Dateneinblicke in Echtzeit, schnellere Markteinführung, kontinuierliche Überwachung – die Vorteile des Einsatzes eines digitalen Zwillings sind vielfältig – vorausgesetzt, es sind die richtigen Voraussetzungen gegeben. Welche technologische Lösung passt besser zu den Bedingungen Ihres Projekts?
Die Idee von Simulatoren und digitalen Zwillingen ist nicht so neu, wie sie klingt. Bereits in den 1960er Jahren, während der Apollo-13-Mission, war es möglich, Astronauten nach der Explosion eines Sauerstofftanks zur Erde zurückzubringen, indem das Bodenpersonal einen Ersatzadapter für den Kohlendioxidfilter entwickelte, den die Astronauten an Bord nachbauten.
Im Zuge des technologischen Fortschritts nutzen Unternehmen Tools wie Simulationen und digitale Zwillinge, um Prozesse zu optimieren, neue Ideen zu testen und zukünftige Ergebnisse vorherzusagen. Die Entwicklung digitaler Zwillinge ermöglicht es Unternehmen, verschiedene Aspekte ihrer Abläufe zu verbessern, z. B. die Produktentwicklung zu verbessern, Abläufe zu optimieren und die Kundenbindung durch erweiterte Erfahrungen und Interaktionen zu erhöhen.
Das Konzept des digitalen Zwillings gehörte 2019 zu den zehn strategischen Technologien, die maßgeblich zur Verbesserung der Entscheidungsprozesse in Unternehmen beitragen. Laut einer McKinsey-Studie investieren 70 Prozent der Technologie-Führungskräfte in großen Unternehmen mehr als 48 Milliarden US-Dollar in digitale Zwillinge. Es wird erwartet, dass dies bis 2026 eine jährliche Wachstumsrate von 58 Prozent bedeutet.
In diesem Artikel wird erläutert, was die Unterschiede zwischen Simulation und digitalem Zwilling im Wesentlichen sind,, damit wir besser verstehen, wie sie Unternehmen bei der Softwareentwicklung und Entscheidungsfindung bei Projekten helfen können.
Inhaltsverzeichnis
Was ist eine Simulation?
Eine Simulation ist ein virtuelles Modell eines Prozesses, eines Systems oder einer Umgebung, mit dem Sie verschiedene Szenarien testen können, ohne die Risiken und Kosten realer Maschinen auf sich nehmen zu müssen. Bei Simulationen geht es um eine “Was-wäre-wenn”-Analyse, d. h. Sie schaffen eine kontrollierte Umgebung, in der Sie Variablen manipulieren und das Ergebnis beobachten können.
Zu den wichtigsten Merkmalen der Simulation gehören:
- Betrieb auf der Grundlage fester Inputs und Annahmen
- Begrenzte Dauer
- Statische Ergebnisse, die auf der Grundlage bestimmter Bedingungen erzielt werden
Simulationen werden seit Jahrzehnten in vielen Branchen eingesetzt, um zu verstehen, wie verschiedene Faktoren oder Bedingungen das Verhalten von Prozessen beeinflussen. So verwenden beispielsweise Automobilingenieure Crash-Simulationen, um zu sehen, wie ein Auto auf Kollisionen reagiert, Mediziner verwenden Patientensimulatoren, um komplexe Operationen durchzuführen, und Wirtschaftswissenschaftler erstellen Finanzsimulationen, um die Auswirkungen bestimmter Lösungen auf die Wirtschaft vorherzusagen.
Was ist ein digitaler Zwilling?
Ein digitaler Zwilling ist mehr als nur ein ein virtuelles Modell – er ist eine dynamische virtuelle Darstellung eines physischen Objekts, Systems oder Prozesses, die ständig Echtzeitdaten aktualisiert wird. Auf diese Weise können Unternehmen ihre Leistung optimieren, künftige Probleme vorhersehen und Abläufe im Handumdrehen anpassen.
Digitale Zwillinge werden mithilfe verschiedener fortschrittlicher Technologien erstellt, darunter Sensordaten aus dem Internet der Dinge (IoT), künstliche Intelligenz (KI), maschinelles Lernen (ML), Cloud Computing und Datenanalyse.
Der digitale Zwilling ist stets mit realen Datenquellen aus der Umgebung verbunden. Zu diesem Zweck wird er von Sensoren angetrieben, die in seine physischen Gegenstücke eingebettet sind und Echtzeitdaten an das Modell zurücksenden, um es mit der Realität in Einklang zu bringen.
Zu den wichtigsten Merkmalen der digitalen Zwillinge gehören:
- Kontinuierliche Aktualisierung der Daten, um die Echtzeitbedingungen widerzuspiegeln.
