Der digitale Zwilling

Ein Beispiel, wie die Analyse von IoT-Daten im Zusammenspiel mit anderen Komponenten Mehrwert bieten kann, ist der sogenannte digitale Zwilling, auch „Digital Shadow“ genannt. Er stellt ein virtuelles Abbild einer realen Maschine oder Fabrikanlage dar. „Solche Modelle können industrielle Prototypen sein, Produktionsanlagen, Baustellen oder komplexe Gebäude wie Sportstadien, Kaufhäuser oder Krankenhäuser“, erklärt Dominik Rüchardt, Senior Director & Head of Business-, Market- and Partner-Development Central Europe beim IoT-Plattformanbieter PTC, das Prinzip.

Die Sensordaten werden dazu in Echtzeit in die Analysesysteme gestreamt, die daraus den entsprechenden Zustand des Zwillings berechnen und die Informationen mit Daten beispielsweise aus CAD-Systemen zusammenbringen. So lässt sich beispielsweise laut  Bernhard Kirchmair, Chief Digital Officer (CDO) bei Vinci Energies Deutschland, ein vorausschauendes Monitoring implementieren: „Wenn das virtuelle Abbild dem Original ein paar Sekunden voraus ist, kann es Probleme in der Produktion rechtzeitig aufdecken und gegensteuern.“

Interessant wird der digitale Zwilling vor allem, wenn man IoT-Daten mit anderen Technologien wie Augmented- oder Virtual-Reality-Systemen kombiniert. Über Brillen wie die Microsoft HoloLens lassen sich die Sensorinformationen dann visualisieren und erfahrbar machen. „So werden komplexe Zusammenhänge leichter verständlich“, sagt Kirchmair. Die Vorteile sind vielfältig: Schon vor der Inbetriebnahme können Unternehmen Anlagen oder ganze Fabriken virtuell in Testläufen überprüfen, Produk­tionsprozesse überwachen und optimieren oder neue Maschinen und Produkte bereits im Vorfeld ausprobieren.

Derzeit kommt der digitale Zwilling hauptsächlich im industriellen Umfeld zum Einsatz. Das Beratungsunternehmen Deloitte sieht darin aber erst den Anfang. Vom Connected Car über Energie- und Gesundheitsversorgung, Logistik und Luftfahrt bis hin zu Smart Home und Smart City sehen die Analysten eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten. „In den kommenden fünf Jahren werden die beteiligten Akteure in allen aufgeführten Einsatzgebieten erste digitale Zwillinge und damit verbundene Dienste und Geschäftsmodelle eta­blieren“, heißt es in der Deloitte-Studie „Grenzenlos vernetzt“.

Microsoft hat für die Umsetzung von IoT-Projekten in unterschiedlichen Anwendungsszenarien jeweils einen Sechs-Schritte-Plan entwickelt. Es sei vor allem wichtig, eigene Erfahrungen zu machen, betont IoT-Experte Barnstedt: „Fangt an und wartet nicht auf fertige Lösungen!“

Tobias Joppe von Zühlke Engineering, ist der­selben Meinung. „Wir empfehlen zunächst einen eher leichtgewichtigen Einstieg mit einer klaren Nutzendefini­tion – zum Beispiel mit einem Pilotprojekt auf einer einzelnen Maschine und ausgesuchten, freundlich gesinnten Kunden. So können Unternehmen mit vergleichsweise geringen Investitionen erste Erfahrungen sammeln und schon frühzeitig prüfen, ob die gesammelten Daten den erhofften Nutzen bringen.“

Barnstedt empfiehlt außerdem, von Anfang an auf offene Standards wie OPC UA zu setzen. Microsoft selbst ist Mitglied in der OPC Foundation, die den Standard Open Platform Communications (OPC) entwickelt hat. Ursprünglich war OPC ein Windows-basiertes System, mit dem sich die Befehle spezifischer SPSS-Protokolle wie Profibus oder Modbus standardisieren ließen.

Mit der Spezifikation OPC UA (OPC Unified Architecture) wurde der Standard 2008 zu einer plattformunabhängigen, serviceorientierten Architektur weiterentwickelt, die auf PCs, in Cloud-Umgebungen, speicherprogrammierbaren Steuerungen oder Mikrocontrollern unter Windows, Mac OS X, Android und Linux betrieben werden kann. „Wir halten OPC UA für zielführend“, sagt Barnstedt, „der Standard wird sich langfristig durchsetzen.“

OPC UA bietet ein konsistentes Informationsmodell, das den Datenaustausch zwischen Sensoren und Analysesystemen erheblich erleichtert. Daten lassen sich so je nach Anwendungszweck und Bedarf direkt auf dem Edge-Gateway, in der Cloud oder im eigenen Rechenzentrum verarbeiten. „Entscheidend dafür ist, dass die Daten in einem konsistenten Format vorliegen“, betont Barnstedt.