Planung von Services und Produkten: Entwicklung mithilfe digitaler Zwillinge
Kein anderes Instrument der Digitalisierung fördert die Optimierung von Produkten wie digitale Zwillinge. Umfangreiche Anpassungsmöglichkeiten sorgen für eine Betrachtung, die ganzheitlich ist und ein tieferes Verständnis erlaubt – von Prototypen in der Industrie, als auch in der virtuellen Administration von Unternehmen und Institutionen. Damit bieten digitale Duplikate eine sichere Testumgebung für die Beschaffenheit von und die Reaktion auf Innovationen.
Was sind digitale Zwillinge und wie sehen sie aus?
Digitale Zwillinge sind Ebenbilder von materiellen oder immateriellen Produkten in einer virtuellen Umgebung. Ihr Aussehen ist vielfältig und richtet sich an Doppelgänger von Maschinen, Fahrzeugen, Endprodukten oder menschlichen Usern aus. Im Ablauf einer Produktentwicklung nehmen die Zwillinge die Position von Prototypen ein. Sobald die Simulation des Produkts erfolgreich ist, lohnt sich die Herstellung greifbarer Exemplare. Für die Erstellung eines Zwillings braucht es entsprechende Software, die über Schnittstellen für dessen Programmierung verfügt – sogenannte APIs; dies bedeutet: Application Programming Interfaces oder Programmierstellen. So können Informationen über das Aussehen des Produkts und seiner Beziehung zu anderen gelesen und schließlich zu einem digitalen Zwilling visualisiert werden. Externe Firmen bieten sowohl die Services als auch digitale Werkzeuge dafür an.
Wann kommen digitale Zwillinge zum Einsatz und welchen Nutzen haben sie für mittelständische Unternehmen?
Interaktive Nachbildungen spielen besonders für die Begleitung von Prototypen eine Rolle. Schon vor der Fertigung eines physischen Produkts erleichtern sie die Ausrichtung des Designs an regulatorische Anforderungen. Auch die Anwendungsffreundlichkeit der Produkte spielt hier eine Rolle: Sie kann direkt mitgeplant werden, wenn die simulierten Produkte an das Verhalten und die Bedürfnisse ihrer Nutzenden angepasst werden.
Neben der Analyse von Designalternativen ermöglichen digitale Zwillinge die Bewertung der Effizienz eines Entwurfs und seiner möglichen Herstellung. Auch nach Produktionsstart unterstützen sie bei der Verfeinerung des Prozesses. Dazu gehört zum Beispiel, das Potenzial für die Wiederverwertung einzelner Teile zu erhöhen. Digitale Zwillinge sind demnach an keine spezifische Entstehungsphase eines Produkts gebunden. Für kleine und mittlere Unternehmen bedeutet das, dass wichtige Ressourcen und Kosten eingespart werden können. Bereits produzierte Waren können ohne weitere Risiken überarbeitet werden.
Verschiedene Varianten von digitalen Zwillingen
Die verschiedenen Anforderungen an digitale Doppelgänger bewirken, dass sie keine einheitliche Form haben. Allerdings lassen sich verschiedene Arten digitaler Zwillinge anhand ihrer Größe und Funktion für das Endprodukt festmachen: Teilzwillinge sind die Simulationen kleinster Komponenten im Fertigungsprozess. Die Interaktion mit anderen Bestandteilen des Produkts oder Users kann mithilfe von Asset-Zwillingen untersucht werden. Nach dieser Logik stellen die nächstgrößeren Zwillinge dar, wie eine Mehrzahl von Assets zusammenarbeitet. Solche Unit-Zwillinge sind bereits in der Lage, funktionierende Gesamtsysteme widerzuspiegeln. Am umfassendsten aber ist die Darstellung des Produktionssystems im Prozess-Zwilling. Das liegt daran, dass auf der Makroebene potenzielle Verzögerungen und Auswirkungen auf benachbarte Systeme erfasst werden können. Prozess-Zwillinge sind als die anspruchsvollste Größe bekannt, da sie die den Umgang mit komplexen Datensammlungen erfordern.
Welche technologischen Aufgaben übernehmen die Zwillinge?
Die Unterstützung durch digitale Zwillinge basiert auf unterschiedlich selbstständigen Vorgängen. Grundsätzlich umfassen sie die Verarbeitung und Wiedergabe von Daten in einer virtuellen Realität. Alle relevanten Werte, darunter die zur Beschaffenheit des Objekts, seiner Kosten und seiner Funktionalität in Echtzeit, können mit digitalen Zwillingen wie in einer Datenbank gespeichert werden. Der Unterschied zu einer reinen Speichermöglichkeit liegt dabei in der Weiternutzung dieser Informationen.
Auf einer höheren Stufe geht es um Produktsimulationen, die mit anderen Betriebseinstellungen arbeiten und neue Entwicklungsprozesse darstellen können. Diese “Was-wäre-wenn-Szenarien" geben digitalen Zwillingen Raum für Experimente. Deren Auswirkungen auf das Produkt und den Markt lassen sich einsehen, ohne in die reale Produktion einzugreifen. Dank der Echtzeit-Überwachung von Sensordaten sind Schnittstellen mit künstlicher Intelligenz möglich.
Das Ziel einer fortgeschrittenen Anwendung besteht darin, abweichende Vorgänge in der Realität zu erkennen und Korrekturvorschläge zu erhalten. Dazu ist ein KI-fähiger Zwilling mit Machine-Learning-Algorithmen ausgestattet. Im Kontext bedeutet das, dass die Simulationssoftware um Rechenverfahren erweitert wird, welche auf bestimmte Situationen reagieren. Die Anpassung der KI erfolgt auf Basis von Trainingsdaten und der menschlichen Wissensgewinnung. Das Ergebnis ist ein Tool, mit dem Produkte unkompliziert und sicher optimiert werden.
Digitale Zwillinge: Potenzial als Entscheidungshilfe und Prognosen
Verkettete Gesamtsysteme zu überwachen und zu kontrollieren, lässt sich an den Gedanken knüpfen, digitale Transformation und Nachhaltigkeit bestmöglich zusammenzubringen. Die branchenübergreifende Wirksamkeit von digitalen Zwillingen schlägt sich auch in Zahlen nieder: So prognostizieren Branchenexpert:innen, dass der Markt um digitale Zwillinge bis 2027 bei 37,5 Billionen Dollar liegen könnte [1].
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Autorin: Stella Ingenfeld
Redaktion: Lena Köppen
[1] https://www.marketsandmarkets.com/PressReleases/digital-twin.asp, MarketsandMarkets™
