpläne zu bestimmen, die letztendlich die gesamte Effektivität eines Unternehmens beeinflussen.

2. Das sind die Vorteile eines Digitalen Zwillings

Was bringen Digitale Zwillinge überhaupt und was sind die Ziele dahinter? Ein Digitaler Zwilling kann ein sehr sinnvoller Helfer sein, wenn es nicht möglich ist, Wartungen oder Einstellungen an Maschinen vor Ort vorzunehmen. Dafür braucht es übrigens nicht unbedingt eine Corona-Pandemie. Auch Unternehmen mit mehreren Standorten profitieren von den digitalen Modellen, um aus der Ferne Simulationen vorzunehmen oder die Einstellungen der jeweiligen Anlagen zu ändern. Der Fall kann beispielsweise dann eintreten, wenn nicht die passenden Mitarbeiter vor Ort sind, die die notwendigen Kompetenzen für eine Reparatur mitbringen. Damit eröffnen sich enorm viele Möglichkeiten für standortunabhängige Arbeiten bzw. auch eine weltweite Zusammenarbeit.

Digitale Objektzwillinge

Digitale Objektzwillinge können auch dann sehr sinnvoll sein, wenn es um Prototypen geht. Stellen Sie sich zum Beispiel einen neuen Automobilhersteller am Markt vor, der gerade ein brandneues Elektroauto entwickelt.  Mithilfe eines digitalen Modells können die Ingenieure das Fahrzeug beliebig oft anpassen und optimieren, ohne es jedes Mal als realen Prototypen tatsächlich produzieren zu müssen.

Das digitale Abbild eines physischen Objektes ermöglicht eine regelmäßige Optimierung über den gesamten Lebenszyklus hinweg. Ob Verschleißerscheinungen, Nutzerwünsche, Kundenbeschwerden oder neue Anforderungen – der Digital Twin ermöglicht die Optimierung von Prototypen und Produktionsabläufen über einen sehr langen Zeitraum.

Diese Faktoren führen zu Kosteneinsparungen und ebnen den Weg in weitere Innovationswelten und Geschäftsmodelle. Speziell produzierende Unternehmen können somit von entscheidenden Wettbewerbsvorteilen profitieren.

Ein weiterer Pluspunkt? Wartungen und Reparaturen großer Produktionsanlagen können sehr zeitintensiv sein und hohe Kosten schlucken. Digitale Zwillinge können hierbei unterstützen, Systemausfälle vorherzusagen und automatische Prozesse zur Reparatur in die Wege zu leiten, bevor überhaupt ein Schaden auftritt. In diesem Fall eröffnet besonders die Kombination mit Virtual Reality (VR) oder Augmented Reality (AR) vielfältige Möglichkeiten.

3. Die nützliche Kombination mit VR und AR

Mit VR ist es beispielsweise B2B-Kunden möglich schon vor dem Bau einer großen, industriellen Anlage realistische Einblicke in die Pläne zu erhalten. So können sich diese mit einer VR-Software den Digitalen Zwilling der zukünftigen Maschine ansehen und sich einen ersten Eindruck über die Bedienung, die Einrichtung und zukünftige Abläufe verschaffen. Der Digitale Zwilling kann auch nach dem Bau der Anlage noch sehr sinnvoll genutzt werden, um die Produktion zu testen und die Abläufe regelmäßig zu optimieren.
Auch komplette virtuelle Rundgänge werden schon heute in der Industrie eingesetzt, um sich alle Arbeitsschritte einer Produktion bis hin zum fertigen Endprodukt anzusehen.

Idealerweise wird der Digitale Zwilling so entwickelt, dass das jeweilige Objekt maßstabsgetreu und später auch in Echtzeit repräsentiert werden kann – ganz so, als wäre der Betrachter live im Geschehen bzw. bei der Produktion vor Ort.

Augmented Reality Brille

Auch AR-Brillen bieten sich an, um Digitale Zwillinge darzustellen. Mithilfe einer AR-Brille ist es möglich, die aktuelle Position und Ausrichtung von Objekten zu beobachten und gewünschte Zustände einzustellen. Durch diese erweiterte Realitätswahrnehmung kann ein Fabrikmitarbeiter so beispielsweise industrielle Anwendungen besser erfassen und diese verbessern.

