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Mit der rasanten Entwicklung neuer Technologien, wie Cloud Computing, Internet of Things, Big-Data-Analytik und künstliche Intelligenz ist das Zeitalter der intelligenten Fertigung angebrochen und somit kommt auch der Begriff «Digitale Zwilling» auf. Der Digitale Zwilling wird mit den neuen Technologien kombiniert, um komplexe Aufgaben besser zu bewältigen.
Ein Digitaler Zwilling (engl. «digital twin»), ist ein digitales oder virtuelles Abbild von Anlagen, Prozessen, Produkten oder Dienstleistungen unserer physischen Welt. Er verwendet reale Daten. Physischer Gegenstand und virtuelle Repräsentanz sind miteinander verbunden und synchronisiert und können sich gegenseitig in Echtzeit beeinflussen.
Oftmals werden Digitale «Mock-Ups» fälschlicherweise als Digitale Zwilling bezeichnet. Ein Digital Mock-Up ist jedoch nur eine rechnergestützte Methode, bei der ein digitales Modell des realen Produkts / Gegenstands wiedergegeben wird und gewisse Eigenschaften simuliert werden. Das Kriterium der Kopplung des realen und digitalen Gegenstands ist aber nicht gegeben, was ein Muss- Kriterium für den Digitalen Zwilling darstellt.
Ein 3D-CAD Modell als Digitalen Zwilling zu bezeichnen ist nicht korrekt. Auch die Behauptung, dass der Digitale Zwilling längst Stand der Technik ist und in den meisten Unternehmen eingesetzt wird sind verwegen.
Man unterscheidet momentan drei Arten plus einen übergeordneten Digitalen Zwilling:
Übergeordnet über alle drei Zwillingsarten ist der:
Das Konzept des Digitalen Zwillings ist erstmals 2010 in einer Technologie-Roadmap der NASA erwähnt worden. Es geht zurück auf das Apollo-Programm, bei dem mindestens zwei identische Raumfahrzeuge gebaut wurden, um die Bedingungen des Raumfahrzeugs während der Mission spiegeln zu können.
Die Definitionen und Wahrnehmung, was ein Digitaler Zwilling ist und darstellt, hat sich seit der ersten Erwähnung im Jahr 2010 stetig verändert. Auf der nachfolgenden Graphik sind die veränderten Wahrnehmungen und Definitionen dargestellt.
Traditionell wird der Digitale Zwilling in drei Dimensionen beschrieben. Dieser wurde 2003 das erste Mal unter Grieves im Rahmen einer Vorlesung zum Thema Product Lifecycle Management vorgestellt. Der dreidimensionale Digitale Zwilling besteht aus dem physischen Gegenstand, (physical entity), seiner virtuellen Repräsentanz (physical Space) und der Verbindung der Beiden mittels Daten und Informationen.
Später wurde mit dem 5-dimensionalen Zwilling das klassische Modell des 3-D Zwillings von Grieves um die Dimensionen Daten und Services erweitert. Ein Digitaler Zwilling besteht somit gemäss (Tao et al., 2019) aus:
Der formalisierte Aufbau eines Digitalen Zwillings ist erst im Aufbau. Die im Moment noch im Entwurfsstadium befindliche ISO/DIS 23247-Reihe definiert einen Standard zu den Begrifflichkeiten und des Aufbaus von Digitalen Zwillingen.
Der Digitale Zwilling besteht hierin aus vier Einheiten. In der ersten Einheit «Data Collection and Device Control» werden Daten gesammelt und aufbereitet. Über diese Einheit werden auch die physischen Objekte mit dem Zwilling gekoppelt und synchronisiert. In der «Core Entity» werden die verschiedenen Prozesse zur Datenverarbeitung (Simulation) bereitgestellt. Die «User Entity» stellt die Verbindung zu anderen Systemen wie MES, ERP und anderen Zwillingen dar. Die vierte Einheit mit der Bezeichnung «Cross-System Entity» regelt vereinfacht gesagt den Datenverkehr zwischen den Einheiten.
Digitale Zwillinge können während allen Phasen des Product Lifecycles von Nutzen sein. Der generelle Nutzen des Digitalen Zwillings liegt in der Bereitstellung von Entscheiden oder Entscheidungsgrundlagen in Echtzeit.
Der Nutzen eines Digitalen Zwillings ist somit weitreichend. Mittels diesem können zum Beispiel:
Die Auflistung ist nicht abschliessend, da der Nutzen und die Einsatzbereiche des Digitalen Zwillings sehr vielschichtig sind.
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