Digital (T)win – Welche konkreten Anwendungsfälle und Mehrwerte stecken hinter dem Buzzword wirklich?

Der Einsatz von Digital Twins wird in der Energie- und Versorgungsindustrie bereits geplant. Die Zielbilder unterscheiden sich jedoch und sind nicht einheitlich. Zur Vereinheitlichung nutzen wir das 5-Stufenmodell, welches aufeinander aufbauende Anwendungsfälle beleuchtet und diesen Reifegrade zuordnet. Nachfolgend erläutern wir dieses Modell näher:

• Erläuterungen der jeweiligen Reifegradstufe
• Anwendungsfälle und deren Nutzen pro Reifegrad
• Für die Anwendungsfälle benötigten Technologien

In unserem letzten Blogartikel haben wir bereits den Nutzungsgrad des Digital Twins in der Energiewirtschaft analysiert. Es zeigt sich, dass die Nutzung eines DTs bei 50% der Unternehmen in den kommenden ein bis drei Jahren geplant ist. Deswegen zeigen wir in diesem Blogartikel die möglichen Anwendungsfälle für Energieversorgungsunternehmen auf.

Die Nutzung von Digital Twins sollte in der Regel Anwendungsfall-spezifisch betrachtet und geplant werden, um konkrete Mehrwerte aufzuzeigen. Deshalb haben wir pro Stufe des Reifegradmodells Anwendungsfälle definiert.

Für eine erfolgreiche Umsetzung von Digital Twins ist es unabdingbar, dass die benötigten Daten vorhanden, harmonisiert und standardisiert sind sowie ein digitales Mindset der Mitarbeiter vorhanden ist.

Die eingesetzten Technologien pro Reifegradstufe ermöglichen verschiedene Anwendungsfälle und Vorteile, welche aufeinander aufbauen.

Betrachtet man unser 5-Stufenmodell, zeigt sich, dass es Reifegrade vom „Decoupled Twin“ bis zum „Simulation Twin“ für das Digital Asset Management gibt. Für die Realisierung der Anwendungsfälle werden unterschiedliche, jedoch aufeinander aufbauende Technologien und Systeme benötigt. Diese Technologien charakterisieren die Reifegradstufen. Im Folgenden erläutern wir die einzelnen Reifegradstufen mit den zugrundeliegenden Technologien, konkreten Anwendungsfällen und den Mehrwerten.

Stufe 1: Der Decoupled Twin

Beschreibung der Stufe: Der Decoupled Twin bezeichnet ein digitales Abbild eines realen Objekts zur Visualisierung. Hier ist noch keine Logik, künstliche Intelligenz oder Lernfähigkeit vorhanden.

Technologie: 2D/3D-Modell, Verknüpfung zu BIS und Sachdatensystem

Anwendung: Anhand des Decoupled Twin können neue Mitarbeiter oder Dienstleister geschult werden und bereits virtuell auf die Arbeit vorbereitet werden. Die Frequenz kann dadurch erhöht werden. Das digitale Abbild dient zur Visualisierung des realen Assets und damit einhergehend als Informationsquelle.

Mehrwerte: Vermeidung von Arbeitsunfällen, Remote-Einweisung, Einsparung von Anfahrtskosten

Stufe 2: Der Navigation Twin

Beschreibung der Stufe: Bei dem Navigation Twin handelt es sich um ein digitales Abbild mit Verbindung zu GPS und GIS Daten, was ermöglicht, das Asset räumlich einzuordnen.

Technologie: GPS, Tags, Scans

Anwendung: Durch die Verbindung des digitalen Abbilds mit GPS-Daten ermöglicht es eine Navigationsfähigkeit des Objekts. So kann sich ein Monteur mit einem Laptop oder Tablet vor Ort via Barcode alle Informationen zum Asset anzeigen lassen und sich durch die Anlage navigieren lassen.

