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Digitaler Zwilling

Im Zeitalter der Digitalisierung wird unser gesamtes Leben und damit auch jede Industriebranche beeinflusst. Dabei ist es egal, ob in der Arbeitswelt, oder im Alltag privater Personen – die Digitalisierung tritt in verschiedenen Formen auf, wie in etwa der Digitale Zwilling. Die Voraussetzung für den Digitalen Zwilling ist die Digitalisierung. Mit der Funktion der 3D-Vermessung ist es möglich, Liegenschaften aus realen Welten in einer digitalen Abbildung detailgetreu zu erfassen und darzustellen. Dadurch werden digitale Modelle erstellt. Ein Digitaler Zwilling eines Bauwerks.

Was ist überhaupt ein Digitaler Zwilling?

Digitale Zwillinge umfassen digitale Daten. Grundsätzlich kann man sagen, dass es keine allgemeine Definition für einen „Digitalen Zwilling“ gibt, aufgrund der vielen Unterschiede im Bereich des Digitalen Zwillings. 

Ein Digitaler Zwilling ist ein virtuelles Modell, welches ein physisches Objekt exakt wiedergeben soll. Dieser Digitale Zwilling besteht aus vielen Algorithmen, Sensoren und Daten. Diese ermöglichen es dann, dass die erfassten Daten in Echtzeit mit der realen Umgebung, den realen Welten abgeglichen werden können. Dabei werden Gebäude, Produkte oder sonstige Maschinen digital repräsentiert, einschließlich jeglicher geometrischen, kinematischen und logischen Daten. Der digitale Zwilling ist eine virtuelle Abbildung eines realen Objektes und ermöglicht seine Simulation, Steuerung sowie Verwaltung des physischen Objektes. Um die virtuelle Abbildung darstellen zu können, werden mehrere Faktoren benötigt. Zum einen benötigt man ein Objekt, welches dargestellt werden soll. Weiter benötigt man einen digitalen Zwilling in einem virtuellen Raum. Hinzu kommen noch verschiedene Sensoren, welche eine Verbindung zwischen dem Digitalen Zwilling und dem realen Objekt erzeugen. 

Digitaler Zwilling Software

Ziel des digitalen Zwillings ist es, eine Single Source of Truth (SSOT) zu schaffen. Aufgrund dieser Quelle ist es möglich, das Modell zu steuern und Problemstellungen zu lösen.Digitale Zwillinge werden auch als ein Schlüsselelement der Industrie 4.0 gesehen und werden deshalb in den kommenden Jahren nicht nur in der Forschung, sondern auch in der Entwicklung weiter ausgestaltet. Ein digitaler Zwilling kann Nutzen in den Phasen des gesamten Lebenszyklus eines Objektes stiften. Die erste Phase ist die Phase des Designs. Dabei geht es um den komplexen Umgang der Anforderung des Produkts. Der Digitale Zwilling hilf dabei, unterschiedliche Design-Alternativen durch Simulationen und Tests zu erforschen, um zu überprüfen, ob die Produktanforderungen erfüllt werden, oder nicht. Die zweite Phase konzentriert sich auf die Erstellung des Produkts. Dabei kann der digitale Zwilling helfen, eine bessere Qualität und Effizienz zu erreichen. In der dritten Phase, der Nutzphase, kann ein digitaler Zwilling eingesetzt werden, um die Verfügbarkeit eines Objektes zu verbessern. Die vierte Phase konzentriert sich auf die Wiederverwertung. Hierbei kann der digitale Zwilling für die Ersatzplanung eingesetzt werden.

Was ist eine Virtuelle Abbildung? - Digitaler Zwilling

Ein digitaler Zwilling lässt sich in drei Bereiche aufteilen. Erstens ist die virtuelle Abbildung des realen Objektes von Bedeutung. Diese Objektdaten werden dann durch den 3D-Scan erfasst und verfügbar gemacht. Das 3D-Modell kann dann auf unterschiedlichen Systemen abgebildet werden.

