Wie digitale Zwillinge mehr Intelligenz in die reale Welt bringen

In Chattanooga im US-Bundesstaat Tennessee werden Informationen aus 500 verschiedenen Quellen, darunter Verkehrskameras, Notrufdaten, Radardetektoren und Wetterstationen, in den digitalen Zwilling der Stadt eingespeist¹. In einem anderen Beispiel konnte die Nanyang Technological University (NTU) in Singapur durch den Einsatz digitaler Zwillinge 31 Prozent Energie einsparen und die Kohlenstoffemissionen um 9,6 Kilotonnen reduzieren². Diese Beispiele verdeutlichen nicht nur das Potenzial der heutigen digitalen Zwillinge und die damit verbundenen Effizienzgewinne, sondern auch die Vorteile, die sie für die Nachhaltigkeit bieten können.

1: SmartCitiesDIVE, “Are digital twins the future of urban planning?” 2021.
2: NTU Singapore. IES. (n.d.). Retrieved February 25, 2022, from https://www.iesve. com/ntu-singapore

Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild eines physischen Systems, das die physische Welt modellieren, simulieren, überwachen, analysieren und ständig optimieren kann. Er zielt darauf ab, die Kluft zwischen "physisch und digital" mit der richtigen Frequenz und Genauigkeit zu überbrücken und dadurch Leistung und Nachhaltigkeit zu verbessern. Er schafft einen geschlossenen Wertschöpfungskreislauf, indem er Synergien zwischen Daten, Technologien und Geschäftsprozessen ermöglicht, und ist das Kernstück der Transformation hin zur „Intelligent Industry“³. Durch seine Fähigkeit, Fragen wie "Was ist das Beste?", "Was wäre, wenn...?" und "Was kommt als Nächstes?" zu beantworten, kann ein digitaler Zwilling nicht nur Aufschluss darüber geben, wie dynamische, reale Systeme derzeit funktionieren, und Vorschläge zu ihrer Verbesserung machen, sondern auch vorhersagen, wie sie in verschiedenen Szenarien funktionieren werden. Ein Produkt oder ein System kann einen oder mehrere digitale Zwillinge haben, je nachdem, in welchem Stadium des Lebenszyklus dies erforderlich ist.

3: Capgemini coined the term “‘Intelligent Industry”’ to describe the next era of transformation. Intelligent Industry is about fostering synergies between the digital and engineering worlds to help companies build intelligent products, operations, and services, at scale. Intelligent Industry brings together engineering, IT, and digital and thereby allows a convergence of the physical and virtual worlds

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, wie digitale Zwillinge Unternehmen dabei helfen können, ihre Nachhaltigkeitsziele zu erreichen und die Zusammenarbeit mit dem erweiterten Ökosystem zu erleichtern. In der Konzeptionsphase kann ein digitaler Zwilling den Konstruktionsaufwand und das Testen neuer Funktionen unterstützen sowie die Effizienz der Produktionsprozesse steigern, wodurch Kosten gespart und die Zeit bis zur Markteinführung verkürzt wird. Während der Bauphase kann ein Zwilling die virtuelle Unterweisung und Inbetriebnahme unterstützen. Später, wenn das Produkt/Gerät/System betrieben und gewartet wird, kann ein weiterer Zwilling die Prozesse effizienter gestalten, indem er Ausfallzeiten durch vorausschauende Wartung reduziert und die Leistung durch Optimierung verbessert. Darüber hinaus helfen sie Unternehmen bei der Einführung neuer Geschäfts- oder Betriebsmodelle. Infolgedessen investieren Unternehmen zunehmend in digitale Zwillinge. Die Marktgröße für digitale Zwillinge, die im Jahr 2020 mehr als fünf Milliarden US-Dollar  betrug, wird voraussichtlich zwischen 2021 und 2027 mit einer CAGR von über 35 Prozent wachsen⁴.

4: Global Market Insights, Digital twin market size by application (product design & development, machine & equipment health monitoring, process support & service), By end use (manufacturing, healthcare, automotive, aerospace & defense, energy & utility, infrastructure buildings, retail & consumer goods), Industry Analysis Report, Regional Outlook, Growth Potential, Competitive Market Share & Forecast, 2021 – 2027,”July 2021.

Sich ändernde Kundenpräferenzen, zunehmender gesetzlicher Druck und die wachsende Besorgnis über Kohlendioxidemissionen zwingen Unternehmen dazu, digitale Innovationen zu beschleunigen. Gleichzeitig bietet die zunehmende Konvergenz von Produkten, Software und Dienstleistungen die Chance für den nächsten großen Wandel in allen Branchen. Während Technologien wie KI, Cloud, 5G und Edge Computing wichtige Katalysatoren für diese Reise sind, stehen digitale Zwillinge im Mittelpunkt der Transformation. Ein digitaler Zwilling kann die Entwurfs-, Betriebs- und Wartungsphasen eines jeden Systems optimieren - sei es ein Produkt, die damit verbundenen Dienstleistungen, eine Produktionslinie, eine Infrastruktur, ein Logistiknetzwerk oder sogar ein System von Systemen. Er ermöglicht die Zusammenarbeit über den gesamten Lebenszyklus des Systems und über Ökosysteme hinweg und optimiert so den Betrieb und hilft Unternehmen sogar dabei, ihre Geschäftsmodelle neu zu erfinden. Wie machen sich Unternehmen diese Technologie zunutze, und zu welchem Zweck? Vor welchen Herausforderungen stehen sie und wie können sie diese bewältigen?

