Virtuelle Intelligenz für reale Effizienz

Während digitale Zwillinge vor allem im Industriesektor bereits zum Einsatz kommen, gewinnen sie in Bereichen wie Stadtplanung, Energie- und Wasser-ressourcenmanagement, Mobilität und Umweltmonitoring zunehmend an Bedeutung. Auch der Mittelstand profitiert: Mit skalierbaren Plattformen, Cloud-Integration und KI-gestützten Anwendungen lassen sich digitale Zwillinge flexibel einsetzen, etwa zur Verbesserung von Energieeffizienz, zur frühzeitigen Fehlererkennung oder zur Umsetzung regulatorischer Vorgaben wie der EU-Taxonomie.

Nachhaltigkeit beginnt im virtuellen Raum

Im Bereich der Stadtentwicklung eröffnen digitale Zwillinge neue Perspektiven: Sie machen urbane Systeme transparent, ermöglichen Simulationen komplexer Wechselwirkungen und liefern damit eine wertvolle Grundlage für fundierte Entscheidungen. KI-gestützte Prognosen ermöglichen es, verschiedene Zukunftsszenarien durchzuspielen – lange bevor der erste Spatenstich erfolgt. Ein konkreter Anwendungsfall: die Optimierung städtischer Energiesysteme. Digitale Zwillinge vernetzen Daten aus Gebäuden, Stromnetzen, Wettermodellen und Nutzerverhalten. So lassen sich etwa Energieflüsse in Echtzeit analysieren, Lastspitzen ausgleichen oder erneuerbare Energien gezielt einbinden. Das Ergebnis: niedrigere Betriebskosten, reduzierte CO₂-Emissionen und ein resilienteres Energiesystem.
Auch im Wasserressourcenmanagement gewinnen digitale Zwillinge an Relevanz: Sie ermöglichen die Modellierung von Wasserverteilungsnetzen, erkennen Leckagen, planen Wartungszyklen effizienter und tragen so zu einer nachhaltigeren Nutzung dieser wertvollen Ressource bei. In Zeiten zunehmender Wasserknappheit ist dies ein entscheidender Vorteil.

Vom Einzelprojekt zur ganzheitlichen Strategie

Zunehmend entstehen Ökosysteme, in denen digitale Zwillinge nicht mehr nur einzelne Systeme abbilden, sondern ganze Städte, Produktionsnetzwerke oder Lieferketten virtuell darstellen. Diese Vernetzung ermöglicht Synergieeffekte, etwa wenn Energiemanager, Stadtplaner und Mobilitätsanbieter auf dieselben Datenmodelle zugreifen können. Voraussetzung dafür ist jedoch eine durchdachte Datenstrategie und eine leistungsfähige Infrastruktur. Dies sind zwei Bereiche, in denen das Unternehmen PNY hinsichtlich KI-Infrastruktur umfassende Unterstützung bietet.

Bild 1. Vergleich eines digitalen Zwillings mit einer realen Produktionslinie. © Nvidia

Die Implementierung digitaler Zwillinge ist technologisch anspruchsvoll. Sie erfordert eine leistungsfähige und skalierbare Computerinfrastruktur – von spezialisierten GPUs über KI-fähige Workstations bis hin zu Cloud-nativen Plattformen. Nur so lassen sich große Datenmengen in Echtzeit verarbeiten, komplexe Simulationen durchführen und KI-Modelle effizient trainieren. Mit Nvidia RTX Professional GPUs liefert PNY Lösungen für Echtzeit-Visualisierung und KI-Beschleunigung, während speziell entwickelte KI-Workstations anspruchsvolle KI-Arbeitslasten bewältigen (Bild 1) .
Plattformen wie beispielsweise Nvidia Omniverse bieten eine physikbasierte Echtzeit-Simulationsumgebung, in der Hersteller digitale Zwillinge entwickeln, testen und optimieren können. Gleichzeitig erleichtert Nvidia AI Enterprise den Einsatz von intelligenter Automatisierung und prädiktiver Analytik, während die Neural Inference Microservices (NIM) eine KI-gestützte Überwachung und Echtzeit-Optimierung von Workflows ermöglichen.

