Digitale Zwillinge für die Industrie 4.0

Digitale Zwillinge – Es ist höchste Zeit. Das sagen auch Wissenschaftler, IT-Experten und Medienmanager, die sich zu einer Allianz zusammengeschlossen haben und die EU zum Bau einer eigenständigen Digital-Infrastruktur für Europa aufrufen. An der Spitze dieses Bündnis für Europa steht unter anderem der frühere SAP-Manager Henning Kagermann.

Wir wollen digitale Souveränität stärken – also die Selbstbestimmung Europas als Rechts- und Wertegemeinschaft und jedes einzelnen Nutzers, sagte Kagermann laut einer Mitteilung. Quelle

Digitale Zwillinge – 750 Millionen in Deutschland

Zu den Inhalten der strategischen Zukunft für ein digitales Europa, das sich nicht den derzeit führenden Plattformbetreibern aus China und den USA unterwerfen muss, zählen die Mitglieder eine einheitliche Terminologie zur Vereinfachung der Erstellung von digitalen Zwillingen.

Eine branchenübergreifende Einführung und die Definition von Standards für digitale Zwillinge soll die Produktzuverlässigkeit verbessern, die Einführung neuer Produkte am Markt beschleunigen und das Produktdesign verbessern. Neben der bereits erwähnten Allianz gibt es auch ein Digital Twin Consortium, dem unter anderem Siemens, Dell und Microsoft angehören.

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— Digital Twin Consortium (@DigitalTwinCon) June 29, 2020

Auch die IOTA-Foundation ist Mitglied im Digital Twin Consortium und liefert das Know-how für eine sichere Kommunikation und eine sichere Zahlung zwischen zwei Maschinen im Rahmen des Internet der Dinge. Um Anwendungen für die Industrie 4.0 zu entwickeln, arbeitet die IOTA-Foundation eng mit dem Kabelproduzenten NKT, Bosch, VW und der Deutschen Telekom zusammen. Mit gemeinsamer Kraft will man an der Digitalisierung in der Fertigung arbeiten und die letzte große Lücke in der industriellen Digitalisierungsstrategie schließen: digitale Zwillinge.

DeFi-Sektor braucht ebenfalls digitale Zwillinge

Dass diese Technologie für die Weiterentwicklung der industriellen Produktion notwendig ist, wird nicht zuletzt durch Corona deutlich. Eine schwierige Phase für die gesamte Weltbevölkerung, aber mit dem Potenzial für die Zukunft daraus zu lernen. Defekte Atemmasken einerseits, unterbrochene Lieferketten im Einzelhandel andererseits. Fast keine Branche blieb verschont und so ergibt sich nahezu zwangsläufig eine beschleunigte Forschung in neue Methoden, allen voran im Bereich der Blockchain-Technologie.

Angeheizt durch den rasanten Aufschwung im DeFi-Sektor, soll die Blockchain-Technologie mit ihrer Distributed-Ledger-Technologie dabei helfen, eine Vertrauensstellung in Daten zu schaffen. Denn Daten sind das Gold des digitalen Zeitalters, was sich während der Corona-Pandemie etwa durch das Nachverfolgen von Infektionsketten deutlich gezeigt hat.

IOTA sorgt für mehr Rückverfolgbarkeit

Vertrauen, Sicherheit und dennoch Transparenz ermöglicht unter anderem ein Projekt der Firma Pickert in Zusammenarbeit mit der IOTA-Foundation. Dabei geht es um die frühzeitige Prävention bekannter Defekte in der Produktionskette. Jedes individuelle Produkt benötigt dabei seinen digitalen Zwilling. Jedes noch so kleine Bauteil erhält eine eindeutige Seriennummer zwecks Rückverfolgbarkeit. Treten Fehler auf, kann die Datenbank durchsucht werden. Analysen helfen dann dabei, Fehlerquellen zu identifizieren, auszuwerten und Maßnahmen zu dokumentieren.

Aber vor allem soll das Programm helfen, jene Fehler und Defekte in der Zukunft zu verhindern. Die Daten aus dem Wertschöpfungsnetzwerk werden auch an den IOTA-Tangle übertragen, mit dem digitale Informationen und Vermögenswerte für jeden weltweit zugänglich sind. Seine Struktur ist offen, sicher und frei von Transaktionsgebühren und wird als nächste Generation der Blockchain-Technologie bezeichnet.

