Was ist ein digitaler Zwilling? In diesem Beitrag befassen wir uns mit
- der Definition und der Erklärung
- den Vorteilen
- Anwendungsbeispielen und -bereichen
- einigen Software-Anbietern
Digitaler Zwilling: Definition und Erklärung
Definition
Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild eines echten Produkts, einer Maschine oder eines Prozesses. Dieses digitale Modell bekommt laufend Informationen von Sensoren oder anderen Datenquellen aus der Realität. So „weiß“ es jederzeit, was im echten System passiert.
Mit dem digitalen Zwilling kann man Vorgänge beobachten, testen und verbessern, ohne in die reale Maschine eingreifen zu müssen. Unternehmen nutzen ihn, um Probleme früh zu erkennen, Abläufe zu optimieren und die Leistung ihrer Anlagen zu steigern.
Erklärung
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Kopie eines realen Objekts, Prozesses oder Systems. Er enthält alle wichtigen Informationen seines physischen Gegenstücks und wird ständig mit Echtzeitdaten aus Sensoren oder anderen Quellen versorgt. So kann das Verhalten des echten Objekts genau beobachtet und analysiert werden.
Unternehmen nutzen digitale Zwillinge, um Abläufe zu simulieren, mögliche Probleme frühzeitig zu erkennen und gezielte Verbesserungen umzusetzen. Dadurch lassen sich Leistung, Effizienz und Zuverlässigkeit deutlich steigern. Diese Technologie findet in vielen Bereichen Anwendung – etwa in der Produktion, Wartung, Logistik oder im Gesundheitswesen – und trägt dort wesentlich zur Optimierung von Prozessen bei.
Vertiefende Erklärung
Digital Master, Digital Shadow und Digital Thread
Digital Master beschreibt das ursprüngliche, digitale Modell eines Produkts oder Systems. Es enthält alle Konstruktions- und Entwicklungsdaten, die in der Planungsphase entstehen.
Digital Shadow ist das virtuelle Abbild des realen Systems, das mithilfe von Echtzeitdaten aus Sensoren, Steuerungen oder Produktionssystemen kontinuierlich aktualisiert wird.
Digital Thread (auch digitaler Faden) verknüpft beide Ebenen miteinander. Er sorgt dafür, dass alle relevanten Daten entlang des gesamten Produktlebenszyklus – von der Planung über die Fertigung bis zur Wartung – miteinander verbunden bleiben.
Arten von Digitalen Zwillingen
In der Praxis unterscheidet man drei Haupttypen:
Digital Twin Aggregate (DTA): eine Zusammenführung vieler Zwillingsinstanzen, z. B. für ganze Produktionslinien oder Fabriken.
Digital Twin Prototype (DTP): das virtuelle Modell in der Entwicklungsphase.
Digital Twin Instance (DTI): der Zwilling einer konkreten Maschine oder Anlage im laufenden Betrieb.
Struktur eines digitalen Zwillings (Digital Twin)
[ Physisches System ] ⇄ [ Sensorik & IoT-Daten ] ⇄ [ Digitaler Zwilling ]
│ │
│ └──→ Simulation & Analyse
│
└──→ Steuerung / SPS / MES / ERP-Systeme ⇄ [ Digital Thread ]
Ein digitaler Zwilling entsteht aus der engen Verbindung zwischen dem realen System und seinem digitalen Gegenstück. Sensoren, Steuerungen (z. B. SPS, Robotersteuerungen) und IT-Systeme liefern fortlaufend Daten, die im digitalen Modell analysiert und visualisiert werden.
So lassen sich Abläufe simulieren, Optimierungspotenziale erkennen und Wartungsmaßnahmen frühzeitig planen.
Über den Digital Thread werden alle Informationen über den gesamten Lebenszyklus hinweg vernetzt – von der Planung bis zum Betrieb.