Daten aus unterschiedlichen Quellen sind entscheidend

Bild 2. Mit Nvidia Omniverse können Entwickler generative physikalische KI in bestehende Software-Tools und Simulations-Workflows für industrielle und robotergestützte Anwendungen integrieren. © Nvidia

Zudem entscheidend ist der Zugang zu den richtigen Daten. Digitale Zwillinge sind – wie die physischen Systeme, die sie abbilden – auf aktuelle, umfassende und qualitativ hochwertige Daten angewiesen. In der Praxis bedeutet das: Unternehmen müssen Daten aus unterschiedlichsten Quellen und Formaten konsolidieren – von CAD- und BIM-Dateien über Sensor- und Maschinendaten bis hin zu georeferenzierten Informationen aus GIS-Systemen.
BMW beispielsweise erstellt digitale Abbilder seiner Werke über Nvidia Omniverse. Damit lassen sich Arbeitsprozesse simulieren, Materialflüsse optimieren und ergonomische Aspekte analysieren – lange bevor Veränderungen real im Werk umgesetzt werden. Das Ergebnis: kürzere Planungszyklen, weniger Materialverschwendung, höhere Produktivität und ein geringerer ökologischer Fußabdruck. Das neue Werk in Debrecen (Ungarn) wurde zunächst komplett als digitaler Zwilling geplant, mit voraussichtlichen Einsparungen von 30 %. Mittlerweile wurde das Werk gebaut, der Start der Serienproduktion ist für Ende 2025 geplant (Bild 2).

Mit Predictive Maintenance zu mehr Nachhaltigkeit

In der industriellen Produktion revolutionieren digitale Zwillinge bereits die Arbeitsweise. Unternehmen setzen sie zur Simulation von Produktionslinien, zur Optimierung von Fabriklayouts und zur Implementierung von Predictive Maintenance ein. Besonders relevant ist der Einsatz generativer KI-Modelle, die Designvorschläge auf Basis vorhandener Daten generieren, potenzielle Fehler frühzeitig erkennen und Anpassungen vorschlagen. In der prädiktiven Instandhaltung werden Maschinendaten in Echtzeit ana-lysiert. In der deutschen Industrie, insbesondere in hochautomatisierten Bereichen, ist prädiktive Instandhaltung bereits weit verbreitet. Zahlen zeigen, dass Unternehmen, die auf prädiktive Wartung setzen, bei kritischen Maschinen 60 % weniger Ausfällen haben. Die Zeit zwischen zwei Ausfällen wird dabei um bis zu 75 % verlängert.
Zusätzlich kann prädikative Instandhaltung zu einer Reduzierung von 30 % der Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer der Maschinen führen und eine Senkung des Energieverbrauchs um 25 % herbeiführen.
Darüber hinaus verbessert KI die Zusammenarbeit zwischen Design-, Konstruktions- und Produktionsteams, indem sie Echtzeit-Feedback und Einblicke auf Datenbasis über den gesamten Fertigungszyklus hinweg liefert. So entsteht eine intelligente, vernetzte Fer-tigungslandschaft, die nicht nur effizienter, sondern auch nachhaltiger und flexibler auf Marktveränderungen reagieren kann.

Der digitale Zwilling als Hebel für nachhaltige Innovation

Ein digitaler Zwilling ermöglicht es den Betreibern, die Leistung und die Simulationsergebnisse in Echtzeit zu überwachen. © stock.adobe.com/Andrey Popov

Digitale Zwillinge sind mehr als nur technologische Spielerei. Sie ermöglichen eine neue Art zu denken, zu planen und zu produzieren – datenbasiert, effizient und nachhaltig. Von der intelligenten Stadt über die smarte Produktion bis hin zur optimierten Ressourcennutzung leisten sie einen entscheidenden Beitrag zur ökologischen Transformation unserer Gesellschaft. Mit KI, High-Performance-Computing und entsprechenden Plattformen stehen Tools bereit, um diese Transformation Realität werden zu lassen. Entscheidend ist jetzt, die Potenziale konsequent zu nutzen – im großen wie im kleinen Maßstab. Akteure, die bereits in KI-basierte Lösungen investieren und diese nutzen, werden sich morgen an der Spitze des Marktes positionieren und zum Gamechanger im Bereich nachhaltiger Planung werden. 

Frank Scheufens, PNY Technologies © PNY Technologies

Der Autor Frank Scheufens ist Produkt Manager Professional Visualization bei PNY Technologies.