Zusätzlich ermöglichen diese Arten von Assistenzsystemen auch unerfahrenem Personal sich nach und nach an komplexe Produktionsabläufe heranzutasten und damit teure Fehler zu vermeiden.

Mehr zum Thema VR und AR erfahren Sie in unserem Artikel: Veränderte Realitäten: Augmented Reality vs Virtual Reality – der Vergleich

4. Die richtige Datennutzung digitaler Kopien

In vielen Fällen ist ein Digital Twin an Sensoren gekoppelt, die jeweils Daten über den aktuellen Zustand, die Position und Ausrichtung sammeln. Die Verbindung des realen Objektes mit dem Digitalen Zwilling ermöglicht den Vergleich zwischen aktuellem Ist- sowie Soll-Zustand und dient dazu, Arbeitsprozesse zu regulieren.

Als Schnittstelle dient meist eine IoT-Software (Internet of Things), die als zentraler Punkt eingesetzt wird. Dort können Daten mehrerer Digitaler Zwillinge einlaufen. Dieser Aufbau ist besonders für Unternehmen mit vielen Standorten sinnvoll, die mehrere Maschinenparks besitzen. Die Betreiber der Maschinen können damit gleich mehrere Anlagen im Blick behalten und mögliche Muster ablesen, die typischerweise  zum Verschleiß oder zu wiederkehrenden Reparaturen führen. Auf diese Weise kann die Produktionsabteilung einen kompletten Maschinenpark regelmäßig optimieren.

5. Pannen verhindern, bevor sie eintreten

Idealerweise laufen die Prozesse per Predictive Maintenance. Hierbei handelt es sich um die vorausschauende Wartung, bei der Sensoren Objekte oder Maschinen dauerhaft überwachen und schon bei kleinen Unregelmäßigkeiten, Bewegungsänderungen oder Vibrationen Alarm schlagen, noch bevor das betroffene Teil einen gravierenden Defekt bewirkt.

Sicher merken Sie schon – hier fallen enorme Datenmengen an. Die Verfügbarkeit und sinnvolle Nutzung der Datenmengen sind eine entscheidende Voraussetzung für die erfolgreiche Arbeit mit Digitalen Zwillingen. Zudem müssen alle erforderlichen MitarbeiterInnen einen einfachen Zugang erhalten. Doch wie kann dies gelingen? Erfahren sie im Folgenden mehr über die Darstellung von Digitalen Zwillingen per Sherlock.

6. Was ist ein Digital Twin der Supply Chain?

Einfach gesagt, handelt es sich bei einem digitalen Zwilling Ihrer Supply Chain um eine Simulation Ihres Supply Chain Netzwerkes.
Derzeit und vor allem in Zukunft werden immer mehr Unternehmen in diesem Zusammenhang auf den JOKER Digital Twin setzen. Der Grund? Mit dem Wissen, welches mittels des digitalen Zwillings erschlossen wird, wird die Supply Chain von einer Kostenstelle zu einem bedeutsamen Wettbewerbsvorteil. Die Einsatzmöglichkeiten, um verschiedenste Eventualitäten zu testen und miteinzukalkulieren sind vielseitig. Von der Standortbestimmung für neue Produktionsanlagen oder Vertriebseinrichtungen, der Berücksichtigung und Integration von Unternehmensübernahmen und -fusionen bis hin zur Netzwerkoptimierung, ein Digitaler Zwilling einer Supply Chain hilft dabei Kosten einzusparen, Emissionen zu reduzieren und Fehlerquellen zu vermeiden.

Um dabei auch die richtigen und relevanten Ergebnisse zu erzielen, liegt die Herausforderung darin, das virtuelle Abbild mit den Informationen zu versorgen, die Ihrer tatsächlichen Wertschöpfungskette zugrunde liegen. Hierfür gilt es die Datensilos der verschiedenen Abteilungen aufzubrechen, umso Abläufe und Prozesse korrekt und möglichst genau abzubilden.

Wie genau Sie eine Nachhaltige Supply Chain aufbauen und was dabei zu beachten ist, erfahren Sie im Magazinartikel: Nachhaltiges Supply Chain Management einfach erklärt + inklusive kostenlosem Whitepaper.

