The Disruptive Strategist - Digitale Zwillinge

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In den vergangenen zehn Jahren beobachteten wir eine zunehmende Nutzung der digitalen Zwillings-Technologie. David Goodman von GAM Investments untersucht, wie «digitale Zwillinge» Branchen grundlegend verändern können, indem sie realistische digitale Simulationsmodelle gestalten, die sich parallel zu ihren physischen Gegenstücken aktualisieren und verändern.

23. August 2022

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Die Nutzung der digitalen Zwillings-Technologie geht mittlerweile weit über Anwendungsfälle in der Fertigung hinaus bis in die Welt der künstlichen Intelligenz, der Datenanalyse und dem Internet der Dinge (Internet of Things/IoT). Der Einsatz dieser Technologie bietet eine Reihe von Vorteilen, darunter eine Verkürzung der Zeit bis zur Markteinführung eines Produkts sowie geringere Instandhaltungs- und Betriebskosten – beides sorgt in zahlreichen Wirtschaftszweigen für grosse Begeisterung.

Was bedeutet «digitale Zwillinge»?

Die Technologie der digitalen Zwillinge ermöglicht die Schaffung virtueller Nachbildungen physischer Güter und dadurch eine höchst effiziente Simulation. Dazu werden Daten mit künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Software kombiniert und realistische digitale Simulationsmodelle erschaffen, die parallel zu ihren physischen Gegenstücken aktualisiert und verändert werden.

Laut Fortune Business Insights wird der Weltmarkt für digitale Zwillinge im Jahr 2029 voraussichtlich ein Volumen in Höhe von 96,49 Milliarden USD erreichen, bei einer mittleren jährlichen Wachstumsrate («compound annual growth rate», CAGR) von 40,6% von 2022-2029 (Quelle: www.fortunebusinessinsights.com/digital-twin-market-106246).

 
Bildquelle – Autodesk. Nur zur Veranschaulichung.

Das Prinzip

Datengestützte digitale Zwillinge können sich an unterschiedliche und schnell verändernde Umgebungen oder Betriebsbedingungen anpassen und darauf reagieren. Diese Eins-zu-Eins-Abbildung optimiert die Leistungsfähigkeit, da eine Beziehung in Echtzeit geschaffen wird, durch die Ingenieure in der Lage sind, unmittelbar Korrekturen am System vorzunehmen und ein neues Produktdesign erheblich schneller zu entwickeln. Dieses Prinzip repräsentiert eine neue Ära der Simulation und Planbarkeit.

 
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Wie wird die Technologie der digitalen Zwillinge genutzt?

Digitale Zwillinge können in vielen Bereichen nützlich sein, von der Planung über das Design und die Konstruktion bis zum Betrieb und zur Instandhaltung. Lassen Sie uns beispielsweise ein Gebäude betrachten, das bereits entwickelt und gebaut wurde – davon kann ein digitaler Zwilling der gesamten Anlage bestehen, vom Dach bis zur mechanischen Infrastruktur und den sanitären Anlagen. Stellen wir uns nun vor, die Sensoren in dem Gebäude übermitteln Echtzeitdaten an den digitalen Zwilling, der sich gemäss den bereitgestellten Daten eigenständig aktualisiert. Dies versetzt die Inhaber des Gebäudes in die Lage, Bereiche zu erkennen, in denen das Gebäude altert oder Probleme aufweist sowie Verbesserungen vorzunehmen, bevor Bereiche ausfallen oder zu einer potenziellen Gefahr werden. Diese Techniken werden in Norwegen bereits angewendet, um die Lebenszyklen der Brücken-Instandhaltung zu verwalten.

Die Entwicklung eines digitalen Zwillings ist zwar hoch komplex, ist er jedoch einmal eingerichtet, bietet er nahezu grenzenloses Potenzial. Jede einzelne Komponente kann digital repliziert werden, von der Art der Interaktion bis zur Umgebung, in der sie eingesetzt wird. Der digitale Zwilling nutzt künstliche Intelligenz, um die Auswirkungen von Veränderungen des Designs, Prozesses, der Zeit oder Bedingungen zu simulieren und zu veranschaulichen, ohne das reale Objekt jemals diesen Veränderungen aussetzen zu müssen.

Unternehmen können die prognostizierte Nutzung und die Ergebnisse ihrer Produkte in Echtzeit beobachten sowie jedes «Was wäre wenn»-Szenario durchspielen, dank der Umstellung von der echten Produktionslinie zur virtuellen Fabrik, was zu einer effizienteren Entscheidungsfindung und einem tieferen Verständnis verhilft.

