Nur der digitale Zwilling verbessert die reale Welt

Facebook begann vor anderthalb Jahren, die Idee des Metaverse zu programmieren. Das Unternehmen änderte seinen Namen in Meta und begann, eine Milliarde Dollar pro Monat in ein Ave-Maria-Spiel zu pumpen, um in der Post-Social-Welt von morgen weiterhin relevant zu sein.Mittlerweile befindet sich Meta in einem "Metaverse-Winter" - die Investitionen schrumpfen und die Begeisterung für diese Idee schwindet. Meta selbst hat sowohl im Metaverse als auch in anderen Unternehmensteilen Tausende von Mitarbeitern entlassen.

Metaverse - nur eine Vision?

Eine Entwicklung, die sich erklärt, wenn man sich den Charakter des Metaverse verdeutlicht: Eine Vision der menschlichen Kultur von morgen. Letztlich geht es darum, was Unternehmen und die Öffentlichkeit mit einer Reihe von Technologien tun könnten: In virtuellen Räumen leben und arbeiten und in virtuellen Welten spielen. Aber es geht nicht um neue Technologien.

Dementsprechend werden die fortschrittlichsten Versionen all dieser Technologien (Augmented und Virtual Reality - AR und VR) zum Navigieren in virtuellen Räumen und zum Herbeizaubern virtueller Objekte in der realen Welt - und zum Entwerfen, Bauen und Scannen - nicht nur für das "Metaverse", sondern vielmehr zum Nutzen mit Digital Twins entwickelt.

Digital Twins: Wenn Scheitern keine Option ist

Denn Digital Twins sind das Werkzeug der Stunde, wenn Scheitern keine Option ist - egal, ob bei der Inbetriebnahme der Corona-Impfstoffproduktion während der Pandemie oder der Produktion und Entwicklung neuer Produkte. Dabei ist die Idee des digitalen Zwillings schon über 50 Jahre alt.

Erinnern wir uns - am 11. April 1970 rasten drei Astronauten in Apollo 13 mit 400 Meilen pro Minute auf den Mond zu. Die dritte bemannte Mondlandung schien reine Routine zu sein und das Interesse der Weltöffentlichkeit in Sachen Mondlandung war gering. Bis der Funkspruch "Houston, wir haben gerade ein Problem gehabt" (Im Film Apollo 13 auf "Houston, wir haben ein Problem" verkürzt) die Welt schockierte. Was folgte, war eine dramatische Rettungsaktion, um die drei Astronauten lebend zur Erde zurückzubringen.

Apollo war der erste Digital Twin

Eine Mission, die nur gelang, weil die NASA mit Apollo 13 bereits 1970 über das damals weltweit einzige "digitale Zwillingssystem" verfügte. Dabei kann ein digitaler Zwilling als eine virtuelle Nachbildung eines bestehenden physischen Objekts, Systems oder einer Infrastruktur betrachtet werden. Im Fall der NASA handelte es sich um 15 Simulatoren, die für Schulungen und zum Testen von Missionsparametern verwendet wurden. Die NASA-Ingenieure nutzten die Fähigkeiten der Computersimulation, um herauszufinden, was schiefgelaufen war. Und sietesteten eine Vielzahl möglicher Lösungen und wählten die beste aus, die sie dann an die Apollo-Besatzung weitergaben.

Das Konzept war so erfolgreich, dass die NASA begann, digitale Zwillinge von Raumfahrzeugen zu erstellen, die nicht in den Simulatoren eingesetzt wurden. 2010 prägte die NASA dann den Begriff digitaler Zwilling. Ein digitaler Zwilling ist kein träges Modell. Es handelt sich um ein personalisiertes, individualisiertes, sich dynamisch entwickelndes digitales oder virtuelles Modell eines physischen Systems. Er ist dynamisch in dem Sinne, dass alles, was mit dem physischen System geschieht, auch mit dem digitalen Zwilling geschieht - Reparaturen, Upgrades, Schäden, Alterung etc.

Grenzen der Digital Twins

Unternehmen nutzen Digital Twins bereits für die Integration, Prüfung, Überwachung, Simulation und vorausschauende Wartung von Brücken, Gebäuden, Windparks, Flugzeugen und Fabriken. Trotz dieser weiten Verbreitung steht die Entwicklung des digitalen Zwillings noch ganz am Anfang.So sind detaillierte digitale Zwillinge heute für komplexe Systeme noch nicht möglich. Wir warten immer noch auf bessere KI-Lösungen, bessere Sensoren und bessere Werkzeuge, von denen wir annehmen, dass sie das Metaverse antreiben werden und von denen auch die digitalen Zwillinge profitieren werden.

