Wenn Sie Nachrichten aus den Bereichen Produktentwicklung, prädiktive Analytik oder
Internet der Dinge-basierte UmweltüberwachungIn den letzten Jahren haben Sie wahrscheinlich den Begriff "digitaler Zwilling" oder "digitale Zwillingsmodellierung" gehört. Aber was genau ist ein digitaler Zwilling? Vereinfacht ausgedrückt handelt es sich um eine virtuelle Darstellung eines physischen Objekts, Geräts oder einer Struktur, die in der realen Welt existiert.
Diese innovative Technologie hat noch viel mehr zu bieten, und wir werden uns eingehend mit den Auswirkungen ihrer sich rasch entwickelnden Anwendungsfälle in der Fertigung, im Gesundheitswesen und im Lieferkettenmanagement sowie in anderen Branchen befassen. Doch zunächst ist es wichtig zu verstehen, was zu dem weit verbreiteten Interesse und den Investitionen in die Entwicklung des digitalen Zwillings geführt hat und welche Anwendungsfälle es heute gibt.
Digitale Zwillinge gibt es schon seit den 1960er JahrenDas Konzept der digitalen Transformation wurde im Jahr 2002 entwickelt und allgemein bekannt gemacht - erst in jüngster Zeit sind die Innovationen in diesem Bereich explodiert. Da digitale Fähigkeiten zunehmend in den Mittelpunkt des Kundenerlebnisses und der Geschäftstätigkeit gerückt sind,
datengestützte Erkenntnisse sind zur treibenden Kraft für Innovation und Wertschöpfung geworden.
Infolgedessen beginnen digitale Zwillinge, die Entwicklung und Leistung von Produkten und Prozessen zu optimieren. Lassen Sie uns herausfinden, wie.
Was ist die Technologie des digitalen Zwillings?
Beginnen wir mit einer Definition des digitalen Zwillings. Digitale Zwillinge sind virtuelle Modelle, die auf Echtzeitdaten basieren, die mit Hilfe angeschlossener Sensoren erfasst werden. Diese virtuellen Zwillinge, wie sie manchmal genannt werden, sind so konzipiert, dass sie reale Objekte, Maschinen und Prozesse widerspiegeln und es Systemdesignern und technischen Mitarbeitern ermöglichen, die physikalischen Eigenschaften und die Leistung des realen Systems zu simulieren.
Die
Prozess der digitalen Partnerschaften erstellt eine digitale Darstellung, die aktualisiert werden kann, wenn sich die physische Version im Laufe der Zeit verändert, sei es durch Umwelteinflüsse oder Reparaturen. Um diese Änderungen zu erfassen, muss das Objekt mit folgenden Elementen ausgestattet werden
IoT Sensoren entwickelt zur Erfassung und Übermittlung von Daten über die physischen Eigenschaften und die Leistung des Objekts oder Geräts.
Diese Informationen können die Form des Objekts, den Energieverbrauch, den Grad der Materialbelastung, die Temperatur oder die Leistung umfassen. Anschließend werden die gesammelten Informationen verarbeitet und zur Erstellung oder Aktualisierung der virtuellen Darstellung verwendet.
Einmal erstellt, können digitale Zwillinge verwendet werden, um
zwei Arten von Simulationen:
- Gegenwartsbezogen: Visualisierung, wie das physische Objekt reagieren würde, wenn die aktuellen Bedingungen geändert würden.
- Zukunftsorientiert: Durchführung von Prognosesimulationen, um Reaktionen auf zukünftige Bedingungen aufzuzeigen.
Welche Arten von digitalen Zwillingen gibt es?
Insgesamt ist die Art und Weise, wie digitale Zwillinge erstellt werden - mit
IoT Geräte und Software - ist ziemlich einheitlich, unabhängig von der Art des Objekts, der Ausrüstung oder des Prozesses, der digital dargestellt wird.
Die Komplexität eines digitalen Zwillings kann sehr unterschiedlich sein, da die Menge der benötigten Daten von der beabsichtigten Verwendung der virtuellen Darstellung abhängt. Häufig erstellen Organisationen einen ersten Prototyp des digitalen Zwillings, um zu ermitteln, wie alle benötigten Daten am besten integriert werden können.
Es gibt
drei Funktionstypen von digitalen Zwillingen, die häufig verwendet werden:
- Status-Zwillinge: Zur Überwachung des physischen Zustands von physischen Objekten und Geräten
- Betriebszwillinge: Ermöglicht den Benutzern die Anpassung von Betriebsparametern auf der Grundlage von verknüpften Aktionen oder Arbeitsabläufen
- Simulationszwillinge: Wird verwendet, um vorherzusagen, wie das Objekt oder Gerät in Zukunft auf Betriebsbedingungen reagieren wird, was für die vorausschauende Wartung und Produktentwicklung hilfreich ist.
