Ein digitaler Zwilling eines Systems besteht aus einer Reihe von Modellen und digitalen Schatten. Beide werden regelmäßig und gezielt aktualisiert und bieten eine Reihe von Diensten in Bezug auf das ursprüngliche System. Darüber hinaus interagiert ein digitaler Zwilling mit dem Originalsystem und liefert nützliche Informationen über den Kontext des Systems.

Details zur Definition des digitalen Zwillings

Eine digitaler Zwilling ist kein Modell. Digitale Zwilling und Modelle haben jedoch viele Eigenschaften gemeinsam. Ein digitaler Zwilling hat einen Zweck in Bezug auf das Original (d.h. das System), und es enthält eine Menge Wissen über das System. Ein digitaler Zwilling enthält daher ein oder mehrere Modelle des physischen Systems.

Eine digitaler Zwilling ist nicht identisch (isomorph) mit dem physischen System. Während Zwillinge in der realen Welt denselben Ursprung haben und daher viele Merkmale gemein haben, sind Zwillinge in der realen Welt nicht identisch.

• Digitale Zwillinge sind digital: Die Digitalisierung an sich bedeutet, dass eine nicht-physische, rein softwarebasierte Entität etwas Physisches repräsentiert. Produkt und digitale Zwillinge sind daher nicht miteinander zu verwechseln.
• Digitalisierung bedeutet auch, dass ein digitaler Zwilling eine Abstraktion ist. Eine digitale Version eines analogen Produkts oder Bildes ist immer eine Abstraktion, egal wie detailliert sie ist.

Eine digitaler Zwilling bietet Dienste an. Diese Dienste sind aktiv und werden daher durch Software realisiert. Sie sind Teil eines digitalen Systems, das aus einem Zustand, z. B. einer Datenbank, Algorithmen und in der Regel auch einer grafischen Benutzeroberfläche zur Interaktion mit menschlichen Bedienern besteht. Die Dienste des digitalen Zwilling können somit von anderen digitalen Systemen oder von Menschen genutzt werden.

Der digitale Zwilling kann das Verhalten des physischen Systems verändern. Das bedeutet, dass der digitale Zwilling das ursprüngliche System steuern kann, zumindest in dem Maße, in dem eine strategische, taktische oder Echtzeitsteuerung möglich ist.

Der digitale Zwilling enthält eine Reihe von Modellen. Diese Modelle werden typischerweise entweder (1) von technischen Modellen abgeleitet, (2) direkt von den technischen Modellen generiert oder (3) als Abstraktionen von den im Laufe der Betriebszeit gesammelten Daten abgeleitet.

Der digitale Zwilling hat einen Zweck in Bezug auf das ursprüngliche System. Diese Eigenschaft wird mit der Definition von Modellen geteilt. Man kann sich eine ganze Reihe von Zwecken für den digitalen Zwilling vorstellen.

• Der digitale Zwilling kann zum Beispiel zur Analyse, Optimierung, Simulation und Vorhersage des Verhaltens während des gesamten Lebenszyklus eines physischen Systems verwendet werden.
• Der digitale Zwilling kann dazu verwendet werden, das Verhalten des Systems zu verstehen, sowie den Kontext, in dem es arbeitet, in welchem Zustand es sich während der Entwicklung befindet, in welchem Modus es sich während des Betriebs befindet, usw.

Der digitale Zwilling enthält Datenreihen auf Grundlage von digitalen Schatten. Ein digitaler Schatten ist selbst eine passive Datenspur oder eine Abstraktion davon. Ein Digitaler Zwilling (DT) kann im Laufe der Zeit weitere Datenspuren sammeln.

• Während der digitale Schatten passiv ist, enthält der digitale Zwilling alle relevanten Funktionalitäten (Algorithmen), die Speicherung und den Abruf, um die Abstraktionen und Aggregationen tatsächlich durchzuführen.
• Der digitale Zwilling bietet Dienste an, die eine Reihe von Funktionen zur Visualisierung und sonstigen Analyse der gesammelten digitalen Schatten nutzen.

Um seine Dienste zu erbringen, verbindet das digitale Zwilling die Datenspuren mit den technischen Modellen, so dass die Datenbanken aussagekräftig werden.

• z.B. beschreiben die Modelle tatsächliche und virtuelle Sensorpunkte des Systems, und die Datenspuren beschreiben die von diesen Sensoren erfassten Werte.
• Sensoren im weiteren Sinne können automatisch sein (z. B. die Temperatur des Systems), von Menschen eingegeben werden (Beschreibungen, Modi) oder von externen, temporären Sensoren gemessen werden.
• Der digitale Zwilling nutzt (Echtzeit-)Datenspuren und (Design-Time-)Modelle zur Visualisierung und für verschiedene Formen der Analyse, um Lernen, Schlussfolgerungen, dynamische Rekalibrierung oder Selbstanpassung seines und des Systems Verhaltens sowie Unterstützung für eine verbesserte Entscheidungsfindung zu ermöglichen.

