Digitaler Zwilling

Ein digitaler Zwilling (englisch digital twin) ist ein virtuelles Modell eines konkreten physischen Objekts, etwa eines Produkts, einer Maschine, einer Fertigungslinie oder eines ganzen Prozesses, das mit den Daten seines realen Gegenstücks verbunden ist. Anders als ein gewöhnliches CAD-Modell oder eine einmalige Simulation wird der digitale Zwilling laufend anhand von Messungen aktualisiert (Sensoren, Steuerungen, Betriebsaufzeichnungen), und seine Ergebnisse können in Steuerung oder Instandhaltung zurückfließen.

Nach dem Grad der Kopplung unterscheidet die Fachliteratur das digitale Modell (Daten werden manuell übertragen), den digitalen Schatten (Daten fließen automatisch, aber nur vom physischen Objekt zum Modell) und den digitalen Zwilling im engeren Sinn, bei dem der Datenfluss in beide Richtungen funktioniert. In der Praxis wird der Begriff jedoch lockerer verwendet und bezeichnet zum Beispiel auch ein genaues 3D-Modell einer bestehenden Halle oder Anlage, das durch 3D-Scannen entstanden ist.

Je nach Zweck unterscheiden sich die Zwillinge im Inhalt. Ein geometrischer Zwilling des Ist-Zustands (As-built) dient der Planung von Umbauten und der Integration neuer Anlagen. Ein Simulationszwilling kombiniert physikalische Modelle (FEM, CFD, Kinematik) mit Betriebsdaten und sagt Verschleiß, Temperaturen oder Restlebensdauer voraus. Der Zwilling einer Fertigungslinie ermöglicht die virtuelle Inbetriebnahme, also das Austesten der Steuerungssoftware am Modell, bevor die Linie aufgebaut ist.

Ein digitaler Zwilling entsteht meist schrittweise über den Produktlebenszyklus und baut auf den Konstruktionsdaten und der Verwaltung technischer Daten (PDM, PLM) auf. Sein Wert steigt mit der Qualität und Aktualität der Daten, nicht mit der visuellen Detailtreue des Modells.

Ein digitaler Zwilling lohnt sich dort, wo Stillstände, Störungen oder Änderungen teuer sind: Fertigungslinien und Maschinen mit vorausschauender Instandhaltung (Predictive Maintenance), Energie- und Prozessanlagen, langlebige Produkte mit erfassten Betriebsdaten oder umfangreiche Umbauten der Produktion, bei denen der tatsächliche Zustand von Hallen und Anlagen bekannt sein muss. Ein geometrischer Zwilling aus dem Scan eignet sich für die Platzierung neuer Technik in bestehenden Räumen.

Bei Einzelstücken oder wenn Betriebsdaten fehlen, genügen in der Regel CAD-Modell, Simulation und die übliche Dokumentation.

Der häufigste Fehler ist, mit der Technologie statt mit dem Zweck zu beginnen. Legen Sie zuerst fest, welche Fragen der Zwilling beantworten soll (wann ein Teil zu tauschen ist, wo der Engpass der Fertigung liegt, ob die neue Linie in die Halle passt), welche Daten er dafür braucht, in welcher Häufigkeit und Genauigkeit, und wählen Sie erst danach den Umfang des Modells. Ein Modell, das detaillierter ist, als die Entscheidung erfordert, ist teuer in der Erstellung und schwer zu pflegen.

Ein Zwilling verliert seinen Wert, sobald er nicht mehr der Realität entspricht. Vereinbaren Sie, wer Anlagenänderungen, Konstruktionsrevisionen und getauschte Teile wie einpflegt, wem die Daten gehören und wie sie geschützt werden. Klären Sie beim geometrischen Zwilling aus dem Scan vorab die geforderte Genauigkeit und den Detaillierungsgrad, denn beide bestimmen Preis und Datenmenge maßgeblich.