Laut McKinsey wird der globale Markt für digitale Zwillingstechnologie jährlich um 60 % wachsen und bis 2027 73,5 Milliarden Dollar erreichen. Nahezu 70 % der technologischen Führungskräfte in großen Unternehmen beschäftigen sich mit dieser Technologie. Sie fragen sich vielleicht, was digitale Zwillinge sind und warum sie so wichtig sind.
Digitale Zwillinge sind virtuelle Nachbildungen, die beliebige Objekte oder Systeme simulieren, von Düsentriebwerken bis hin zu ganzen Windparks. Darüber hinaus profitieren Unternehmen von bemerkenswerten Vorteilen: Die Entwicklungszeiten sinken um bis zu 50 %, die Materialverschwendung bei der Herstellung sinkt um 20 %, und die Entscheidungsfindung wird um bis zu 90 % beschleunigt.
Sehen wir uns an, wie digitale Zwillinge funktionieren, wie sie in verschiedenen Branchen praktisch eingesetzt werden und wie sie Ihre Geschäftsabläufe durch evidenzbasierte Erkenntnisse und virtuelle Tests verbessern können.
Was ist ein digitaler Zwilling? Das Kernkonzept wird erklärt
„[Der digitale Zwilling] besteht aus drei Hauptbestandteilen: a) physische Produkte im realen Raum, b) virtuelle Produkte im virtuellen Raum und c) die Verbindungen von Daten und Informationen, die die virtuellen und realen Produkte miteinander verbinden.“ – Michael Grieves, leitender Wissenschaftler für fortgeschrittene Fertigung am Florida Institute of Technology
Ein digitaler Zwilling ist ein virtuelles Abbild eines physischen Objekts, einer Person oder eines Prozesses, das dessen Verhalten und Eigenschaften mit erstaunlicher Präzision widerspiegelt.
McKinsey berichtet, dass diese virtuellen Repräsentationen mit realen Datenquellen aus der Umgebung verbunden sind, was es dem Zwilling ermöglicht, mit dem aktuellen Zustand seiner ursprünglichen Version übereinzustimmen.
Die virtuelle Nachbildung, die die physische Realität widerspiegelt
Digitale Zwillinge sind vollständige virtuelle Modelle, die bestimmte physische Objekte oder Systeme widerspiegeln. Diese virtuellen Repliken unterscheiden sich von allgemeinen Modellen durch die exakte Darstellung eines bestimmten Objekts – einer Windturbine, einer Produktionsanlage oder einer ganzen Stadt. IBM erklärt, dass diese Repliken während des gesamten Lebenszyklus des Objekts existieren und Simulationen, maschinelles Lernen und Schlussfolgerungen nutzen, um Entscheidungen zu treffen.
Ein digitaler Zwilling besteht aus drei Hauptbestandteilen:
- Das physische Objekt oder System und seine Umgebung
- Die virtuelle Darstellung dieses Objekts oder Prozesses
- Die Verbindung zwischen physischer und virtueller Repräsentation, die als „digitaler Faden“ bezeichnet wird
Wie digitale Zwillinge unmittelbare Daten sammeln und verarbeiten
Physikalische Sensoren erfassen zunächst Daten über die Leistung des Objekts. Die Sensoren einer Windturbine könnten die Energieerzeugung, die Temperatur und die Wetterbedingungen erfassen. Diese Daten werden ohne Unterbrechung an das Verarbeitungssystem weitergeleitet und aktualisieren das digitale Modell.
IoT-Geräte in der Infrastruktur senden Live-Informationen über Leistung, Umgebungsbedingungen und Benutzerinteraktionen an den digitalen Zwilling. KI-Algorithmen analysieren diese Daten, um das Verhalten und die Leistung des physischen Gegenstücks zu simulieren, so dass das virtuelle Modell den Veränderungen in der Realität entspricht.
Digitale Zwillinge vs. traditionelle Simulationen: Die wichtigsten Unterschiede
Digitale Zwillinge und traditionelle Simulationen verwenden beide digitale Modelle, unterscheiden sich aber grundlegend in ihrer Verbindung mit physischen Systemen:
Bidirektionaler Datenfluss: Digitale Zwillinge unterhalten eine bidirektionale Interaktion mit realen Systemen – sie sammeln Daten von ihrem physischen Gegenstück und kontrollieren/aktualisieren es möglicherweise. Traditionelle Simulationen arbeiten mit vordefinierten, statischen Datensätzen ohne diese bidirektionale Verbindung.
