Accenture, digital Twin

Der digitale Zwilling ist laut Accenture ein entscheidender Baustein für die Industrie 4.0. - Bild: Accenture/Mackevision

Wie der Name schon verrät: Der digitale Zwilling ist das virtuelle Abbild eines realen Prozesses, Dienstes oder Produktes. Mit dem Verfahren können Unternehmen nahezu alles „virtualisieren“.

Grenzen bestehen eigentlich kaum: Von der Maschine bis zur Fabrik, vom Auto und dessen Fahreigenschaften bis zu ganzen Städten – alles kann per Computer erfasst und virtuell nachgebildet werden. Anschließend können etwa Entwickler Funktionen verändern, neue Einstellungen testen und komplexe Simulationen berechnen, zu einem Bruchteil der Kosten herkömmlicher Verfahren. 

Möglich wird das, weil Digital Twins viel mehr sind als nur grafische Nachbildungen. Die Zwillinge sind zuerst und vor allem „Daten-Bündel“, die in Echtzeit erzeugt und ständig upgedated werden.

Ihre Erzeugung setzt Verschiedenes voraus:

  1. Bestandsinformationen aus der Unternehmens-IT, etwa Konstruktions- und Stammdaten des zu digitalisierenden Gegenstandes.
  2. IoT-Sensoren auf der Maschine, Anlage oder dem Produkt, die ständig Betriebsdaten erfassen.
  3. Eine Cloud, in der all diese Daten in einer Digital-Twin-Plattform zusammenlaufen.
  4. Analytics-Algorithmen, die die Plattformdaten fortlaufend untersuchen, „verstehen“, und ihre Erkenntnisse für andere Anwendungen zugänglich machen.
  5. Wo es sinnvoll und möglich ist, 3D-Modelle und -Visualisierungen eines „Zwillings“, damit dieser zum Beispiel innerhalb von Virtual-Reality-Anwendungen dargestellt werden kann. 

Freier Datenfluss per „Digital Thread“

Ein digitaler Zwilling kommt keineswegs nur einmal und während einer bestimmten Zeit zum Einsatz. Stattdessen ‚begleitet’ er sein reales Vorbild über dessen gesamten Lebenszyklus hinweg.

So kann er beständig wertvolle Informationen darüber liefern, wie es im Alltag genutzt wird. Solche Rückmeldungen ermöglichen dann etwa die fortlaufende Optimierung einer Maschine im Betrieb.

Zudem können sie auch für Rückkopplungen mit dem Hersteller genutzt werden, die dann zum Beispiel die Verbesserung künftiger Proukte erleichtern. Dieser ungehinderte Datenfluss von der „echten“ Maschine in die IT von Anwender, Hersteller und zurück wird „Digital Thread“ genannt – der digitale Faden, der beständig und unsichtbar neben dem physischen Produkt herläuft.

Welch großes Potenzial in digitalen Zwillingen und Fäden steckt, verdeutlichen die Beispiele, die einzelne Vorreiter in diesem Bereich bereits umgesetzt haben: Mackevision, der zu Accenture gehörende Experte für Computer Generated Imagery, entwickelte etwa einen digitalen Zwilling eines Motorblocks für Daimler. Die Nachbildung, die allein auf Grund von vorhandenen Konstruktionsdaten entstand, ermöglicht Daimler-Entwicklern jetzt, das Verhalten von Motorteilen bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu simulieren. Zudem erleichtert sie Ingenieuren und Designern die Zusammenarbeit über Abteilungsgrenzen hinweg und verschlankt zudem etliche Arbeitsabläufe.

Ein weiteres Beispiel liefert GE: Um die Ausbeute in Windparks zu verbessern, entwarf das Unternehmen für jedes Windrad einen digitalen Zwilling, der auf zwanzig verschiedenen Konfigurationsdaten basiert. Die so im realen Betrieb gesammelten Daten werden über den digitalen Zwilling in Echtzeit ausgewertet, mit den Leistungsdaten der anderen Anlagen im Windpark abgeglichen und daraufhin optimiert. GE geht davon aus, dass die Turbinen so um bis zu 20 Prozent leistungsfähiger werden.      

In deutlich größerem Maßstab hat Dassault Systèmes einen digitalen Zwilling umgesetzt. Für den Stadtstaat Singapur – zweifellos ein Vorreiter bei der Anwendung neuer Technologien – hat das Unternehmen ein virtuelles Abbild der gesamten Stadt geschaffen. Was zunächst wie eine einfache 3D-Landkarte aussieht, dient vor allem als großes ‚Spielfeld’ für die Stadtplaner. Der digitale Zwilling hilft der Stadtverwaltung zum Beispiel dabei, die Auswirkungen von Baumaßnahmen auf den Verkehr abzuschätzen oder die zusätzliche Lärmbelastung durch eine neue Hochgeschwindigkeitsstrecke in einzelnen Wohnvierteln sehr genau vorherzusagen. 

Turbo für neue Geschäftsmodelle

Die genannten Beispiele verdeutlichen vor allem, wie der digitale Zwilling Prozesse in der Produktentwicklung optimiert, mehr Effizienz im Betrieb von Anlagen schafft und die Koordination von Zielkonflikten in komplexen Systemen erleichtert. Das wirkt für sich genommen schon revolutionär – ist aber immernoch nur der Anfang. Die eigentliche Bedeutung des Digital Twins jedoch liegt in den neuen Leistungsversprechen für Kunden.