Zukunft der digitalen Zwillinge

Blicken wir ein paar Jahre voraus, um zu sehen, wie digitale Zwillinge zum Eckpfeiler der digitalen Transformation in Unternehmen werden. Wir schreiben das Jahr 2027, und ein Lieferdrohnenunternehmen setzt voll auf digitale Zwillinge und erstellt einen separaten digitalen Zwilling von jeder seiner 15.000 Drohnen, die weltweit in Großstädten im Einsatz sind. Jedes reale Teil jeder einzelnen Drohne wird eins zu eins mit einem digitalen, virtuellen Gegenstück abgebildet. Dutzende von Sensoren, die überall in der physischen Drohne eingebaut sind, messen Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Vibration, Belastung der Flügel und die Betriebseffizienz der beweglichen Teile. Die Bedingungen der Drohne selbst - Höhe, Geschwindigkeit, Flugrichtung, Außenfeuchtigkeit und viele andere Messwerte - werden in der digitalen Drohne in Echtzeit aktualisiert.

Plötzlich fällt eine der Drohnen vom Himmel und stürzt ab. Aber warum? Ingenieure, die von zu Hause arbeiten, setzen sich eine VR-Brille auf und rufen den digitalen Zwilling der abgestürzten Drohne in einer hochauflösenden gemeinsamen virtuellen 3D-Umgebung auf. Sie spielen den Absturz nach, während sie sich im Inneren der Drohne bewegen, die 3D-Kopien aller Teile sowie sensorbasierte Kontextdaten zeigt - also im Grunde AR in VR. Sie stellen schnell fest, dass die Rudersteuerung aufgrund von Überhitzung ausgefallen ist und dabei ein Sensor in einem Steuergerät eine Rolle spielte.

Digitale Zwillinge als Retter in der Not

In einem normalen Luftfahrtszenario würden alle 15.000 Steuergeräte ersetzt werden. Das führt zu hohen Kosten und es gibt keine Garantie, dass die neuen Steuergeräte nicht auch ausfallen. Aber im Szenario der digitalen Zwillinge gibt es eine bessere Lösung.In Zusammenarbeit mit KI-Tools stellen die Ingenieure fest, dass dieses spezielle Steuergerät ausfiel, weil es in Phoenix, Arizona, betrieben wurde, wo die Bodentemperaturen im Schatten 46 Grad übersteigen können und es bei direkter Sonneneinstrahlung noch heißer ist. Durch das wiederholte Aufheizen, Abkühlen und Erhitzen wurde ein chemischer Klebstoff im Steuergerät geschwächt.

Doch es kommt noch besser! Das Unternehmen hat auch einen digitalen Zwilling der Drohnenfabrik, aus der die Geräte stammen - ein detailliertes virtuelles Abbild des gesamten Systems, das von unzähligen Sensoren an zahlreichen Punkten der physischen Fabrik in Echtzeit aktualisiert wird. So kann die Geschichte des ausgefallenen Sensors zurückverfolgt werden. Dabei weist die KI darauf hin, dass er im Sommer hergestellt wurde und zu den fünf Prozent gehört, bei denen während der Montage hohe Temperaturen erreicht wurden Es scheint, dass der schädliche Hitzestress wahrscheinlich schon in der Fabrik begann.

KI und digitale Zwillinge

Die KI erwägt nun mögliche Abhilfemaßnahmen und empfiehlt die sichersten und kosteneffizientesten. Diese könnten sein:

• Alle künftigen Steuergeräteteile im Winter herstellen und für die Montage lagern;

• einen hitzebeständigeren Klebstoff für das Teil verwenden;

• das Steuergerät bei den 47 anderen Drohnen, die in heißen Klimazonen arbeiten, präventiv ersetzen.

Das Beispiel zeigt, dass der Einsatz eines digitalen Zwillingssystems Geld spart, Unfälle verhindertund die Umwelt schont (es mussten nicht alle Steuergeräte ausgetauscht werden). Zudem konnten so positive Veränderungen im Betrieb und in der Produktion vorgenommen werden, ohne dass es zu ernsthaften Ausfallzeiten in der Fabrik oder beim Betrieb der Drohnen kam.

Fazit

Letztlich ist dies die eigentliche Revolution der digitalen Transformation. Fortschrittliche Technologien werden für Agilität, Kosteneffizienz, Zeiteffizienz und Sicherheit eingesetzt. Es ist an der Zeit, die Vorteile der Technologien, über die wir immer sprechen, neu zu bewerten. IoT wird zur unternehmenskritischen Technologie. KI arbeitet mit Ingenieuren zusammen, um jeden Prozess in Echtzeit zu optimieren. Und AR und VR lassen digitale Zwillinge genauso lebendig werden wie ihre physischen Gegenstücke. Es geht nicht darum, in virtuellen Räumen eine Metaverse-Fantasiewelt zu erschaffen, sondern darum, die reale Welt zu verbessern.