Echtzeit-Anpassung: Digitale Zwillinge entwickeln sich auf der Grundlage von Echtzeit-Datenströmen von Sensoren und Systemen kontinuierlich weiter und erzeugen einen „digitalen Schatten“, der den aktuellen Zustand physischer Objekte genau widerspiegelt. Herkömmliche Simulationen bleiben statisch, sobald die Parameter festgelegt sind.
Darstellung des Lebenszyklus: Digitale Zwillinge umfassen den gesamten Lebenszyklus eines Objekts, während sich herkömmliche Simulationen in der Regel auf bestimmte Prozesse oder Zeitpunkte konzentrieren.
Konzeptuelle Grenze: Ein entscheidender Unterschied ergibt sich, wenn das physische System noch nicht existiert. In solchen Fällen fungieren digitale Zwillinge eher als fortgeschrittene Simulationen mit einer Architektur, die nach ihrer Fertigstellung bidirektional mit dem physischen System verbunden werden kann.
Digitale Zwillinge bieten einen umfassenden Ansatz für die Modellierung, indem sie virtuelle Umgebungen schaffen, die nicht nur Ergebnisse vorhersagen, sondern auch die physische Welt, die sie darstellen, direkt beeinflussen können – und damit die Grenze zwischen Simulation und operativer Technologie verwischen.
Wie digitale Zwillinge die Entscheidungsfindung in Unternehmen verändern
Unternehmen aller Art nutzen heute digitale Zwillinge, um ihre Entscheidungsprozesse zu verbessern. Diese virtuellen Modelle helfen Ihnen, zukünftige Ergebnisse zu sehen, gefährliche Szenarien sicher zu testen und Chancen zu erkennen, die Sie sonst vielleicht übersehen würden.
Vorhersage der Ergebnisse vor der physischen Umsetzung
Digitale Zwillinge funktionieren wie eine Kristallkugel für Unternehmen und liefern intelligente Prognosen für komplexe Szenarien. Forbes berichtet, dass Unternehmen digitale Zwillinge verwenden, um Teile der physischen Welt mit vorhandenen Daten zu spiegeln und zu simulieren, was ihnen hilft, die Leistung in zahlreichen Szenarien vorherzusagen. Die Technologie lernt aus realen Daten und liefert im Laufe der Zeit immer genauere Geschäftseinblicke.
Testszenarien ohne reale Risiken
Digitale Zwillinge eignen sich hervorragend zur Schaffung risikofreier Testumgebungen. Die Untersuchung von McKinsey zeigt, dass Unternehmen mehr Designoptionen ausprobieren können, ohne Geld für physische Prototypen auszugeben. Mit diesen Systemen lassen sich verschiedene realitätsnahe Szenarien testen, darunter auch extreme Betriebsbedingungen, die in der Realität zu gefährlich oder unmöglich zu testen wären.
Optimierung der Abläufe durch analytische Erkenntnisse
Digitale Zwillinge machen komplexe Daten einfacher zu verstehen. Das Digital Twin Consortium erklärt, dass diese Systeme aus Millionen von Datenpunkten die wichtigsten für die Entscheidungsfindung identifizieren können. Dies hilft, Probleme schneller zu erkennen und führt zu besser informierten Entscheidungen. McKinsey berichtet, dass digitale Zwillinge in Fabriken in der Regeldie monatlichen Kosten um 5-7 % senken, wenn sie die Produktionspläne optimieren und versteckte Engpässe aufdecken.
Kostenreduzierung durch virtuelles Prototyping
Digitale Zwillinge bringen in mehrfacher Hinsicht erhebliche finanzielle Vorteile mit sich. Untersuchungen zeigen, dass sie die Lebensdauer von Maschinen und Anlagen um 20-30 % verlängern können und dass die Technologie des digitalen Zwillings die Kosten für die Prototypenherstellung in der Automobilindustrie halbiert hat. Eine Studie des NCBI ergab, dass die Automobilproduktion mit digitalen Zwillingen die Effizienz der Produktionslinie um 6,01 % verbesserte und die Ausfallzeiten um 87,56 % reduzierte.