7. Digitale Zwillinge per cloudbasierter Informationsplattform

Corona vs. Sherlock

Sherlock ist eine Datenintegrations- und Informationsplattform, die die Datenkomplexität beherrschbar macht. Sherlock vernetzt Data aus unterschiedlichen Abteilungen, Plattformen und Quellsystemen so, dass diese sowohl im Unternehmen als auch aus der Ferne, per App, von allen beteiligten Mitarbeitern abrufbar sind. Hierbei ist Sherlock in der Lage alle Daten und Informationen, die mit Maschinen, Prozessen und Menschen in Verbindung stehen, so zu sammeln, zu verknüpfen und bereitzustellen, dass sie von einer Anwendung für den digitalen Zwilling einfach genutzt werden können. Sherlock ist die Grundlage für den Digitalen Zwilling ODER ist der Digitale Zwilling.

Planen Sie die Entwicklung Digitaler Zwillinge oder wollen die Nutzung bestehender so optimieren, dass andere Abteilungen einen besseren Zugang erhalten? Gern geben wir Ihnen weitere Tipps und Informationen rund um das Fachgebiet der Digitalen Zwillinge.

8. Ihre Wege zum Digital Twin

Entlang einer Wertschöpfungskette gibt es eine Vielzahl an Möglichkeiten für den Einsatz eines Digital Twins. Die Anwendungsfälle sind dabei breit gefächert und können sehr unterschiedlich sein. Ein Unternehmen, dass das Werkzeug des Digitalen Zwilling optimal nutzt und ihn in ihre Strategie mit einbindet, kann auf lange Sicht durch Kostensenkungen, niedrigen Wartungsaufwänden, eine frühe Problemerkennung und der Verhinderung von Ausfallzeiten profitieren. Um dabei ein optimales Ergebnis zu garantieren, empfiehlt sich folgenden Fahrplan einzuhalten:

Quellen definieren, Kontextualisierung, Informationen und Daten abstimmen, Abläufe definieren, Digital Twin testen. 

8.1 Quellen definieren

Die Grundlage eines digitalen Zwillings ist, dass Sie diesen mit realen Daten und Informationen Ihres Unternehmens füttern. Sie als Unternehmen müssen entscheiden, welche Daten als Quelle für Ihren Digital Twin herangezogen werden sollen. Eine Möglichkeit bieten beispielsweise Fertigungsprozesspläne oder Betriebsverfahren und Informationen zu Produktionsumgebungen und internen Prozessen. Die Aufnahme zusätzlicher Quellen in die Definition, z. B. Lieferkettendaten aus einem MES-System, kann den Gesamtkontext des Zwillings verbessern und zusätzliche Anwendungsfälle ohne Nacharbeit erschließen. An diesem Punkt empfehlen wir die Informationsplattform Sherlock. Sherlock macht dabei das Wissen aus verschiedenen Datensilos Ihres Unternehmens zugänglich und bietet somit die beste Grundlage für einen digitalen Zwilling.

8.2 Kontextualisierung

Ein Digital Twin unterstützt Sie dabei, einen aussagekräftigen Überblick über Ihre Daten zu gewinnen. Sobald mit Sherlock Ihre Datensilos aufgebrochen, die Daten darin in den passenden Kontext gesetzt wurden und der Anwendungsfall verstanden ist, kann die eindeutige Identifizierung und Organisation rund um ein einzelnes Produkt, einen Prozess oder eine Person virtuell abgebildet werden. Die so mögliche Kontextualisierung wird dann in einen Gesamtprozess eingeordnet, mit Verhaltensdaten angereichert oder zur Ausrichtung auf gewünschte KPIs verwendet.

8.3 Analyse der Daten

Für eine Analyse der Daten muss festgehalten werden, welche Insights ein Digital Twin liefern soll. Genau definiert kann so der Digital Twin durch die von ihm gewonnenen Informationen Rückschlüsse auf aktuelle und zukünftige Begebenheiten gezogen werden. Man lernt, Eventualitäten zu berücksichtigen und neue Blickwinkel zu erschließen, die sonst ggf. nicht berücksichtigt worden wären. So gelingt es, die richtigen und vor allem wichtigen Fragen zu stellen und diese zielgerichtet zu beantworten. Ein solches Vorgehen unterstützt Sie und Ihr Unternehmen dabei, potenzielle Szenarien zu simulieren und Leistungsergebnisse zu optimieren.

