Ein digitaler Zwilling ist eine detaillierte virtuelle Nachbildung eines physischen oder digitalen Objekts oder Systems. Ein digitaler Zwilling hat Ähnlichkeit mit einer Designdatei, bindet aber auch reale Echtzeit-Änderungen ein, die auf direkten Beobachtungen und Feedback vom Objekt selbst, in der Regel über Sensoren oder IoT-Geräte, basieren. Digitale Zwillinge können für Gebäude, Maschinen oder Offshore-Bohrplattformen erstellt werden – sogar für den Wiederaufbau der Notre-Dame-Kathedrale in Paris oder zum Lösen der technischen Herausforderungen des NASA-Mars-Rovers.
Wie funktionieren digitale Zwillinge?
Software zum erstellen digitaler Zwillinge erstellt ein virtuelles Modell des zu duplizierenden Systems und gibt eine visuelle Darstellung davon aus, bei der es sich um alles, von einem 2D-Diagramm über einen Video-Feed bis hin zu einer virtuellen Realität handeln kann, die man über ein Headset erleben kann.
Im Gegensatz zu vielen anderen Modellen ist ein digitales Zwillingsmodell nicht statisch. Mithilfe integrierter Sensoren und Kameras sowie anderer Geräte richtet das Modell Datenströme vom System selbst oder von verbundenen externen Systemen ein, die Informationen über aktuelle Bedingungen oder Betriebskennzahlen liefern. Da er diese Datenströme einbezieht, kann der digitale Zwilling das System in Echtzeit widerspiegeln. Mithilfe von Datenmanagement und -verarbeitung kann der digitale Zwilling Stakeholder auf Veränderungen hinweisen, bevorstehende Ereignisse vorhersagen und einen Überblick über den Zustand des Systems geben.
Ein digitaler Zwilling spiegelt nicht nur laufende Prozesse wider, sondern führt auch alle Daten, sowohl Archiv- als auch Kontextdaten, über seinen physischen Zwilling an einem Ort zusammen. Der digitale Zwilling speichert detaillierte Metadaten über jedes im Einsatz befindliche physische Objekt, bis hin zu einzelnen Maschinenteilen. Der digitale Zwilling eines Bürogebäudes kann zum Beispiel Serviceaufzeichnungen über die Klimaanlage des Gebäudes enthalten.
Diese Art von digitalem Zwilling kann aus einer Hierarchie von kleineren digitalen Zwillingen bestehen, die als Bausteine dienen. Ein digitaler Zwilling einer Fabrik könnte zum Beispiel auch Zwillinge verschiedener sekundärer Prozesse, aller im Einsatz befindlichen Geräte und sogar des diensthabenden Personals enthalten. Der digitale Zwilling der Fabrik könnte selbst Teil eines größeren digitalen Zwillings der Produktionsstätten eines Unternehmens oder des gesamten Unternehmens sein.
Unternehmen, die komplexe Anlagen wie Bürogebäude und Transportsysteme besitzen oder betreiben, benötigen Möglichkeiten zum Verbessern der Abläufe, zur Kostensenkung und zum Bereitstellen wettbewerbsfähigerer Produkte. Dank Hochgeschwindigkeits-Computernetzwerken, fortschrittlicher Datenverarbeitung und insbesondere der IoT-Technologie können digitale Zwillinge mehr Daten erfassen und schneller als je zuvor Erkenntnisse gewinnen.
Wozu kann man einen digitalen Zwilling verwenden?
Es gibt unendlich viele Verwendungszwecke für digitale Zwillinge. Hier eine kurze Liste mit Verwendungszwecken:
- Verwendung der Plattform für Prototypisierung und Design
- Überwachung und Fehlerbehebung von Systemen
- Testen von Systemen
- Nutzung der Datenanalyse zur Prozessoptimierung
- Schulung neuer Mitarbeiter oder bestehender Arbeitskräfte
- Erstellung von VR-Umgebungen
- Benennung eines digitalen Zwillings als einzige verlässliche Informationsquelle (SSOT)
Wo machen digitale Zwillinge einen Unterschied?
- Architektur, Ingenieur- und Bauwesen (AEC): Als Nebenerscheinung von computergestütztem Design und computergestützter Gebäudedatenmodellierung (BIM) profitieren Anlagenbesitzer und -verwalter in der AEC-Branche von der Erstellung detaillierter digitaler Zwillinge von Gebäuden und Systemen. Diese digitalen Zwillinge tragen dazu bei, dass große, komplexe Bauprojekte pünktlich und im Rahmen des Budgets durchgeführt werden.
- Logistik: Digitale Zwillinge bieten die Übersicht, die nötig ist, um die komplexe Mischung aus voneinander abhängigen Systemen und unvorhersehbaren externen Faktoren in einem Hafen oder einer Speditionsanlage zu verwalten.
- Produktion: Digitale Zwillinge sind in der Fertigung weit verbreitet, wo sie zum Überwachen und Bedienen von Systemen, zum Verfolgen von Fertigungsprozessen und zur Leistungsanalyse eingesetzt werden.
- Smart Cities: Städte auf der ganzen Welt, darunter Singapur und London, modellieren ihre gesamten Stadtgebiete mithilfe digitaler Zwillinge, die zum Beobachten von Verkehrsmustern, zur Wachstumsanalyse, zum Abbilden der öffentlichen Gesundheit und zur Vorhersage der Auswirkungen von Planungsentscheidungen verwendet werden können.
Herausforderungen bei der Erstellung und Verwaltung digitaler Zwillinge
Die weite Verfügbarkeit von IoT-Technologie macht die Vorteile digitaler Zwillinge für immer mehr Branchen und Anwendungsfälle nutzbar, doch es bestehen noch immer technische, logistische und sogar rechtliche Herausforderungen:
- Datenmanagement: Digitale Zwillinge leben von Daten – je mehr, desto besser –, aber es kann eine Herausforderung sein, sicherzustellen, dass alle Daten ohne Redundanz an die richtigen Stellen weitergeleitet werden und dass keine Engpässe entstehen.
- IT- und Netzwerkarchitektur: Ein erfolgreicher digitaler Zwilling erfordert ein Netzwerk (möglicherweise eine Kombination aus Netzwerken), das die Datenmengen und Nutzungsmuster von IoT-Geräten bewältigen kann. Digitale Zwillinge können auch Edge Computing erfordern, um Latenzzeiten zu reduzieren und die Netzwerk-Performance zu optimieren.
- Geistiges Eigentum: Aufgrund des Umfangs und der Detailliertheit der Daten, die für komplexe digitale Zwillinge benötigt werden, ist es unvermeidlich, dass es zu Konflikten hinsichtlich des Zugangs zu sensiblen Unternehmensdaten kommt. Vielleicht werden Unternehmen angesichts der Möglichkeit der gegenseitigen Datenfreigabe Vereinbarungen darüber treffen, wie diese wertvollen Daten sicher von mehreren Anlagenbesitzern und -verwaltern gemeinsam genutzt werden können.
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