Wie wird die Technologie des digitalen Zwillings eingesetzt?
Da es so viele Variationen des Designs digitaler Zwillinge gibt, gibt es auch zahlreiche Möglichkeiten, die Designs und Funktionen dieser virtuellen Nachbildungen zu kategorisieren.
Eine Organisation könnte zum Beispiel alle diese Systeme benötigen
Architekturen von virtuellen Zwillingen:
- Diskrete digitale Zwillinge: Zur Visualisierung, Überwachung und Analyse eines einzelnen Geräts
- Zusammengesetzte digitale Zwillinge: Besteht aus mehreren diskreten digitalen Zwillingen, um ein Gerät oder einen Prozess mit mehreren Komponenten darzustellen.
- Ein digitaler Zwilling einer Organisation (DTO): Eine hochkomplexe Darstellung der Komponenten und Interaktionen einer gesamten Organisation
Für jede dieser drei Systemarchitekturen des digitalen Zwillings kann die Art und Weise, wie die Daten genutzt werden können, folgendermaßen aussehen
fünf Kategorien oder Stufen:
- Beschreibende Zwillinge sind virtuelle Darstellungen eines Objekts oder Geräts, die mit der 3D-Modellierung von Building Information Modeling (BIM)-Software bearbeitet und analysiert werden können.
- Informative Zwillinge gehen noch einen Schritt weiter, indem sie physische und betriebliche Daten von IoT Sensoren des betreffenden Objekts oder Geräts erfassen und das virtuelle Abbild in Echtzeit aktualisieren, damit es mit seinem realen Gegenstück übereinstimmt.
- Prädiktive Zwillinge kombinieren Echtzeitdaten, die zur Erstellung informativer Zwillinge verwendet werden, mit zusätzlichen Kontextdaten und prädiktiver Analytik. Dies ermöglicht Modellierungen und Simulationen, die Probleme mit der Leistung oder der strukturellen Integrität erkennen oder vorhersagen können.
- Umfassende Zwillinge verwenden fortschrittlichere Modelle, um vorherzusagen, wie das dargestellte Objekt oder Gerät auf zukünftige Szenarien reagieren wird, die noch nicht eingetreten sind. Die präskriptiven Analysen, die für diese Art von digitalem Zwilling verwendet werden, können Empfehlungen für die nächsten Schritte geben (z. B. Wartung, Produktdesign).
- Autonome Zwillinge nutzen auch zukunftsorientierte Simulationen und fortschrittliche Algorithmen, um mit Hilfe von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen (KI/ML) Entscheidungen zu treffen, die auf der Grundlage der bisherigen Leistung oder des physischen Zustands des Objekts auf veränderte Umweltbedingungen reagieren.
Welche Branchen nutzen heute digitale Zwillinge?
Die Technologie des digitalen Zwillings kann auf verschiedene Weise zur Schaffung von Geschäftswert eingesetzt werden. Es hängt alles von der Vielfalt der Datenquellen, der funktionalen Art (d. h. diskret, zusammengesetzt oder DTO) und der Ebene (d. h. beschreibend, informativ, prädiktiv, umfassend oder autonom) der erstellten virtuellen Darstellung ab.
Die Technologie des digitalen Zwillings kann so angepasst werden, dass sie Organisationen in fast jedem Sektor zugute kommt, und einige der Branchen, in denen digitale Zwillinge heute eingesetzt werden, umfassen mehrere vertikale Bereiche, in denen
Digi bietet Technologielösungen für IoT Produktentwicklung, Vernetzung, Automatisierung, prädiktive Analytik und die Zukunft von Industrie 4.0:
- Fertigung: Diese Technologie kann zur Visualisierung, Überwachung und Verbesserung von Fertigungsprozessen in der Fabrikhalle eingesetzt werden. Mit umfassenden oder autonomen digitalen Zwillingen können Unternehmen sogar Wege finden, um Anlagenschäden und Umsatzeinbußen in Zukunft zu vermeiden.
- Gesundheitswesen: Derzeit werden digitale Zwillinge am häufigsten für drei Arten von Anwendungsfällen im Gesundheitswesen eingesetzt:
- Simulation und Erprobung verschiedener Organisations- und Versorgungsmodelle
- Ausbildung für invasive chirurgische Eingriffe und
- Genom-, Lebensstil- und physiologische Modellierung zur Entwicklung personalisierter Medikamente.
