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Digitale Verknüpfungen ergeben ein System

Was kommt als nächstes für Digital Twins?

Digital Twin in Echtzeit: Die – fast – grenzenlosen Möglichkeiten der 3D-realistischen Kopien

28. Oktober 2021Christine Rösner

Digital Twin gewinnt an Fahrt

Die intelligenten, digitalen Abbilder sollen über alle Branchen hinweg Planung, Konstruktion und Betrieb von Maschinen, Gebäuden oder ganzen Fertigungsstraßen optimieren können – und dabei sogar Kosten sparen. Ein Grund, warum der globale Digital-Twin-Markt laut Gartner im Jahr 2020 die Umsatzmarke von drei Milliarden US-Dollar geknackt hat. Bis 2026 soll der Umsatz jährlich um 58 Prozent ansteigen auf fast 50 Milliarden US-Dollar.

Teure Prototypen für Crashtests massiv reduzieren

Elektrisches Auto digital dargestellt

Der Anstieg könnte noch größer ausfallen, wenn Unternehmen das wahre Potenzial der Digital Twins erkennen würden. Heute werden Digital-Twin-Technologien noch weitgehend für Simulationen eingesetzt: Die Automobilindustrie nutzt die digitalen Abbilder zum Beispiel für Crashtest-Simulationen. Oder Audi hat für die Fertigung des e-tron GT sämtliche Montageprozesse mit virtuellen Kopien der realen Vorbilder erprobt und optimiert. Ein Bestandteil davon sind 3D-Scans. Autobauer sparen dadurch große Summen ein, da sie deutlich weniger reale Prototypen gegen die Wand fahren müssen. 

Entwicklung zu selbst steuernden Systemen

Doch erst neuere Technologien wie 3D-Verfahren, Cloud-Plattformen, 5G- und Campus-Netze setzen das volle Potenzial von Digital Twins frei. Sie bilden dann mit ihrem physischen Abbild ein bidirektionales System. Das reale Objekt und sein digitales Pendant sind virtuell miteinander verbunden. Sie tauschen Informationen interaktiv miteinander aus, lernen voneinander und entwickeln sich weiter bis hin zu einem sich selbst steuernden System.

Begehbare Abbilder der Realität

Zudem entwickeln sich Digitale Zwillinge weg von reinen Datensätzen hin zu „anfassbaren“ 3D-Modellen, in denen sich Nutzer wie in einem modernen 3D-Konsolenspiel durch Objekte und Landschaften bewegen. Das vereinfacht die Nutzung auch für Nicht-Informatiker, die reine Datensätze nicht „begreifen“ können. Durch diese Entwicklung, hin zu „begehbaren“ Abbildern der Realität, ergeben sich ganz neue Einsatzmöglichkeiten der Digital Twins. Und intelligent ist der Digital Twins erst dann, wenn er Prozesse abbildet, mit denen sich Abläufe testen, anpassen und optimieren lassen. So helfen sie bei der Planung, Realisierung, Instandhaltung, Betrieb, Erweiterung, Qualitätskontrolle und vielem mehr.

Daten intelligent verknüpfen

Beispiel Bauwirtschaft: Planer, Architekten, Bauunternehmen und Facility Manager erstellen Pläne eines Gebäudes meist nur mit Informationen, die auf ihre Anforderungen zugeschnitten sind. Häufig verwenden sie dafür eigene Tools, die untereinander nicht kompatibel sind. Die verteilten Daten lassen sich nicht für spezifische Berechnungen zusammenführen. Mit einem 3D-Twin-Modell lässt sich der gesamte Lebenszyklus eines Gebäudes sowie die Daten intelligent verknüpfen – von der Planung über die Konstruktion und den Bau bis hin zur späteren Bewirtschaftung. Selbst beim Rückbau unterstützt der Digital Twin, da er genaue Angaben über die verbauten Materialien und die jeweiligen Ortsangaben liefert. Wichtig für zukünftige Bauvorhaben ist auch, dass Daten aus dem Betrieb eines Gebäudes in den Digitalen Zwilling einfließen. Dadurch lernen Planer und Architekten, wie Menschen die Objekte nutzen. Diese Informationen können sie für spätere Projekte nutzen.