Wer das Verhalten eines Produkts oder Dienstes im Betrieb virtuell abbilden kann, ist auch in der Lage, es mit Hilfe von simulierten Effekten kontinuierlich zu verbessern. Das wiederum ist die Grundlage für neue datengetriebene Geschäftsmodelle, die ganz konkrete Mehrwerte für deren Nutzer schaffen: Etwa der Fahrzeugmotor, der weniger Benzin verbraucht und einen geringeren Verschleiß hat, weil die Leistung stets der Fahrweise und den aktuellen Verkehrsverhältnissen angepasst ist.

Weil der digitale Zwilling nahezu perfekte Simulationen der echten Welt ermöglicht, lassen sich auch geschäftliche Risiken bei der Entwicklung und Vermarktung neuer Produkte minimieren. Zum einen fällt der Aufwand für den Bau und das Testen von physischen Prototypen deutlich geringer aus, was Zeit und Kosten spart.

Zum anderen werden Fehlplanungen bei komplexen Projekten unwahrscheinlicher, da eine Fabrikhalle zum Beispiel genau auf die individuellen Gegebenheiten und Fertigungsprozesse eines Herstellers angepasst und das Zusammenspiel aller Einheiten vorab getestet werden kann.  

Einfachere Zusammenarbeit

Eine große Stärke des digitalen Zwillings liegt darin, dass er äußerst komplexe Systeme in Echtzeit simuliert. Dabei bricht er mit Abteilungs- und Unternehmensgrenzen und führt Daten aus den unterschiedlichsten Bereichen auf einer Plattform zusammen.

Ein Autohersteller hat somit beispielsweise immer einen Überblick über die aktuellen Produktionsdaten eines Zulieferers, kennt den aktuellen Lagerbestand für bestimmte Bauteile beim Logistikpartner und hat die Auslastung des eigenen Motorenwerks am anderen Ende der Welt im Blick. So entsteht eine ganz neue Transparenz über alle an die Fahrzeugproduktion angeschlossenen Prozesse über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg.

Der digitale Zwilling bietet auch neue Möglichkeiten für die gemeinsame Innovation mit Partnern. So können Teams aus Entwicklern, Forschern, Designern und Wissenschaftlern standortunabhängig an Projekten arbeiten und gemeinsam ein virtuelles Modell eines Produktes entwickeln und verbessern. Diese Art der Ko-Innovation verkürzt die Entwicklungszyklen deutlich und vereinfacht die Abstimmung unter den beteiligten Akteuren.

Ähnlich verhält es sich auch mit dem Kundendienst: Bisher müssen Servicemitarbeiter zum Kunden ausrücken, um etwa einen defekten Fahrstuhl wieder in Betrieb zu nehmen. Allein für Anfahrt und Fehleranalyse werden nicht selten mehrere Stunden oder sogar Tage benötigt.

In Zukunft kann der Kundendienst die Ursache für einen Defekt bereits am digitalen Zwilling eines Fahrstuhls erkennen und den Fehler möglicherweise schon aus der Ferne beheben. Selbst wenn das nicht möglich ist, verrät der digitale Zwilling, welches Bauteil defekt ist und ausgetauscht werden muss. Damit es gar nicht erst zu Ausfällen kommt, würde die virtuelle Kopie eines Fahrstuhls anhand der Betriebsdaten sogar von selbst erkennen, ob sich ein Problem andeutet, das behoben werden muss, ehe es zum Ausfall kommt.  

Video: Digital Twin - A critical building block to Industry X.0

Wie also einsteigen?

Während die virtuelle Replik eines Produkts oder einer Maschine anhand vorhandener Konstruktions- und Betriebsdaten vergleichsweise leicht erstellt werden kann, sind für komplexere Simulationen deutlich mehr Datenpunkte nötig. Je mehr smarte und mit IoT-Sensoren ausgestattete Produkte im Einsatz sind und Betriebsdaten liefern, desto genauere Erkenntnisse liefert auch der digitale Zwilling.

Wenn Unternehmen diese Betriebsdaten nun über eine digitale Plattform sammeln und ihren Kunden auf dieser Grundlage neue Leistungsversprechen anbieten wollen, stellt sich die Frage: Wie gehe ich am besten vor? An dieser Stelle sei dazu nur folgender Rat gegeben: Think small!

Viele Unternehmen denken in großen Strategien und ambitionierten Plänen, wie der digitale Zwilling ein ganzes Ökosystem von neuen Diensten für Kunden ermöglicht. Klüger ist es jedoch, eine Vorgehensweise wie in der agilen Softwareentwicklung zu wählen, und sich auf ‚Minimum Viable Products’ zu konzentrieren. Das bedeutet, mit Hilfe des digitalen Zwillings solche Produkte zu entwickeln, die trotz minimaler Konfiguration den Nutzern ein konkretes und erlebbares Leistungsversprechen bieten und dieses im Alltag einhalten.  

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Mehr über Mackevisions Digital-Twin-Arbeit für Daimler gibt’s auf dieser Site; mehr zu den Digital-Lifecycle-Lösungen der Accenture-Tochter hier.

Sofern Sie Accentures und Mackevisions Experten zum Thema „Digital Twin“ auf LinkedIn folgen möchten, empfehlen wir die Profile von Frank Riemensperger und Jürg Matweber (Accenture) sowie Timo Fürtsch (Mackevision).