- Luft- und Raumfahrt: Digitales Twinning wurde erstmals in der Luft- und Raumfahrttechnik eingesetzt . Jetzt können Ingenieure in diesem Bereich die prädiktive Analytik besser nutzen, um Komponenten und Teile auf Fehler zu testen, ohne teure Ausrüstung oder Sicherheit zu riskieren.
- Automobilindustrie: Neben der Verbesserung der Standardfertigung in der Automobilindustrie werden digitale Partnerschaften auch für die Entwicklung autonomer Fahrzeuge eingesetzt. Selbstfahrende Autos benötigen IoT Sensoren, die Daten über den Zustand des Fahrzeugs und seiner Umgebung sammeln. Virtuelle Nachbildungen können verwendet werden, um die Funktion des Fahrzeugs in verschiedenen Szenarien zu testen.
- Bauwesen und Technik: Digitale Zwillinge von Gebäuden können verwendet werden, um Gebäudearchitekturen zu entwerfen, die besser an ihre Umgebung angepasst sind, und um bestehende Gebäude auf Materialversagen zu überwachen, wodurch das Risiko eines Einsturzes verringert und eine vorausschauende Wartung unterstützt wird.
Allgemeine Anwendungsfälle für die Technologie des digitalen Zwillings
Bevor ein branchenspezifischer Anwendungsfall implementiert werden kann, müssen Entwickler und Datenwissenschaftler zusammenarbeiten, um genau zu bestimmen, welche Komponenten dargestellt werden müssen. Und ein und dasselbe reale Objekt kann je nach Branche ganz unterschiedliche Dateneingaben erfordern.
Endziel des digitalen Zwillingsmodells:
- Materialien oder Komponenten
- Ein ganzes Wirtschaftsgut oder Produkt
- Ein System
- Ein Prozess
Untersuchen wir drei große Kategorien von Anwendungsfällen, die durch die Technologie des digitalen Zwillings beschleunigt und verbessert werden können.
Produktentwicklung und Design
Unternehmen investieren viel in die Produktentwicklung und -gestaltung, um wettbewerbsfähig zu bleiben, insbesondere in Branchen wie der Automobilindustrie, der Pharmazie und der Fertigung. Außerdem suchen Unternehmen immer nach Möglichkeiten, Produkte schneller zu entwickeln, ohne dabei Abstriche bei der Qualität und der Markttauglichkeit des Produkts zu machen.
Digitale Zwillinge können zur Verbesserung der Produktentwicklung und des Produktdesigns beitragen, indem sie es den Produktteams ermöglichen,:
- Belastungsprüfung von Materialien durch virtuelle Simulationen
- Frühzeitiges Feedback zu physischen Prototypen in virtuelle Darstellungen einbeziehen
- Erstellen Sie mehrere Produktversionen auf einmal, um sie zu testen und Feedback einzuholen.
Prozess- und Betriebsoptimierung
Die Unternehmen von heute wollen auch ihre internen Prozesse und Abläufe optimieren - sei es in der Fabrikhalle, in der Lieferkette oder in der Unternehmensressourcenplanung. Die Erstellung digitaler Zwillinge kann Unternehmen dabei helfen, besser zu werden:
- Analyse der Produktionsergebnisse und Planung von Maßnahmen zur Verbesserung von Produktivität und Effizienz
- Ermittlung von Bereichen, in denen Verschwendung und Zeitverluste auftreten, und Erprobung von Simulationen, wie diese reduziert werden können
- Implementierung einer vorausschauenden Wartung oder eines autonomen Betriebs, der wertvolle Geräte, Systeme oder Prozesse vor kostspieligen Schäden oder Ausfallzeiten schützt
Umweltüberwachung und Katastrophenschutz
Durch die Entwicklung digitaler Zwillinge von Herstellungs-, Landwirtschafts- oder Lieferkettenprozessen können Unternehmen schneller reagieren, wenn
Umweltbedingungen oder ein Ausfall der Ausrüstung ihren Standort und ihr Personal unsicheren Bedingungen aussetzt oder die
gefährdete lokale Umwelt. Mit komplexeren digitalen Zwillingen ermöglichte Warnmeldungen können auch Standortleitern und Mitarbeitern helfen, schnell und wirksam zu reagieren, um die Risiken für die öffentliche Gesundheit und die Umweltsicherheit im Katastrophenfall zu verringern.
Was ist der Wert der Technologie des digitalen Zwillings?
Es wird erwartet, dass der Weltmarkt für die digitale Zwillingstechnologie in den kommenden Jahren weiterhin ein explosives Wachstum verzeichnen wird, mit einer prognostizierten durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von
31,7% von 2022-2027. Denn der Einsatz von digitalen Zwillingsmodellen steigert nicht nur die Produktivität und Effizienz, sondern hilft auch, Innovationen zu beschleunigen.