Digital Twins zum Leben erwecken

Abstrakte Daten bilden Menschenartige Form durch Verknüpfungen

Interessant wird es, wenn der Digitale Zwilling mithilfe von aktuellen Daten aus dem Produktionsprozess laufend gefüttert und damit zum Leben erweckt wird. Auf diese Weise fließen IoT-Daten in den Twin, zum Beispiel Raumtemperaturen oder Zustandsdaten einer Maschine. So lassen sich Gebäude, Produktionsstraße oder ein Betriebsgelände über einen 3D-Twin steuern. Jeder Gegenstand eines Gewerkes - zum Beispiel die Heizanlage, Leuchten oder Verrohrung - enthält sämtliche relevanten Informationen von der Planung bis hin zum Betrieb. Im Gegensatz zu reinen Dashboard-Ansichten typischer Asset Management Systeme bietet der raumbezogene Digital Twin einen intuitiven und informationsreichen Kontext: den realen Raum. 

Direkter Link zum Online-Shop

Kommt es während des Betriebes zu Fehlern, lässt sich mit einem Klick auf das Objekt feststellen, welche Komponente betroffen ist. Ist der Digital Twin mit einem ERP-System verbunden, könnte sogar mit einem hinterlegten Link zum Lieferanten oder zu einem Onlineshop im Internet direkt ein Ersatzteil bestellt werden. Facility Manager sparen dadurch Zeit und Geld und brauchen weniger Servicemitarbeiter, die Routinegänge durchführen oder bei einem auftretenden Fehler zunächst zum Objekt gehen müssen.

Künstliche Intelligenz für 3D-Twins

Dieses Beispiel zeigt, welches Potenzial in Digital Twins steckt, wenn Unternehmen auch neue technische Möglichkeiten nutzen. Dazu gehören neben der räumlichen 3D-Darstellung auch der Einsatz von 5G oder Cloud. In Echtzeit können aktuelle IoT-Daten von Objekten in den Echtzeit-3D-Twin einfließen. Werden die virtuellen Twins in der Cloud verarbeitet, stehen Anwendungen wie künstliche Intelligenz oder „Machine Learning“ nach Bedarf zur Verfügung – und sämtliche Gewerke können auf die zentral gespeicherten Modelle zugreifen.

Mit der Digitalkamera zum Digitalen Zwilling

In einigen Industriebereichen werden Digitale Zwillinge bereits heute im Entwicklungsprozess von Anfang an mit erstellt. Das nachträgliche Erstellen von virtuellen Abbildern bestehender Objekte ist dagegen bisher aufwändig und datenintensiv. Unter anderem, weil für die nachträgliche Aufnahme von Gebäuden, Brücken, Bahnstrecken oder technischen Anlagen häufig terrestrische oder drohnengestützte Laserscanner zum Einsatz kommen. Diese Verfahren führen zu sehr großen Datenmengen und sind teuer. Unser Partner LocLab Consulting nutzt stattdessen Foto- bzw. Videogrammetrie: Dieses Verfahren reduziert den Aufwand für die Datenaufnahme signifikant, da die Modelle mit einfachen Digital- bzw. Actionkameras erstellt werden. Zudem lassen sich die Datenmengen deutlich verringern. Aus den Eingangsdaten werden in einem semi-automatisierten Verfahren datenschlanke Vektormodelle errechnet.

3D-Twins starten durch

3D-Twins bieten Unternehmen neue Chancen. Sie stellen in der Wirtschaft einen Paradigmenwechsel dar. Der Einsatz von Digital-Twin-Anwendungen steht erst am Anfang, was an der fehlenden Unterstützung durch das Management, finanziellen Hürden oder geringen Bereitschaft zu Anfangsinvestitionen liegen kann. Zunehmend werden aber Business Cases entwickelt, die das Potenzial der 3D-Twins eindrucksvoll aufzeigen. Und es kommt – wenn auch noch langsam – Implementierungs-Know-how auf den Markt. Wenn dann noch interne Strukturen angepasst und der bereichsübergreifende Einsatz von Digital Twins ermöglicht wird, steht dem Siegeszug des 3D-Twins kaum mehr was im Weg. Denn es gibt kaum einen Industriezweig, der sich nicht für die Nutzung eignet – und T-Systems bringt die 3D-Twins in die Realität.

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Christine Rösner

Senior Consultant, T-Systems International GmbH

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