- Laufende Überwachung für kontinuierlichen Einblick
- Fähigkeit zur Anpassung an die Entwicklung des physischen Objekts oder Systems
Anwendungsfälle für digitale Zwillinge sind heute beispielsweise in der Fertigungsindustrie zur Überwachung von Anlagen und bei der Vorhersage des Wartungsbedarfs zu finden. In der Medizinindustrie werden digitale Zwillinge menschlicher Organe zur Simulation von Behandlungen auf personalisierter Ebene verwendet.
Anwendung von Simulationen im Projektmanagement
Simulationen eignen sich gut, wenn Sie mehrere hypothetische Szenarien oder Bedingungen über einen bestimmten Zeitraum testen müssen, aber keine Echtzeitdaten benötigen. Dies gilt insbesondere für neue Produktentwürfe in einer kontrollierten, virtuellen Umgebung, ohne dass physische Maschinen gebaut werden müssen.
Mit Hilfe von Simulationen können Sie verschiedene Bedingungen, z. B. extreme Hitze oder Druck, modellieren, um zu sehen, wie sich ein Produkt verhält. Sie ermöglichen es Ihnen, mehrere bedingte Szenarien zu bewerten, um während der Produktentwicklung optimale Lösungen zu finden.
Wann sollte die Simulation zur Prüfung von Szenarien in komplexen Systemen eingesetzt werden?
- In der frühen Entwurfsphase, wenn es zu kostspielig oder unpraktisch ist, mit tatsächlichen Daten zu arbeiten.
- Bei der theoretischen Erprobung von Szenarien ohne den Einsatz von physischen Ressourcen.
- Für die Erprobung von Hochrisikoszenarien, bei denen echte Experimente zu gefährlich oder zu kostspielig wären.
Fallstudie: Simulation für die Fertigungsumgebung im Industriesektor
Für einen Kunden, der auf die Herstellung von Maschinen spezialisiert ist, arbeiten wir an einem Projekt zur Erstellung einer Simulation der Produktionsumgebung. Diese soll die Kosten zu senken, die durch die Einführung eines neuen Produkts für den Endkunden entstehen. Ein solcher technologischer Prozess ermöglicht es uns, Fehler früher zu erkennen und die Auswirkungen von Änderungen auf den Produktionsprozess besser zu verstehen.
Die Erstellung eines grundlegenden Simulationsmoduls besteht aus 5 Schritten:
- Lernen über die Netzwerkarchitektur, die grundlegende Informationen über Geräte wie Sensoren und Monitore liefert. Auf dieser Grundlage konnten wir bestimmen, welche Daten für einen bestimmten Simulator benötigt werden.
- Schaffung allgemeiner, gemeinsamer Simulatorkomponenten, die ähnliche Sensoren verschiedener Hersteller unterstützen, so dass sie wiederverwendbar und unabhängig von der Umgebung sind.
- Installation von Simulatoren in der Docker-Umgebung
- Schaffung einer Benutzeroberfläche, die eine einfache Verwaltung von Eingabedaten und Simulationen ermöglicht, um die Arbeit von nichttechnischem Personal zu vereinfachen.
- Die weitere Entwicklung wird durch das Hinzufügen neuer Sensoren und die Erzeugung von Warnmeldungen innerhalb der Simulation erfolgen, um deren Funktionalität zu erhöhen.
Vorteile der Verwendung digitaler Zwillinge gegenüber herkömmlichen Simulationen
Simulationen arbeiten in der Regel mit statischen Datensätzen oder vordefinierten Eingaben, so dass sie keine Live-Updates bieten. Wenn Ihr Projekt jedoch ein kontinuierliches Feedback vom physischen System erfordert, wie z. B. in der Fertigung oder in intelligenten Städten, wenn Sie Echtzeitdaten benötigen, ist ein digitaler Zwilling die beste Lösung.
Ein echter digitaler Zwilling funktioniert über den gesamten Produktlebenszyklus (SDLC), d. h. vom Entwurf bis zum Service; es handelt sich um eine viel stärker integrierte Lösung über die gesamte Prozesskette. Zu den wichtigsten Vorteilen der Implementierung digitaler Zwillinge gehören:
- Verbesserung der Produktqualität
Der digitale Zwilling sammelt Daten in Echtzeit (z. B. den Herstellungsprozess), was bedeutet, dass Sie während der Nutzung sehen können, wie das Design möglicherweise nicht richtig funktioniert, und es daher in Echtzeit neu gestalten können.
- Optimierung und Automatisierung
Mit dem digitalen Zwilling können Sie den Betrieb dynamisch anpassen, um Szenarien zu testen und die Leistung in Echtzeit zu optimieren.
- Kontinuierliche Überwachung
Digitale Zwillinge bieten eine kontinuierliche Überwachung, im Gegensatz zu Simulationen, die in der Regel ereignisbasiert sind.