Vorteile von digitalen Zwillingen

Digitale Zwillinge müssen manipulationssicher sein, damit die Daten zwischen Herstellern und Produktionspartnern ausgetauscht werden können. Digitale Zwillinge auf Basis der Blockchain-Technologie haben folgende Vorteile:

• Traceability: Die Rückverfolgbarkeit, denn jeder Digital Twin ist anhand seiner Seriennummer zu identifizieren.
• Zuverlässigkeit: Teilnehmer können sich darauf verlassen, dass alle Daten während des Produktlebenszyklus zuverlässig und nicht veränderbar sind.
• Teilbarkeit: Im Falle von Analysen oder Fehlersuche stellt der Hersteller eines Produktes allen Beteiligten wichtige Informationen über den IOTA-Tangle zur Verfügung.
• Nutzbarkeit: Daten werden benutzerfreundlich extrahiert und präsentiert.
• Echtzeit-Daten: Sind Produkte mit einem IOTA-Connector ausgestattet, sendet dieser während der gesamten Lebensdauer des Produktes Daten in Echtzeit an seinen digitalen Zwilling.

Bei der Verwendung von digitalen Zwillingen im industriellen Kontext ergeben sich jedoch bisher auch einige Fragen, die noch nicht zufriedenstellend gelöst sind. Dazu gehören unter anderem diese:

1. Muss die Kennzeichnung, also die eindeutige Identifizierung, auf einem Material selbst erfolgen oder genügt etwa eine Chargennummer aus?
2. Muss jedes einzelne (Roh-)Material oder nur jede Komponente daraus berücksichtigt werden?
3. Wie kennzeichnet man etwa Rohstoffe, die in verschiedenen Bauteilen verbaut sind (Erze, Erdöl, Kunststoffe usw.)?
4. Welche Arten der Identifizierung eignen sich: Barcodes, eingeschlagene Seriennummer, der DataMatrix-Code DMC oder die Radio Frequency Identification RFID?

Digitale Zwillinge sind virtuelle Kopien

Bis 2020 sollen in Europa rund 4,5 Milliarden Geräte im Internet der Dinge vernetzt sein. Das bedeutet, es werden Millionen von digitalen Zwillingen existieren. Die Blockchain-Technologie ermöglicht die Online-Übertragung von Daten und Werten mit einem hohen Maß an Transparenz.

Für den nächsten Schritt der Entwicklung im Internet der Dinge IoT bedarf es nun der Kombination aus Blockchain-Technologie und entsprechender Hardware. Doch die Basis für die Entwicklung von Anwendungen für digitale Zwillinge benötigen zunächst eine konsequente Digitalisierung analoger Prozess.

Digitale Zwillinge sind virtuelle Kopien von Personen, Prozessen, Vermögenswerten und physischen Objekten. In Deutschland soll es bis Ende 2020 laut Deloitte rund 750 Millionen digitale Zwillinge geben. Sie verbinden die reale mit der digitalen Welt und können laut Bitkom-Papier „Self Sovereign Identity Use Cases – von der Vision in die Praxis“ einen wichtigen Beitrag für mehr Datensouveränität und Datensparsamkeit liefern.

Die Datensparsamkeit fällt mit dem Begriff der Datenvermeidung in ein Konzept aus dem Bereich des Datenschutzes. Dort gibt es die Grundidee, dass nur so viele personenbezogene Daten gesammelt werden, wie für die verwendete Anwendung nötig sind.

Im Zuge der Digitalisierung und der Entwicklung von digitalen Zwillingen auf Basis der Blockchain-Technologie kommt auch der Ausbau von 5G-Netzen ins Spiel. Denn diese sind der Treiber für schnelle und qualitativ hochwertige Datenübertragungen mit voraussichtlichen Geschwindigkeiten von mehreren Gigabits pro Sekunde. Mobiles Edge Computing ist zwar dafür notwendig, jedoch braucht es auch neue Hardware, neue Anwendungen und zuallererst eine moderne Infrastruktur.

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Digital Twins brauchen 5G – und IOTA

Die technische und wirtschaftliche Innovation der digitalen Zwillinge schafft fortschrittliche, nachhaltige agierende und effizientere Gesellschaften. Ideale Voraussetzungen für den Einsatz zeigen sich jedoch bisher nur bei IOTA. Die Foundation ist sehr am Ausbau und der flächendeckenden Versorgung der Bürger und Unternehmen mit 5G interessiert. Daher ist auch häufig davon die Rede, dass IOTA das „Rückgrat des IoT“ ist.

Eine vernetzte IT- und Kommunikationsstruktur ist die Basis für die Industrie 4.0, das Internet der Dinge, das industrielle Internet der Dinge (IIoT) und eine Maschinenökonomie. Aber auch für ein Ökosystem aus Geräten und Maschinen, sowie das autonome Fahren und smarte Fabriken. Die Blockchain-Technologie ermöglicht die Veränderung der Produktion und lässt ein vollständig vernetztes, flexibles System entstehen. Digitale Zwillinge sind in diesen Systemen eine der wichtigsten Voraussetzungen.