Produktivitäts- und Effizienzsteigerung mit digitalen Zwillingen
Es gibt unendlich viele Szenarien, in denen die Erstellung digitaler Zwillinge Einblicke und Nutzen bringen kann. Mit Fortschritten bei der KI-Modellierung und der IoT-gestützten Datenerfassung können Unternehmen besser vorhersagen, wie Produkte, Anlagen und Prozesse auf neue Umweltbedingungen oder Stressfaktoren reagieren werden.
Anstatt einen kostspieligen Prototyp zu erstellen und zu testen oder nach einem Vorfall zu reagieren, können Unternehmen die möglichen Auswirkungen in einer virtuellen Umgebung untersuchen. Das führt zu
Geschwindigkeit zu Wert zu deutlich geringeren Kosten - und genau das ist der Grund, warum digitale Partnerschaften in den letzten Jahren rasant gewachsen sind.
Digitale Partnerschaften zur Beschleunigung der Innovation nutzen
Obwohl digitale Zwillinge dazu verwendet werden, das zu repräsentieren, was bereits existiert, sind sie in Wirklichkeit eine der besten Möglichkeiten, um
Erreichen der Innovation die noch kommen werden. Die Erstellung digitaler Zwillinge ermöglicht es Produktdesignern, Entwicklern, Ingenieuren und Datenwissenschaftlern, zusammenzuarbeiten und sich künftige Versionen eines Materials, Produkts oder Prozesses vorzustellen und gleichzeitig verschiedene Szenarien zu simulieren, um die Leistung zu bewerten.
Daher kann die Technologie des digitalen Zwillings Unternehmen dabei helfen, die richtigen Wege zu finden, um Innovationen zu erreichen und schneller, mit weniger Zeit, Aufwand und Kosten Werte zu schaffen.
Digitale Partnerschaften und die Zukunft der intelligenten Städte
Heutzutage sind Unternehmen in jeder Branche sehr darauf bedacht, die
Grüne Technologie-Lösungen die die Umweltbelastung verringern, die Produktivität steigern und gleichzeitig die Betriebskosten senken. Unternehmen benötigen IoT-fähige Lösungen, um viele der effektivsten
Nachhaltigkeitslösungen die ihnen helfen können, ihre Umweltauswirkungen zu verringern und Katastrophen zu vermeiden oder auf sie zu reagieren.
Die Überwachung, wie Geräte und Materialien auf verschiedene Umweltbedingungen reagieren, hilft nicht nur bei der vorausschauenden Wartung, sondern auch bei der Verbesserung der allgemeinen Umweltüberwachung. In Zukunft können digitale Zwillinge auf Systemebene dazu beitragen, die Entwicklung von
intelligente Städte die mit IoT-fähigen Sensoren ausgestattet und optimiert werden können, um öffentliche Ressourcen effizienter, kostengünstiger und umweltfreundlicher zu nutzen.
Es gibt noch
zu bewältigende Herausforderungen um diese Zukunft zu verwirklichen. Die Unternehmen müssen Lösungen finden, die ihnen dabei helfen:
- Effiziente Erfassung von Daten aus einer Vielzahl von Quellen an verteilten entfernten Standorten
- Beibehaltung einheitlicher Datenstandards zur Vereinfachung von Integration und Analyse
- Koordinierung des Datenaustauschs zwischen Organisationen und Gemeinden bei gleichzeitiger Gewährleistung der Sicherheit
Aber mit dem richtigen
Fernverwaltung der Infrastruktur Lösung und den sicheren Geräten von IoT können moderne Unternehmen die Produktivitäts- und Innovationsvorteile, die digitale Partnerschaftsanwendungen bieten, ohne weiteres nutzen.
Wie Digi Solutions ein digitales Zwillingsmodell zum Leben erwecken kann
Die Lösungen von Digi IoT verbinden die physische Welt mit der digitalen Welt und liefern Maschinen- und Sensordaten in Echtzeit von IoT Geräten, um diese Daten in KI/ML-Modelle und Algorithmen einzuspeisen, die digitale Zwillinge erstellen.
Erfahren Sie mehr darüber, wie
Digi-Lösungen und
Digi Professionelle Dienstleistungen kann Ihrem Unternehmen dabei helfen, digitale Zwillinge zum Leben zu erwecken, die Produkte, Prozesse und Systeme Ihres Unternehmens zu verbessern und gleichzeitig Ihren Weg zur Innovation zu beschleunigen. Folgen Sie unserem Blog oder kontaktieren Sie uns!
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