Digitaler Zwilling – Anwendungen in allen Schlüsselindustrien
Digitale Zwillinge haben sich in vielen Bereichen von theoretischen Konzepten zu praktischen Lösungen entwickelt. Hier erfahren Sie, wie verschiedene Branchen sie nutzen:
Fertigung: Rationalisierung von Produktion und Wartung
Digitale Zwillinge haben die Fertigung verändert, indem sie eine vorausschauende Wartung ermöglichen, die den Zustand der Anlagen überwacht und unerwartete Ausfälle reduziert. Das digitale Zwillingssystem des Siemens-Elektronikwerks Amberg hat die Betriebskosten um 30 % gesenkt und die Markteinführungszeit um 50 % verkürzt. Tesla nutzt diese Technologie zur Verbesserung der Fahrzeugherstellung, während BMW sie zur Optimierung der Produktionseffizienz einsetzt.
Gesundheitswesen: Von der Patientenüberwachung bis zur Behandlungsplanung
Mediziner erstellen mit Hilfe digitaler Zwillinge virtuelle Nachbildungen von Organen oder ganzen Populationen. Forscher an der Johns Hopkins University haben personalisierte digitale Herzzwillinge zur Behandlung von Herzrhythmusstörungen erstellt, die der erste von der FDA zugelassene digitale Zwilling in der Kardiologie sind. Die Cleveland Clinic erstellt digitale Zwillinge von Stadtvierteln, um den Einfluss des Standorts auf die Gesundheit zu untersuchen, denn die Lebenserwartung kann je nach Wohnort um 25 Jahre variieren.
Immobilien und Bauwesen: Bauen vor dem ersten Spatenstich
Digitale Zwillinge helfen dabei, die Gebäudeleistung unter verschiedenen Bedingungen zu simulieren, bevor der Bau beginnt. Die National University of Singapore testet die Technologie des digitalen Zwillings zur Optimierung des Energieverbrauchs und zur Instandhaltung von Gebäuden auf dem gesamten Campus. Brookfield Properties hat die WillowTwin-Plattform in 1 Manhattan West implementiert, um den Bau, die Verwaltung und die Nutzung ihres gemischt genutzten Komplexes in New York City zu verbessern.
Lieferkette: Optimierung von Logistik und Betrieb
Digitale Zwillinge ermöglichen eine durchgängige Sichtbarkeit der gesamten Lieferketten. Die Analyse von McKinsey zeigt, dass sie das Management von einer heuristischen zu einer dynamischen Optimierung mit einer vollständigen Sicht auf die Leistung verändern. Unternehmen nutzen digitale Zwillinge, um Änderungen in der Lieferkette zu testen, den Transport besser zu planen und Engpässe und Bestandsprobleme zu erkennen.
Intelligente Städte: Verbesserung von Stadtplanung und Infrastruktur
Singapur, Sydney und Amaravati nutzen bereits digitale Zwillinge für die intelligente Entwicklung. Stadtplaner nutzen diese Modelle, um Risiken durch extreme Temperaturen oder Staubstürme zu simulieren und widerstandsfähigere Entwürfe zu erstellen.
Lagerhaltung: Verbesserung von Bestandsmanagement und Effizienz
Digitale Zwillinge optimieren den Lagerbetrieb durch die Modellierung von Lagerbeständen und -strömen. Unternehmen sparen durch den Einsatz dieser Technologie bis zu 40 Stunden pro Woche bei der Zählung. Lagerteams nutzen digitale Zwillinge, um verschiedene Erfüllungsmethoden, Lagerstrategien und Ressourcenzuweisungen zu testen.
Messung des ROI und der geschäftlichen Auswirkungen von Digital Twins
Die Berechnung des Geschäftswerts von digitalen Zwillingen zeigt beeindruckende Erträge in verschiedenen Bereichen. Da Unternehmen in diese Technologie investieren, ist die Messung des ROI von entscheidender Bedeutung, um zukünftige Entwicklungen und Wachstum zu rechtfertigen.
Metriken zur Kostensenkung: Entwicklung, Tests und Wartung
Digitale Zwillinge sind herkömmlichen Simulationsmethoden über den gesamten Produktlebenszyklus hinweg deutlich überlegen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Simulationen, die sich auf statische Modelle stützen, nutzen digitale Zwillinge die Datenintegration in Echtzeit und die dynamische Modellierung, um messbar bessere Ergebnisse zu erzielen. Untersuchungen zeigen, dass Unternehmen, die digitale Zwillinge implementieren, selbst in gut etablierten Beschaffungsorganisationen Kostensenkungen von 3 bis 6 % erzielt haben, was die Einsparungen übertrifft, die normalerweise durch traditionelle Ansätze erzielt werden. Da digitale Zwillinge genauere virtuelle Tests mit kontinuierlichen Feedbackschleifen vor dem eigentlichen Betrieb ermöglichen, stellen sie eine umfassendere und effektivere Alternative zu herkömmlichen Simulationstechniken dar, was zu erheblich niedrigeren Material- und Arbeitskosten in der Fertigung führt.