Digitaler Zwilling Vorteile
Ein digitaler Zwilling bietet Unternehmen eine Vielzahl von Vorteilen. Hier sind einige der wichtigsten:
Innovative Produktentwicklung
Mit Hilfe des digitalen Zwillings haben Unternehmen die Möglichkeit, ihre Produkte bereits virtuell zu entwerfen, zu testen und zu optimieren, noch bevor sie tatsächlich physisch hergestellt werden. Dies führt zu einer enormen Zeit- und Kostenersparnis, da mögliche Schwachstellen und Probleme im Vorfeld erkannt und behoben werden können. Gleichzeitig ermöglicht es eine höhere Kundenorientierung und eine schnellere Markteinführung.
Effektive Wartung und Instandhaltung
Der digitale Zwilling erlaubt eine kontinuierliche Überwachung des Zustands von realen Objekten. Durch die Analyse der Daten des digitalen Zwillings können frühzeitig Anzeichen von Verschleiß, Störungen oder anderen Problemen erkannt werden. Dadurch kann die Wartung und Instandhaltung gezielter und effizienter durchgeführt werden, was zu einer Reduktion ungeplanter Ausfallzeiten und einer Verlängerung der Lebensdauer der Objekte führt.
Optimierung von Prozessen
Ein digitaler Doppelgänger bietet die Möglichkeit, Prozesse detailliert zu überwachen und zu analysieren. Hierbei können durch die Auswertung der Daten Engpässe erkannt, ineffiziente Abläufe verbessert und die gesamte Prozessleistung optimiert werden. Dies führt zu einer gesteigerten Effizienz, Kosteneinsparungen und einer verbesserten Qualität.
Verbesserte Entscheidungsfindung
Der digitale Doppelgänger liefert Echtzeitdaten und -informationen, die eine fundierte Entscheidungsfindung unterstützen. Durch die Simulation von verschiedenen Szenarien und das Testen alternativer Lösungen können Risiken minimiert, die Vorhersagefähigkeit verbessert und eine effektive Planung gewährleistet werden.
Kollaboration und Kommunikation
Der digitale Doppelgänger ermöglicht eine verbesserte Zusammenarbeit und Kommunikation zwischen verschiedenen Abteilungen und Teams. Indem alle Beteiligten Zugriff auf denselben digitalen Doppelgänger haben, können sie auf dem Laufenden bleiben, Informationen teilen und gemeinsam an Lösungen arbeiten. Hierdurch wird die Effizienz und Effektivität der gesamten Organisation gesteigert.
Die Vorteile, die ein digitaler Zwilling mit sich bringt, sind äußerst vielseitig und können in verschiedenen Branchen und Anwendungsbereichen genutzt werden. Vom Bereich der Produktentwicklung bis hin zur Produktion und Instandhaltung bieten digitale Zwillinge enorme Potenziale, um die Leistungsfähigkeit, Effizienz und Wettbewerbsfähigkeit von Unternehmen zu erhöhen. Der Einsatz dieser Technologie kann Unternehmen somit zu einem erheblichen Vorteil verhelfen.
Anwendungsbereiche
Digitaler Zwilling in der Produktion
Der digitale Zwilling bietet in der Produktion vielfältige Einsatzmöglichkeiten. Durch die Verbindung mit Sensoren und Steuerungen liefert er Echtzeitdaten über Maschinen, Anlagen und Prozesse. So lassen sich Abweichungen oder Engpässe frühzeitig erkennen und gezielt beheben.
Unternehmen können diese Daten nutzen, um ihre Produktionsleistung zu steigern, Stillstände zu vermeiden und die Produktqualität zu verbessern. Zudem ermöglicht der digitale Zwilling die Simulation und Optimierung von Abläufen – für maximale Effizienz und eine bessere Nutzung von Ressourcen.
Virtuelle Inbetriebnahme mit dem digitalen Zwilling
Digitale Zwillinge sind ein zentrales Werkzeug für die virtuelle Inbetriebnahme von Maschinen und Anlagen. Anstatt reale Systeme für Tests zu verwenden, lassen sich Abläufe virtuell simulieren, prüfen und optimieren. So können Fehler früh erkannt, optimale Einstellungen gefunden und Risiken vor der physischen Umsetzung minimiert werden. Das spart Zeit, senkt Kosten und steigert die Zuverlässigkeit der späteren Anlage.