Welche Problemstellungen kann ein Digitaler Zwilling lösen

Der Digitale Zwilling bietet Lösungen zu vielen unterschiedlichen Problemen. Hierbei können jegliche Bereiche der Firma von dem Digitalen Zwilling verschiedenen Nutzen nehmen Eingreifen kann der digitale Zwilling bei Kommunikationsproblemen innerhalb der Firma, bei der Lokalisation von defekten Maschinen, Rohrleitungen oder Internetleitungen, sowie auch bei der Platzverwaltung innerhalb der Firma und vieles mehr. Der Digitale Zwilling ermöglicht somit die exakte Suche nach relevanten Daten und erleichtert die Informationsverarbeitung.

Anwendungsbereiche von Digitale Zwillinge

Digitale Zwillinge werden in diversen Branchen eingesetzt, etwa im Bauwesen, Ingenieurswesen, Automobilbau in der Fertigung und im Flugzeugbau.

Welche Arten von Digitale Zwillinge gibt es?

Wichtig ist es zu unterscheiden, welche Arten von Digitalen Zwillingen es gibt. Diese sind mit dem Umfang der Detaillierung verbunden. Ein großer Unterschied liegt im Bereich der Anwendung. Allerdings ist es auch gängig, unterschiedliche Arten von digitalen Zwillingen innerhalb eines gemeinsamen Systems einzusetzen. In der Theorie unterscheidet man hauptsächlich zwischen Komponentenzwillingen, Asset-Zwillingen, System- oder Unit-Zwillingen und schlussendlich Prozess-Zwillingen.



Der Komponentenzwilling/Teilzwilling

Asset-Zwillinge

Komponentenzwillinge stellen die sogenannte Grundeinheit des digitalen Zwillings dar. Ein Teilzwilling ist ähnlich zum Komponentenzwilling strukturiert, bezieht sich jedoch auf andere, nicht so bedeutende Komponenten. Diese Zwillinge stellen das kleinste Beispiel für eine Funktionskomponente dar.



Ein Asset besteht aus der Zusammenarbeit aus zwei, oder mehreren Komponenten. Diesem Asset Zwilling ist es möglich, die Interaktion der einzelnen Komponenten zu analysieren. Diese Daten können dann aufgearbeitet –  und anschließend in verwertbare Informationen verarbeitet werden.

Prozess-Zwillinge

System- oder Unit-Zwillinge

Prozess-Zwillinge sind dafür geeignet, Untersuchungen zur Zusammenarbeit von Systemen durchzuführen, um daraus eine vollständige Produktionsanlage zu schaffen. Sie werden vor allem dafür genutzt, um exakte Zeitpläne (time-slots) zu bestimmen, welche die Gesamteffizienz beeinflussen. Dabei untersuchen die Prozess-Zwillinge, ob verschiedene Systeme miteinander synchronisiert sind und mit maximaler Effizienz arbeiten oder ob eine Verzögerung zwischen den Systemen vorhanden ist.



Die System- oder Unit-Zwillinge ermöglichen es zu untersuchen, ob unterschiedliche Assets ein funktionstüchtiges Gesamtsystem ausmachen. Dabei geben System- oder Unit-Zwillinge die Interaktion zwischen den unterschiedlichen Assets wieder und können, falls notwendig Vorschläge zur Verbesserung offenlegen.

Vorteile des Digitalen Zwillings

Der digitale Zwilling bietet viele, diverse Vorteile. Einige dieser Vorteile sind unter anderem:

  • Die von Beginn an fehlerfreien und optimierten Betriebsprozesse
  • Zeitersparnisse in der Entwicklung eines Projekts
  • Optimierung von jeglichen Planungs- und Produktionsprozessen
  • Tiefgründiges Verständnis von Abläufen und Prozessen, insbesondere durch vorherige Simulationen und Testdurchführungen
  • Einfachere und schnellere Abstimmung in bestimmten Betriebsprozessen

Je nach Anwendungsbereich bietet der Digitale Zwilling noch weitaus mehr Vorteile.

Digitaler Zwilling