Darüber hinaus hat sich gezeigt, dass diese Technologie die Transport- und Arbeitskosten um bis zu 10 % senken kann. Sie verbessert auch die Kundenerfahrung, indem sie Lieferversprechen um bis zu 20 % zuverlässiger macht. Auf organisatorischer Ebene senken digitale Zwillinge die Kosten in bestimmten Abteilungen oft um 20 bis 30 %. Die größten Vorteile ergeben sich jedoch, wenn digitale Zwillinge in ganze Unternehmen integriert werden. So konnte beispielsweise ein Stahlhersteller durch die Simulation digitaler Zwillinge das EBITDA um 2 Prozentpunkte verbessern und die Lagerbestände um 15 % reduzieren.
Beschleunigung der Markteinführung
Eine schnelle Markteinführung ist ein entscheidender Wettbewerbsvorteil, und digitale Zwillinge können die Entwicklungszeiten drastisch verkürzen. Studien zeigen, dass digitale Zwillinge die Entwicklungszeiten um bis zu 50 % verkürzt haben. Ein Automobilhersteller erzielte eine um 20 % schnellere Einigung über Konstruktionsänderungen, so dass er seine Produkte schneller auf den Markt bringen konnte.
In einem anderen Fall verkürzte ein Unternehmen der Luft- und Raumfahrt- und Verteidigungsindustrie die Entwicklungszeit für fortgeschrittene Produkte um 30 bis 40 %. Branchenübergreifend bietet die Technologie des digitalen Zwillings das Potenzial, Produkte bis zu 50 % schneller auf den Markt zu bringen, was den Unternehmen einen entscheidenden Vorteil verschafft.
Wert der Risikominderung
Digitale Zwillinge sind äußerst wirksam bei der Erkennung und Vermeidung kostspieliger Störungen. Erste Anwender berichten von einer um 20 bis 30 % höheren Prognosegenauigkeit und 50 bis 80 % weniger Verzögerungen und Ausfallzeiten. Durch die Verbesserung der Transparenz in der gesamten Lieferkette helfen digitale Zwillinge Unternehmen, Kosten, Geschwindigkeit und Nachhaltigkeit in Einklang zu bringen.
Ein wichtiger Bereich für die Verbesserung des Risikomanagements ist die vorausschauende Wartung. So hat ein Beschaffungsteam mehrtägige Aufgaben in minutenlange Prozesse umgewandelt, indem es 85 % der Planungstätigkeiten mit der Technologie des digitalen Zwillings automatisiert hat.
Untersuchungen bestätigen, dass digitale Zwillinge den Unternehmenswert steigern, indem sie tiefere Einblicke in die aktuelle und geplante Leistung bieten. Diese Technologie verringert das Risiko in der Produktentwicklung, im Betrieb und in den Kundenbeziehungen und ist damit ein leistungsstarkes Instrument für den langfristigen Erfolg.
Schlussfolgerung
Digitale Zwillinge sind dabei, viele Branchen umzugestalten. Es wird erwartet, dass der Markt bis 2032 259,32 Milliarden Dollar erreichen wird. Diese präzisen virtuellen Nachbildungen nutzen Live-Daten und KI-Analysen, um Unternehmen zu helfen, schnellere und genauere Entscheidungen zu treffen und gleichzeitig Kosten und Risiken zu senken.
Unternehmen, die die Technologie des digitalen Zwillings einsetzen, erzielen bemerkenswerte Ergebnisse. Die Entwicklungszeiten sind um 50 % kürzer, und die Herstellungskosten sinken um 30 %. Diese virtuellen Modelle sind eine großartige Möglichkeit für risikofreie Tests und Optimierungen. Unternehmen können unzählige Szenarien ausprobieren, ohne physische Prototypen bauen zu müssen.