Der digitale Zwilling vereint Modelle, Simulationen und Echtzeitdaten in einer gemeinsamen Umgebung. Dadurch können Unternehmen ihre Produktionsprozesse präzise überwachen und kontinuierlich verbessern. Das führt zu höherer Effizienz, besserer Produktqualität und einem klaren Wettbewerbsvorteil.
Verbindung von digitalem Zwilling und Automatisierung
Ein digitaler Zwilling entfaltet sein volles Potenzial erst durch intelligente Automatisierung. Die SPS-Programmierung bildet dabei das Fundament für die Steuerung realer Maschinen und Anlagen. In Kombination mit einer präzisen Roboterprogrammierung entstehen digital vernetzte Produktionsprozesse, die sich virtuell abbilden, testen und optimieren lassen.
Mit unserer virtuellen Inbetriebnahme können komplette Anlagen und Roboterzellen bereits vor der physischen Inbetriebnahme simuliert werden – sicher, effizient und realitätsnah. So verbinden wir bei ES Automise den digitalen Zwilling mit praxisorientierter Automatisierungstechnik und schaffen die Grundlage für eine leistungsstarke, zukunftssichere Produktion.
Konkrete Anwendungsbeispiele für digitale Zwillinge
Digitale Zwillinge finden in verschiedenen Bereichen konkrete Anwendungen. Hier sind einige Beispiele, wie sie eingesetzt werden können:
- Automobilindustrie: Digitale Zwillinge finden in der Automobilindustrie immer häufiger Verwendung, um Fahrzeuge virtuell zu entwickeln und zu optimieren. Diese Technologie ermöglicht es Herstellern, CAD-Modelle, physikalische Simulationen und Echtzeitdaten zu integrieren und somit verschiedene Fahrzeugkomponenten und -systeme virtuell zu testen. Auf diese Weise können Leistung, Sicherheit und Effizienz verbessert werden. Außerdem können sie dazu genutzt werden, den Fahrzeugzustand zu überwachen, prädiktive Wartung durchzuführen und Verkehrsflüsse zu optimieren. Die Vorteile dieser Technologie sind daher vielfältig und bieten zahlreiche Möglichkeiten, um die Automobilindustrie weiter voranzutreiben.
- Energiewirtschaft: Die Energiewirtschaft kann von digitalen Zwillingen profitieren, indem sie zur Überwachung und Steuerung von Energieerzeugungsanlagen und Netzwerken eingesetzt werden. Durch die Integration von Sensordaten und Echtzeitinformationen können digitale Zwillinge den Zustand der Anlagen lückenlos überwachen, Engpässe erkennen und Optimierungsmöglichkeiten aufdecken. Sie ermöglichen eine präzise Vorhersage des Energiebedarfs, die Optimierung von Energieflüssen und eine nahtlose Integration erneuerbarer Energien.
- Gesundheitswesen: Im Bereich der Gesundheitsversorgung können digitale Zwillinge einen maßgeblichen Beitrag zur personalisierten Medizin und einer verbesserten Patientenbetreuung leisten. Mithilfe der Erhebung und Analyse von Patientendaten sind digitale Zwillinge in der Lage, individuelle Gesundheitsprofile zu erstellen und die Wirksamkeit von Behandlungen zu simulieren. Somit können sie Ärzte bei der Diagnose und Therapieentscheidungen unterstützen, indem sie fortlaufend Echtzeitdaten und Simulationen bereitstellen.
| Anwendungsbereich | Beispiel |
| Produktion | Virtuelle Optimierung von Fertigungsprozessen |
| Verkehr und Logistik | Optimierung von Verkehrsflüssen |
| Bauwesen | Virtuelle Planung und Simulation von Gebäuden |
| Landwirtschaft | Präzisionslandwirtschaft |
Diese Illustrationen verdeutlichen, wie digitale Doppelgänger in unterschiedlichen Industrien und Einsatzgebieten zum Einsatz kommen können. Dank der Einbindung von Echtzeitinformationen, Simulationen und Auswertungen bieten digitale Doppelgänger beachtliche Möglichkeiten, um Effektivität, Beschaffenheit und Performance zu optimieren, Aufwendungen zu reduzieren und kreative Ansätze zu kreieren.