8.4 Daten organisieren und zusammenspielen

Bei der Organisation der Daten werden, die bis zu diesem Punkt gesammelten Informationen und Erkenntnisse in erstmalig verwendet und in digitale Abläufe eingebunden. An dieser Stelle können verschiedene Trigger entlang einer Wertschöpfungskette oder verschiedener Produktionsabläufe gesetzt werden. So können Sie Trigger erstellen, die je nach Ergebnis der Antwort oder der Analyse verschiedene Aktionen auslösen, automatisieren oder anweisen. So könnte beispielsweise ein Prozessauslöser eingerichtet werden, um einen Techniker zu entsenden oder ein Kundendienst-Ticket für einen Produktfehler zu erstellen. Sie könnten automatisch Aktualisierungen der Fernkonfiguration auf der Grundlage von Leistungsmerkmalen vorschlagen. Es ist auch möglich, aktualisierte KPIs und Mitarbeiterprioritäten zu liefern, die sich auf Kunden- oder Aktivitäten in der Lieferkette beziehen. Unabhängig davon, welche Fragen Sie entlang der Wertschöpfungskette zu beantworten versuchen, kann ein entsprechender Trigger eingerichtet werden, um zu reagieren. So gelingt es, messbare KPIs und Ergebnisse zu erfassen, die dann bei einer Realumsetzung verwendet werden können.

Digital Twin - Daten organisieren und zusammenspielen

8.5 Digital Twin – activate!

Im letzten Schritt wird Ihr Digitaler Zwilling beispielweise über eine Front-End-Benutzeroberfläche bereitgestellt. Diese ist rollen- oder aufgabenbasiert und spezifisch für einen bestimmten Anwendungsfall konzipiert. Im besten Fall kann die Front-End-Oberfläche des Digital Twin über Schnittstellen wie Desktop- und Mobilgeräte bereitgestellt werden. Beliebt sind heutzutage auch neue Technologien wie Augmented Reality, die eine Vielzahl an neuen, zusätzlichen Optionen bieten. Augmented Reality ermöglicht dabei räumliche Daten von Umgebungen und Arbeitnehmern zu erfassen, um schließlich anhand des digitalen Zwillings Projekte und Prozesse in vorher definierten Räumen zu entwickeln. Ein weiterer Big Bonus: Der Digital Twin macht es möglich die Benutzerfreundlichkeit der Anwendungen zu testen.

8.6 Digitale Zwillinge per cloudbasierter Informationsplattform

Sherlock ist eine Datenintegrations- und Informationsplattform, die die Datenkomplexität beherrschbar macht. Sherlock vernetzt Data aus unterschiedlichen Abteilungen, Plattformen und Quellsystemen so, dass diese sowohl im Unternehmen als auch aus der Ferne, per App, von allen beteiligten Mitarbeitern abrufbar sind. Hierbei ist Sherlock in der Lage alle Daten und Informationen, die mit Maschinen, Prozessen und Menschen in Verbindung stehen, so zu sammeln, zu verknüpfen und bereitzustellen, dass sie von einer Anwendung für den digitalen Zwilling einfach genutzt werden können. Sherlock ist die Grundlage für den Digitalen Zwilling ODER ist der Digitale Zwilling.

Planen Sie die Entwicklung Digitaler Zwillinge oder wollen die Nutzung bestehender so optimieren, dass andere Abteilungen einen besseren Zugang erhalten? Gern geben wir Ihnen weitere Tipps und Informationen rund um das Fachgebiet der Digitalen Zwillinge.

9. Fazit

Viele Unternehmensleiter sind vielleicht überrascht, dass, wenn Sie bereits Daten von Ihren Produkten, Prozessen oder Mitarbeitern sammeln, nur wenige zusätzliche Investitionen erforderlich sind, um ein grundlegendes digitales Zwillingsmodell zu erstellen. Neben dem erforderlichen digitalen Faden, der die miteinander verknüpften Datensilos verbindet, verfügen Sie vielleicht sogar schon über die erweiterten Front-Ends und Analysefunktionen. Unternehmen, die beispielsweise Erkenntnisse aus der realen Welt gewinnen wollen, um ihr Produktdesign zu verbessern, müssen lediglich die Sensordaten in einem kompatiblen Format sicher an die Produktentwicklungssysteme weiterleiten.

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