 
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Fallstudien

Um besser zu verstehen, wie dies in der Praxis funktioniert, betrachten wir einige reale Beispiele aus Branchen, die den Schritt bereits vollzogen haben.

Luftfahrt
Um die Fähigkeit der digitalen Zwillinge zur Bewertung eines gesamten Lebenszyklus zu nutzen, integrierte Boeing einen digitalen Zwilling in den Entwicklungs- und Produktionsprozess. Damit wird Boing in die Lage versetzt zu beurteilen, wie sich Materialien im Laufe der Nutzungszeit eines Flugzeugs verhalten. Die Ergebnisse sprechen für sich: Boeing konnte die Qualität einiger Teile um unglaubliche 40% steigern.

Fahrzeugbau

Der digitale Zwilling eines Automobils bildet sowohl die Funktionen der Software als auch das mechanische Verhalten des Fahrzeugs nach. Durch Modellierung und Analyse können zahlreiche Probleme bereits vor dem Produktionsstart gelöst werden.

Es überrascht nicht, dass Elon Musk die Technologie der digitalen Zwillinge in seinen Tesla-Produktionsstätten eingeführt hat. Die Fahrzeuge nutzen digitale Zwillinge zur Datensammlung, zur Designverbesserung, zur Beschleunigung der Entwicklung fahrerloser Fahrzeuge, zur Bereitstellung vorausschauender Analysen sowie zur Verfügungstellung von Wartungsdaten.

Dank der realen Daten digitaler Zwillinge anstelle eines hypothetischen Datenaustausches wird es in Zukunft mit grosser Wahrscheinlichkeit Fahrzeuge geben, die vor einer Inspektion Daten direkt an die Werkstatt senden, inklusive der Beschreibungen der Leistungsstatistik sowie von Ersatzteilen, die getauscht wurden, einschliesslich Serviceberichten und voraussichtlichen Problemen, die von den Sensoren erfasst wurden. Daraus könnte eine massive Zeitersparnis resultieren, da sich die Mechaniker direkt auf die Probleme konzentrieren können, anstatt eine zeitraubende Inspektion durchzuführen.

Gesundheitswesen

Zahlreiche Unternehmen im Gesundheitswesen haben die Technologie der digitalen Zwillinge bereits eingeführt und profitieren von enormen Effizienzsteigerungen bei der Patientenüberwachung dank Sensoren digitaler Zwillinge und der Simulation medizinischer Geräte.

Fertigung

Fliessbandanlagen sind ergebnisentscheidend, teuer und mit einem hohen Risiko verbunden. Um grosse Anlagen effizient betreiben zu können, sind üblicherweise grosse Datenmengen erforderlich. Diese Daten werden über digitale Zwillinge erhoben, sodass präzise Vorhersagen zu Belastungspunkten und Wartungsanforderungen möglich sind.

 
Bildquelle – Autodesk. Nur zur Veranschaulichung.

Der Zeitpunkt ist günstig

Da die Vorteile digitaler Zwillinge immer deutlicher werden, haben moderne Unternehmen bereits digitale Zwillinge eingesetzt, um den gesamten Lebenszyklus ihrer Produkte zu verwalten. Dadurch wird die Effizienz im Laufe der Zeit exponentiell gesteigert, zusätzliches Leistungspotenzial aus bestehenden Anlagen erschlossen und die Wartungs- und Betriebskosten drastisch gesenkt. Durch den Einsatz von Physik und Analytik können sie ungeplante Ausfallzeiten verhindern.

Der Trend beschleunigt sich und die Technologie der digitalen Zwillinge wird in absehbarer Zeit in den meisten Branchen etabliert ist. Sie liefert Daten, mit denen kostspielige Produktionsausfälle vermieden werden können und einige der Risiken für die Profitabilität und die Zukunft von Unternehmen gemindert werden.

Wir erleben weltweit eine exponentielle Zunahme bei Rechenleistung, Speicherplatz und Bandbreite, und die Zeit ist reif für datengestützte Verbesserungen der Geschäftseffizienz in Echtzeit. Die Technologie der digitalen Zwillinge ist lediglich ein weiteres Beispiel für diese Effizienzsteigerungen. Der technologische Fortschritt schreitet in nie dagewesener Geschwindigkeit voran und zeigt keine Anzeichen der Verlangsamung.

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David Goodman

Investmentmanager
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