Unser digitaler Zwilling

Die Grundidee der Datenspeicherung hat mit dem digitalen Zwilling eine ganz neue Dimension erreicht. Sichtbar wird dies in der industriellen Fertigung. Bisher wurde auf Basis einer einzelnen genauen Beschreibung in Form von Daten die Fertigung einer Vielzahl von Produkten gesteuert. Seriennummern und andere wenige Kerndaten waren die einzigen elektronischen Zeugen der Individualität der gefertigten Produkte. In Zukunft wird für jedes einzelne hergestellte Produkt eine vollständige digitale Repräsentation gespeichert – der digitale Zwilling des Produkts. «Nicht einfach eine dreidimensionale Abbildung der Realität – eine Abstraktion der Wirklichkeit, die den Faktor Zeit berücksichtigt», so die treffende Beschreibung von Manfred Huber, Leiter des Instituts Digitales Bauen an der FHNW.

«Zunächst habe ich den Begriff Doppelgänger benutzt», sagt der Begründer des Konzepts Michael Grieves, heute Chief Scientist for Advanced Manufacturing am Florida Institute of Technology. Er prägte im Rahmen eines Forschungsprojekts an der Universität von Michigan im Jahr 2002 den Begriff «Digital Twin». Der digitale Zwilling ist gemäss Grieves eine virtuelle Eins-zu-eins-Repräsentation, die sämtliche Informationen einer physischen Entität enthält und diese über den gesamten Lebenszyklus hinweg reflektiert.

Digital Twin – Physical Twin

Das Konzept schlummerte lange Zeit vor sich hin, da es bis vor Kurzem schwierig war, den Zustand des einzelnen realen Produkts mit demjenigen des entsprechenden virtuellen Zwillings abzugleichen. Heute ist das dank moderner Sensortechnik und des Internets der Dinge sehr einfach möglich. Sensoren können Informationen über die Art und Weise, wie ein Produkt eingesetzt wird oder wie es auf eine Umgebung reagiert, liefern. Dieser Vorgang wird auch «Shadowing» genannt und erlaubt es, den Faktor Zeit mit einzubeziehen. Der Digital Twin ist damit immer mit seinem physischen Zwilling verbunden. Und das vereinfacht die Pflege, die Reparatur und die kontinuierliche Verbesserung des Produkts durch detaillierte Analysen und realitätsnahe Simulationen. Bereits heute existiert eine Vielzahl von Anwendungen, die auf der «Digital Shadow»-Technik basieren. Von Windrädern, die ihre Leistungswerte liefern, über Automobile, die Aufenthaltsort und Ladezustand laufend melden bis hin zu ganzen Gebäuden wie dem Campus der FHNW, dessen digitaler Zwilling eine Plattform für interdisziplinäre Anwendungen darstellt.

Der intelligente digitale Zwilling

Digitale Zwillinge basieren heute auf detaillierten Modellen, wie sie in der Fertigung und zunehmend im Bau üblich sind. Sie werden in den meisten Fällen als CAD-Pläne (Computer Aided Design) erstellt. Diese Pläne sind die Grundlage, die dann laufend mit Statusinformationen angereichert werden. In Zukunft werden andere Pläne als Modell für digitale Zwillinge dienen. Wie beispielsweise Genome, wenn es um die Bereitstellung von digitalen Zwillingen für Organe geht. Was Operationen vereinfachen oder sogar Tierversuche überflüssig machen könnte. Eine weitere Entwicklung geht in die Richtung, dass der digitale Zwilling selbst über Intelligenz verfügt und so sein Gegenüber in allen Lagen positiv oder zumindest bereichernd beeinflussen kann.