Arten von digitalen Zwillingen

Digitale Zwillinge sind ein vielseitiges Konzept, das in verschiedenen Aspekten der Systementwicklung und des Systembetriebs eine zentrale Rolle spielt. Je nach Zweck gibt es verschiedene Arten von digitalen Zwillingen. In der folgenden Liste werden einige Arten von digitalen Zwillingen näher erläutert, ohne dass die Aufzählung einen Anspruch auf Vollständigkeit erhebt:

In der Entwicklung ist ein digitaler Zwilling Bestandteil des Entwicklungsprozesses. Er enthält einen kohärenten Satz von Entwicklungsartefakten, die das zu entwickelnde System beschreiben.

• Bei diesen Entwicklungsartefakten handelt es sich in der Regel um Modelle aus verschiedenen Blickwinkeln und in verschiedenen Abstraktionen, die die Struktur, das Verhalten, die Interaktionen, die Zerlegungsformen, die Geometrie, die Funktionalität (sowohl mechanisch als auch rechnerisch), die Anforderungen, die Designentscheidungen, die Architektur usw. beschreiben.
• Der digitale Zwilling kann auch Montagepläne (mechanisch) und Aufbauverfahren (IT) enthalten.
• Der digitale Zwilling kann auch Informationen über den Entwicklungsprozess enthalten, der aus Aufgaben, geplanten und durchgeführten Iterationen, Artefaktzuständen, Meilensteinen in traditionellen Prozessen, Scrums in agilen Prozessen, etc. besteht.

Ein digitaler Zwilling kann dem Eigentümer bzw. Benutzer eines Systems helfen, den aktuellen Zustand des Systems und die Historie so weit wie möglich zu verstehen und möglicherweise auch zukünftige Aktionen während der Betriebsphase eines Systems zu planen.

• Zum Beispiel befasst sich der digitale Zwilling eines Autos hauptsächlich mit Informationen, die für Benutzer, Fahrer und möglicherweise Flottenbesitzer relevant sind, wie z.B. Tanken, nächster Servicetermin, Anpassung der Anzeige, z.B. mit zusätzlichen Diensten, Verwaltung des Navigationssystems, usw.
• Der digitale Zwilling einer Produktionslinie befasst sich mit Wartungs- und Produktionsinformationen für die aktuellen Mitarbeiter sowie für das Management.
• Wenn der digitale Zwilling das System selbst beeinflusst, könnte man auch von einem steuernden digitalen Zwilling sprechen. Zur Steuerung wird ein Rückkanal zum System benötigt, der es ermöglicht, das Verhalten des Systems an bestimmte vorgegebene Einschränkungen anzupassen.

Ein digitaler Zwilling kann bei der Wartung helfen, den Betriebszustand, Störungen und Reparaturen zu verstehen. Dazu gehört auch die Ferndiagnose.

• Ein digitaler Zwilling für die diagnose eines Autos kann in all seinen Funktionen bei der Wartung eingesetzt und in der Regel mit zusätzlichen Werkzeugen ausgestattet werden, um detaillierte Diagnosen und Reparaturarbeiten durchzuführen.
• Solch ein digitaler Zwilling kann auch für den Hersteller von Interesse sein.

Kollaborierende digitale Zwillinge sind ein Menge von Diensten, die sich mit anderen Digitalen Zwilling verbinden, um bei der Erfüllung bestimmter Funktionen zusammenzuarbeiten.

• Ein kollaborierender digitaler Zwilling verhält sich wie ein autonomer Agent, muss seinen Kontext hinreichend detailliert verstehen und robust auf eine sich verändernde Umgebung reagieren.
• Ein autonom kollaborierender digitaler Zwilling hat auch die Fähigkeit, das zugrunde liegende System zu kontrollieren. Wenn eine Flotte (Menge) von Systemen gemeinsam und ausreichend synchronisiert und zuverlässig agieren soll, dann koordiniert die Flotte (Menge) von autonom kollaborierenden digitalen Zwillingen dies zuverlässig.

Ein digitaler Zwilling zum Monitoring von Systemen ist eine Menge von Diensten, die relevante Daten sammeln und das korrekte Verhalten gegenüber bestimmten juristischen und technischen Einschränkungen nachweisen.

• Solch ein digitaler Zwilling zeichnet z.B. auf, wenn ein gemietetes Auto das offizielle Mietgebiet eingehalten hat oder ein Motor innerhalb seiner Parameter betrieben wurde.
•  Solch ein digitaler Zwilling kann z. B. von Eigentümern oder Versicherungen genutzt werden.
• Flugzeuge z.B. sind mit (noch nicht angeschlossenen) Blackboxen ausgestattet.

Ein digitaler Zwilling kann im Betrieb vom Eigentümer oder Hersteller verwendet werden, um die vergangenen, aktuellen und zukünftigen finanziellen Bedingungen für den Betrieb eines Systems zu verstehen.

• Dies kann die Auslastung einer Mietwagenflotte oder den Zustand und Lagerstand von Ersatzteilen betreffen.

Ein digitaler Zwilling kann vom Hersteller während der Produktion oder Montage eines Produkts verwende werdent, um dessen Zustand bzw. die Zustände aller seiner Komponenten zu verstehen.