- Schnellere Entwicklungszeit
Der digitale Zwilling ermöglicht schnelle Iterationen und Optimierungen von Produktdesigns, und zwar viel schneller als das physische Testen jedes einzelnen Prototyps, da die Entwicklungsteams nicht jedes Mal, wenn sie eine Anwendung erstellen, Zeit für die Umstrukturierung der Rohdaten aufwenden müssen.
Eine Studie aus dem Jahr 2022 belegt, dass digitale Zwillinge die Zeit für die Bereitstellung neuer KI-basierter Funktionen um bis zu 60 Prozent und die Investitions- und Betriebskosten um bis zu 15 Prozent reduzieren.
Die Umsetzung dieses Modells erfordert jedoch eine digitale Reife innerhalb der Organisation. Dazu gehört eine unterstützende Dateninfrastruktur wie PLM (Product Lifecycle Management), PDM (Product Data Management) und der Zugang zu qualitativ hochwertigen Daten aus Tests und aus der tatsächlichen Datenumgebung, sowohl in der Produktion als auch im Betrieb.
Herausforderungen bei der Implementierung digitaler Zwillinge im Vergleich zu Simulationen
Wenn wir mit Managern in vielen Unternehmen sprechen, können wir drei Bereiche nennen, die bei der Einführung eines digitalen Zwillings eine Herausforderung darstellen.
- Kosten
Um einen Mehrwert zu erzielen, müssen von Anfang an viele Ressourcen investiert werden. Der Aufbau eines digitalen Zwillings erfordert größere Investitionen, einschließlich IoT-Geräte, Cloud-Infrastruktur und Datenmanagement-Tools.
- Fertigkeiten
Für die Einführung eines digitalen Zwillings benötigen Sie:
- Ressourcen und Kenntnisse in der Datentechnik zur Unterstützung der Dateninfrastruktur
- Die Fähigkeit, das Produkt oder das Objekt zu modellieren, das Sie zu verzwilligen versuchen
- Fortgeschrittene Simulations- und Analysefähigkeiten zur Beschleunigung der Rechenleistung.
- Fehlender Zugang zu Qualitätsdaten, die der Zwilling benötigen würde.
Digitale Zwillinge stützen sich auf riesige Mengen von Echtzeitdaten von Sensoren, deren Verwaltung und Integration Zeit und hoch qualifizierte Ressourcen erfordert.
Wie fängt man mit digitalen Zwillingen an?
In Anbetracht dieser Herausforderungen müssen Unternehmen bestimmen, welcher Anwendungsfall am besten geeignet ist, um mit der Entwicklung des digitalen Zwillings zu beginnen, und dabei die notwendigen Schritte und Überlegungen für ein erfolgreiches Projekt berücksichtigen.
- Analyse des digitalen Reifegrads
Dies ist ein wichtiger Schritt bei der Bewertung des Reifegrads Ihrer Organisation, um Ihre aktuellen Stärken und Schwächen zu verstehen, je nachdem, welche Art von Infrastruktur Sie aufbauen müssen.
- Festlegung des Geschäftsplans
Es ist sehr wichtig, den digitalen Zwilling im Kontext einer umfassenderen digitalen Strategie zu betrachten – zu überlegen, wo er hingehört und wie man diese Chance am besten nutzt, um einen Wettbewerbsvorteil auf dem Markt zu erzielen.
- Mit MVP beginnen
Es ist am besten, zu Beginn ein solches Modell zu erstellen, das nicht zu kompliziert ist. Dann lernen Sie daraus und entwickeln den gesamten Rahmen des digitalen Zwillings auf dieser Grundlage.
Welche technologische Lösung ist die richtige für Ihr Projekt?
Die Wahl zwischen Simulation und digitalem Zwilling hängt weitgehend von den spezifischen Zielen und Bedürfnissen des Projekts ab. Wenn Sie eine einmalige Analyse, das Testen verschiedener Szenarien oder Schulungen durchführen möchten, ist die Simulation wahrscheinlich die beste Option. Ein digitaler Zwilling ist jedoch die bessere Option, wenn Ihr Projekt Echtzeitüberwachung, kontinuierliche Optimierung und datengesteuerte Entscheidungsfindung erfordert.
Die Kenntnis der wichtigsten Unterschiede hilft Ihnen bei der Wahl des richtigen Tools, damit Sie den größtmöglichen Einfluss der Technologie auf den Erfolg Ihres Projekts gewährleisten können. Wenn Sie Ihre Projektanforderungen besprechen möchten, beantworten unsere erfahrenen Spezialisten gerne Ihre Fragen und beraten Sie bei der Auswahl der richtigen Lösungen.