Der Einsatz digitaler Zwillinge ist sowohl auf die Gewinn- als auch auf die Verlustrechnung sowie auf Sicherheit, Nachhaltigkeit und Markenreputation ausgerichtet. Unternehmen, die mit digitalen Zwillingen arbeiten, haben bereits eine durchschnittliche Verbesserung von 15 Prozent bei Kennzahlen wie Umsatz, Durchlaufzeit und Betriebseffizienz sowie eine Verbesserung von über 25 Prozent bei der Systemleistung festgestellt. Darüber hinaus bieten digitale Zwillinge digitale und flexible Arbeitsweisen, um Risiken zu mindern und die Zusammenarbeit zu erweitern, so dass Abläufe virtuell sind, bevor sie physisch werden, und einen geschlossenen Feedback-Kreislauf ermöglichen. Infolgedessen werden Unternehmen den Einsatz von digitalen Zwillingen in den nächsten fünf Jahren im Durchschnitt um 36 Prozent erhöhen. Digitale Zwillinge bieten auch eine einzigartige Möglichkeit, profitables Wachstum und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen. Unternehmen haben durch den Einsatz von digitalen Zwillingen eine durchschnittliche Verbesserung der Nachhaltigkeit um 16 Prozent erzielt. Der Weg zum erfolgreichen Einsatz digitaler Zwillinge ist jedoch noch immer nicht frei von Hürden: Fast der Hälfte der Unternehmen fehlt es an einer klaren Vision, dem Engagement des Managements und den notwendigen Investitionen sowie an den richtigen Kompetenzen innerhalb ihrer Belegschaft.

Unternehmen, die eine Vorreiterrolle bei der Einführung digitaler Zwillinge spielen, weisen in sechs Bereichen herausragende Fähigkeiten auf: Vision, Führung, Befähigung zum Ökosystem, Systemfähigkeiten und intelligente Systementwicklung, digitale Praktiken und Einsatz von Kooperationsplattformen. Im Vergleich zu den übrigen Unternehmen erzielen diese Unternehmen einen um mindestens 65 Prozent höheren Nutzen in Form von höheren Umsätzen, höherer Kundenzufriedenheit, geringeren Kosten und verbesserter Nachhaltigkeit. Da es sich bei digitalen Zwillingen um eine noch junge Technologie handelt, ist eine wert- und integrationsorientierte, schrittweise Umstellung erforderlich. Um bei dieser Transformation schrittweise voranzukommen, müssen sich Unternehmen so organisieren, dass sie digitale Zwillinge in Bezug auf Fähigkeiten, Roadmap und Governance unterstützen und gleichzeitig eine End-to-End-Integration vorwegnehmen können. Auf der Grundlage dieser Elemente heben wir fünf Schlüsselbereiche hervor, an denen Unternehmen arbeiten müssen, um eine erfolgreiche Implementierung des digitalen Zwillings zu erreichen.

Dazu gehört in erster Linie ein schrittweiser langfristiger Fahrplan, der Sicherheits- und Nachhaltigkeitsziele integriert. Um digitale Zwillinge in großem Maßstab einzusetzen und den vollen Nutzen aus dem System zu ziehen, ist außerdem eine Reihe von Fähigkeiten erforderlich, um digitale Zwillinge zu entwerfen, aufzubauen und zu betreiben, von der Systemtechnik und verteilten Architektur über die Simulation bis hin zum maschinellen Lernen. Eine Architektur des digitalen Zwillings, die eine durchgängige Integration in Bezug auf Konnektivität, Datenmodelle, Verteilung und Zugriff ermöglicht, ist der Schlüssel zur Skalierung. Da ein digitaler Zwilling jedoch mit einer Reihe von Systemen verbunden ist und folglich den Zugang zu einer großen Menge sensibler Informationen ermöglicht, müssen Unternehmen vor dem Einsatz im großen Maßstab auch verstärkte Maßnahmen zur Datensicherheit und zum Schutz der Privatsphäre sicherstellen. Der größte Wert eines digitalen Zwillings ergibt sich aus der Möglichkeit, die Auswirkungen einer bestimmten Änderung auf das gesamte Ökosystem vorherzusagen oder zu simulieren. Die Einbindung wichtiger Partner in die Vision des digitalen Zwillings und die Einrichtung von Plattformen für die Zusammenarbeit mit diesen Partnern wird daher die Vorteile eines solchen Projekts erheblich steigern⁵.

5: Capgemini Research Institute, “Reflecting Reality, Digital Twins: Adding Intelligence to the real world”, 2022