Digital Twins: Virtuelle Zwillinge eröffnen völlig neue Möglichkeiten

In der „Industrie 4.0“ spielt die Digitalisierung eine absolut entscheidende Rolle. Bei der Entwicklung völlig neuer Produkte, bei der Produktion und bei der Schaffung jeder denkbaren Infrastruktur und bei der Optimierung vieler Unternehmens- und Forschungsprozessen. Dabei hat eine Technik in den letzten Jahren eine besondere Bedeutung erhalten: Die der digitalen Zwillinge. Im Prinzip sind digitale Zwillinge exakt das, was der Begriff beschreibt. Ein „Digital Twin“ ist ein digitaler und somit virtueller Zwilling eines materiellen oder auch immateriellen Objekts in der realen, echten Welt. Nur eben als exakt gleiche digitale Kopie. Ein Zwilling eben.

Durch die Schaffung eines digitalen Zwillings erhalten Unternehmen, Ingenieure, Wissenschaftler und alle Beteiligten, welche neue Techniken, neue Produkte oder etwas in der Art schaffen, viele Vorteile. Auch bei der Entscheidungsfindung, bei der Optimierung von Prozessen jedweder Art und bei der Effizienzsteigerung sind die digitalen Zwillinge von großer Bedeutung. An einem digitalen Zwilling lässt sich nahezu jede Wahrscheinlichkeit ausprobieren und auf dessen bereits existierendes oder in Planung befindliches Gegenstück übertragen. Hierdurch lassen sich Eigenschaften und Verhaltensweisen eines Objekts oder eines Prozesses simulieren, vorhersagen und dadurch besser planen und managen. Digitale Zwillinge ersetzen daher inzwischen vielfach kostspielige Entwicklungen, etwa von Prototypen. Dies senkt die Gesamtkosten bei zugleich steigender Produktivität und geringerem Risiko. Bei den Anwendungsmöglichkeiten für die „Digital Twins“ gibt es dabei kaum Grenzen.

Vielfältige Formen und Arten der Digital Twins

Digitale Zwillinge können nahezu jede Art von Form annehmen. Dies macht sie so universell. Sie können beispielsweise einen physikalischen Prototypen abbilden und dessen gesamten zu erwartenden Lebenszyklus. Dies ist etwa in der Produktionstechnik wichtig. So lassen sich beispielsweise für viele einzelne Teile einer Maschine jeweils eigene digitale Zwillinge erstellen. Dessen Lebenszyklus die Leiter und Ingenieure der Produktion dann wiederum unter verschiedensten Bedingungen simulieren können. Wie verhält sich das Teil unter bestimmten Bedingungen und Gegebenheiten? Beispielsweise bei unterschiedlicher Belastung oder unterschiedlichen Temperaturen? Oder auch in Verbindung und Zusammenarbeit mit anderen Teilen einer Maschine? Letztlich können diejenigen, welche für die Entwicklung und Produktion verantwortlich sind, anhand des digitalen Zwillings eine ganze Reihe an wichtigen Vorhersagen treffen. Diese sind zwar nicht immer im Detail korrekt, da sich nicht alles haargenau simulieren lässt. Dennoch erfüllen die Zwillinge hier eine wichtige Funktion.

Darüber hinaus können die digitalen Zwillinge natürlich viele andere Formen haben. Etwa elektronische Systeme. Auch eine Software und dessen Funktion selbst lässt sich simulieren. So kommen digitale Zwillinge folglich auch in der Softwareentwicklung zum Einsatz. Beispielsweise bei Steuerungssoftware für Maschinen oder Automaten. Auch in der Spieleentwicklung lassen sie sich sehr gut einsetzen. Entwickelt ein Unternehmen beispielsweise Casinospiele online, kann es die Gewinnchancen seiner Spiele mithilfe des digitalen Zwillings wie gewünscht anpassen, verändern und simulieren. Hierdurch lassen sich kostenintensive Fehler in der Software sofort finden beziehungsweise vermeiden.

Anwendungsbereiche für digitale Zwillinge

Digitale Twins können sich also in der Theorie vorzüglich in nahezu allen denkbaren Bereichen als nützlich erweisen. Doch wo finden sie aktuell tatsächlich Anwendung? Immerhin ist die Entwicklung der Digital Twins selbst durchaus mit hohen Kosten verbunden. Dies macht ihren Einsatz daher meist nur in größeren Unternehmen oder Unternehmen mit einem gewissen Kapital möglich. Diese versprechen sich dann natürlich durch die digitalen Zwillinge auch Wettbewerbsvorteile. Digitale Zwillinge kommen aktuell vor allem in folgenden Anwendungsbereichen zum Einsatz:

•             Fertigung und Produktion: Wie anhand des Beispiels bereits ersichtlich, kommen digitale Zwillinge vor allem in der Fertigung und Produktion zum Einsatz. Ob in der Automobilbranche, dem Maschinenbau oder im Sektor der Elektrofertigung. Komplexe Maschinen oder auch die vielen einzelnen Teile einer Maschine mithilfe der virtuellen und damit digitalen Zwillinge abzubilden, ist für die Unternehmen meist günstiger und effizienter als die Schaffung von Prototypen.
•             Medizin und Gesundheitswesen: Digitale Zwillinge kommen auch immer häufiger im Gesundheitswesen zum Einsatz. Liegen entsprechende Daten vor, lassen sich beispielsweise personalisierte Behandlungspläne für Patienten auf Basis dessen Zustands entwickeln. Auch die Telemedizin spielt dabei eine Rolle. Des Weiteren können Medizinforscher bei Bedarf ganze Organe und Körpermechanismen und eventuelle benötigte Behandlungen anhand von Zwillingen simulieren und modellieren. Ebenso lassen sich Krankheitsverläufe oder Verläufe von Epidemien und Pandemien mithilfe der Zwillinge vorhersagen.
•             Städte- und Infrastrukturplanung: Bei der Planung von Städten und wichtigen Infrastrukturen wie Verkehrswegen, Häfen usw. sind digitale Zwilling ebenfalls eine enorme Hilfe. So können Planer etwa einen Zwilling einer ganzen Stadt abbilden und erhalten damit eine Art „Spielwiese“. Wie verhalten sich die Verkehrsströme voraussichtlich unter verschiedenen Bedingungen? Wie verteilt sich die Hitze in einer Stadt an besonders heißen Tagen? Was passiert, wenn in der Stadt notwendige Reparaturen an der Infrastruktur vorgenommen oder gar ganze Stadtteile neu gebaut werden. Selbst kleine Städte wie Gelsenkirchen und Dormagen arbeiten daher bereits an entsprechenden Zwillingen ihrer Städte.

Es gibt also eine enorme große Anzahl an Anwendungsmöglichkeiten und die digitalen Zwillinge eröffnen somit viele neue Wege, das künftige Leben zu simulieren, zu planen und effizient zu organisieren. Forscher planen beispielsweise einen digitalen Zwilling der gesamten Erde, in den dann alle verfügbaren Beobachtungsdaten einfließen sollen.