Mehrwerte: Zeitersparnis, Unterstützung der Instandhaltung, alle Asset Informationen bei Bedarf verfügbar

Stufe 3: Der Coupled Twin

Beschreibung der Stufe: Der Coupled Twin ist ein digitales Abbild, welches über Sensoren und Netzwerke verbunden ist. Hier ist das erste Mal ein Echtzeit/Nahzeit Zustand des realen Objekts verfügbar.

Technologie: Sensoren, Netzwerke, Echtzeit/Nahzeit-Zustand möglich

Anwendungsfall: Über die Echtzeit/Nahzeit-Verbindung mit dem realen Objekt ist eine Ferninspektion und Überwachung von Assets möglich.

Mehrwerte: Steigerung der Reaktionszeit, Abbildung hat einen Live-Zustand, Schnellere Identifikation von Unregelmäßigkeiten und Fehlern, Vermeidung von Serviceeinsätzen, Verlängerung von Inspektionszyklen

Stufe 4: Der Augmented Reality Twin

Beschreibung der Stufe: Der Augmented Reality Twin beinhaltet ein digitales Abbild mit der Fähigkeit, Fernwartungen der Assets durchzuführen, Assets zu steuern sowie Entscheidungen autonom zu treffen.

Technologie: Augmented Reality, Steuerungssoftware/WFM-Software incl. Crown-Services

Anwendungsfall: Durchführung von Fernwartungen, Reparaturen sowie Umbauten, sowohl für externe Mitarbeiter (Servicetechniker) als auch für interne Mitarbeiter (Betriebsingenieure).

Mehrwerte: Schnellere Fehlerbehebung, Verringerung der Ausfallzeiten, keine Anfahrtskosten, virtuell dargestellte Reparaturanleitung, Experten können virtuell hinzugeschaltet werden

Stufe 5: Der Simulation Twin

Beschreibung der Stufe: Der Simulation Twin simuliert das reale Objekt anhand der Sensorik vollumfänglich und beinhaltet autonome Funktionen.

Technologie: Künstliche Intelligenz, Simulationsmodelle

Anwendungsfall: Die Planung erfolgt auf Basis von Simulationsmodellen. So können Arbeitsvorgänge und Konfigurationsveränderungen (z.B. Änderungen der Temperatur, Ausfall von Energie) simuliert werden, um im Ernstfall vorbereitet zu sein.

Mehrwerte: Verbesserung der Planung, Was-wäre-wenn Analysen, Minimierung der Downtime, bessere Vorbereitung bei Fehlern, Szenarien-Planung, präskriptive Wartung

Auch mit einem geringen technologischen Reifegrad gehen mit allen Anwendungsfällen Mehrwerte wie Kostenersparnis, Zeitersparnis, die Verbesserung der Instandhaltung oder eine schnellere Fehlerbehebung einher.

Das Konzept des Digital Twins macht sich den Einsatz zielspezifischer Technologien zu Nutze, um konkrete Mehrwerte für Energie- und Versorgungsunternehmen zu ermöglichen

Insgesamt zeigt sich, dass es wichtig ist, den Nutzen von Digital Twins anwendungsfallspezifisch zu betrachten. Der Digital Twin hat pro Anwendungsfall verschiedene Technologien und Mehrwerte, die differenziert zu betrachten sind. Generell schafft der Digital Twin durch die eingesetzten Technologien, wie beispielsweise CAD, Künstliche Intelligenz und erweiterter Sensorik, Mehrwerte für Energieversorgungsunternehmen. Die Mehrwerte sind unter anderem Kostenersparnis, Zeitersparnis, die Verbesserung der Instandhaltung und die Vermeidung von Arbeitsunfällen. Zu berücksichtigen ist jeweils der spezifische Mehrwert je Unternehmen und die damit verbundene Kalkulation eines Business Cases. Die Use Cases können anhand unseres Reifegradmodells unternehmensspezifisch ausgestaltet werden.

Vielen Dank an die Co-Autor*innen Carsten Dietrich, Roman Grassmann, Nils Prädel und Anna Katharina Schöll,