Vorstellung einiger Software-Anbieter
- Siemens
- Dassault Systèmes
- PTC
- Ansys
- SAP
Diese Anbieter haben sich auf die Entwicklung von spezialisierten Lösungen für digitale Zwillinge spezialisiert. Desweiteren unterstützen sie Unternehmen bei der Implementierung und Nutzung. Durch den Einsatz dieser leistungsstarken Software-Lösungen können Unternehmen die Vorteile von digitalen Zwillingen in unterschiedlichen Branchen nutzen. Folglich können sie auch Geschäftsprozesse effizienter gestalten.
Fazit: „Digitaler Zwilling: Definition, Erklärung und Anwendungsbeispiele“
Digitale Zwillinge verbinden reale Objekte, Anlagen oder Prozesse mit ihren virtuellen Abbildern. Durch die Kombination aus Echtzeitdaten, Simulationen und Analysen können Unternehmen Zustände präzise überwachen, Fehler frühzeitig erkennen und Abläufe kontinuierlich optimieren.
Sie bieten enorme Vorteile: schnellere Produktentwicklung, geringere Kosten und eine höhere Effizienz in der Fertigung. Ob in der Automobilindustrie, Energieerzeugung oder im Gesundheitswesen – digitale Zwillinge schaffen neue Möglichkeiten für Innovation und Qualität.
Mit Unterstützung spezialisierter Softwarelösungen lassen sich digitale Zwillinge heute einfacher erstellen und verwalten. Sie helfen Unternehmen, fundierte Entscheidungen zu treffen, Prozesse zu verbessern und ihre Wettbewerbsfähigkeit langfristig zu sichern.
Der Trend wird sich fortsetzen – insbesondere durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz, die digitale Zwillinge noch intelligenter und vorausschauender macht.
Häufig gestellte Fragen zum digitalen Zwilling
Eine computerbasierte Nachbildung von realen Objekten, Prozessen oder Systemen wird als digitaler Zwilling bezeichnet. Mittels Simulation und Datenanalyse ist es möglich diesen genau zu verstehen sowie zu überwachen und sogar Verbesserungen vorzunehmen.
Die Funktionsweise eines Digital Twins beruht darauf, dass er Informationen aus der physischen Welt aufnimmt und in einer virtuellen Umgebung abbildet. Diese digitale Repräsentation kann anschließend analysiert, überwacht und sogar simuliert werden, um tiefere Einblicke sowie eine höhere Kontrolle über das reelle Objekt oder den Prozess zu gewinnen. Hierdurch lassen sich Effizienzsteigerungen herbeiführen ebenso wie Sicherheitsrisiken minimieren und ein besseres Verständnis für die Materie entwickeln.
Eine verbesserte Vorstellung, Steuerung und Verbesserung von realen Objekten oder Prozessen kann durch die Nutzung eines digitalen Abbildes erreicht werden. Somit können Schwierigkeiten gelöst, Effektivität gesteigert sowie Kosten reduziert werden. Der Einsatz des digitalen Duplikats findet in unterschiedlichen Branchen Anwendung und sorgt für mehr Sicherheit und Effizienz im Arbeitsprozess.
Ein digitaler Zwilling entsteht durch die Kombination von Daten, Modellen und Sensorinformationen eines realen Objekts. Zunächst werden physische Eigenschaften und Prozessdaten erfasst, anschließend in einer Softwareumgebung modelliert und mit Echtzeitdaten verknüpft. So entsteht ein virtuelles Abbild, das kontinuierlich mit der realen Welt interagiert und deren Verhalten präzise widerspiegelt.
Digitale Zwillinge finden in vielen Branchen Anwendung – von der Fertigung und Energieversorgung über Logistik bis hin zum Gesundheitswesen. In der Industrie ermöglichen sie eine vorausschauende Wartung, in der Produktion eine bessere Prozesssteuerung und in der Medizintechnik personalisierte Behandlungsansätze. Dadurch helfen sie Unternehmen, Abläufe effizienter, sicherer und nachhaltiger zu gestalten.