Diese Technologie funktioniert in vielen Sektoren gut. In Fertigungsbetrieben werden Anlagenausfälle frühzeitig erkannt. Gesundheitsdienstleister erstellen virtuelle Organmodelle, um Behandlungen zu planen. Städte entwerfen eine bessere Infrastruktur. Digitale Zwillinge bringen messbare Erträge durch niedrigere Kosten, schnellere Markteinführung und besseres Risikomanagement.
Digitale Zwillinge sind mehr als nur ein weiterer technologischer Fortschritt. Sie bieten Unternehmen praktische Möglichkeiten, Abläufe zu optimieren, Verschwendung zu vermeiden und fundierte Entscheidungen zu treffen. Mit der Weiterentwicklung der Technologie werden wir weitere Einsatzmöglichkeiten und Vorteile sehen, die sie zu einem unverzichtbaren Werkzeug für vorausschauende Unternehmen machen.
FAQs
Q1. Was genau ist ein digitaler Zwilling in der Wirtschaft? ?
Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Nachbildung eines physischen Objekts, Systems oder Prozesses, die dessen Verhalten und Eigenschaften in Echtzeit widerspiegelt. Er nutzt Daten von Sensoren und IoT-Geräten, um ein genaues digitales Abbild zu erstellen, das es Unternehmen ermöglicht, ihre Abläufe ohne physische Eingriffe zu simulieren, zu analysieren und zu optimieren. Damit ein Modell als „digitaler Zwilling“ bezeichnet werden kann, ist eine bidirektionale Datenintegration erforderlich. Dieser bidirektionale Datenfluss stellt sicher, dass das digitale Modell nicht nur Daten vom physischen Gegenstück empfängt, sondern es dem digitalen Zwilling auch ermöglicht, Anweisungen oder Informationen zurück an das physische System zu senden, wodurch eine vollständige Rückkopplungsschleife entsteht, die für eine echte digitale Zwillingsfunktionalität unerlässlich ist.
Q2. Wie profitieren Unternehmen von digitalen Zwillingen?
Digitale Zwillinge bieten zahlreiche Vorteile, darunter Kostensenkungen durch virtuelles Prototyping, schnellere Markteinführung durch kürzere Entwicklungszeiten, bessere Entscheidungsfindung durch datengestützte Erkenntnisse und verbessertes Risikomanagement durch vorausschauende Wartung. Sie ermöglichen es Unternehmen auch, Szenarien ohne reale Risiken zu testen und Abläufe in verschiedenen Branchen zu optimieren.
Q3. In welchen Branchen werden digitale Zwillinge üblicherweise eingesetzt?
Digitale Zwillinge werden in vielen Bereichen eingesetzt, z. B. in der Fertigung zur Rationalisierung von Produktion und Wartung, im Gesundheitswesen zur Patientenüberwachung und Behandlungsplanung, im Immobilien- und Bauwesen für Simulationen vor dem Bau, im Lieferkettenmanagement zur Optimierung der Logistik, bei der Entwicklung intelligenter Städte und in der Lagerhaltung zur Verbesserung der Bestandsverwaltung und Effizienz.
Q4. Wie unterscheiden sich digitale Zwillinge von herkömmlichen Simulationen?
Im Gegensatz zu herkömmlichen Simulationen empfangen und integrieren digitale Zwillinge kontinuierlich Echtzeitdaten und können sich so parallel zu ihren physischen Gegenstücken weiterentwickeln. Sie bieten mehr interaktive Möglichkeiten und ermöglichen es Experten, mit verschiedenen Szenarien in Echtzeit zu experimentieren. Digitale Zwillinge haben auch einen breiteren Anwendungsbereich und können mehrere Simulationen durchführen, um verschiedene Prozesse aus unterschiedlichen Blickwinkeln zu untersuchen.
Q5. Welche Art von ROI können Unternehmen von der Einführung digitaler Zwillinge erwarten?
Unternehmen, die digitale Zwillinge einführen, berichten von einer erheblichen Investitionsrentabilität. Dazu gehören Kostensenkungen von 3 bis 6 % bei der Beschaffung, eine Verkürzung der Entwicklungszeiten um bis zu 50 %, eine Verbesserung der Prognosegenauigkeit um 20 bis 30 % und eine Verringerung von Verzögerungen und Ausfallzeiten um 50 bis 80 %. Einige Hersteller haben eine Senkung der Betriebskosten um bis zu 30 % und eine Verkürzung der Markteinführungszeit um 50 % festgestellt.