Vortrag im Rahmen der Building IoT Konferenz 2024 in München

1. JOHANNES KEPLER
UNIVERSITÄT LINZ
Altenberger Straße 69
4040 Linz, Österreich
jku.at
Daniel Lehner
Schritt für Schritt
zum Digitalen Zwilling

2. TwinTech
Innovationsbooster digitaler Zwilling
2
Anomaly Detection
KI-basierte Planung
Predictive Maintenance
Simulation
Digitaler
Zwilling
IoT-Geräte
Wo Starten?
Schritt für Schritt zum
digitalen Zwilling

3. TwinTech
Von der Theorie zur Praxis
3
Azure IoT Hub
AWS Greengrass
Eclipse HOno
Watson IoT
Siemens xDT
AutomationML
AWS TwinMaker
Azure Digital Twins
Bosch Semantic Stack
IBM MAS/ELM
Eclipse BaSyx
Asset Administration Shell
Microsoft DTDL
UML/SysML
Dassault 3DExperience
AWS RoboMaker
Siemens SimCenter
Mathworks Simulink
Unity Godot
Viele Tools, kein
Überblick?
Tool-Vergleich für
jeden Schritt
Simulation
IoT-Geräte
Digitaler
Zwilling
Schritt für Schritt zum
digitalen Zwilling

4. TwinTech
Daniel Lehner
5+ Jahre Forschung zum effizienten
Einsatz digitaler Zwillinge
◦ Artikel mit >100.000 Leser*innen
◦ MSc mit Auszeichnung (TU Wien)
Schulung und Beratung zum effizienten
Einsatz digitaler Zwillinge
4
Daniel Lehner
daniel.lehner@jku.at
https://twin-tech.at

5. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung

6. TwinTech
Beispiel IoT-Systeme
Picture sources: algorithm by N.Style from noun project, geralt from pixabay.com 6
Robot Conveyor
Item
TransportUnit
Room
Building
Sensor Actuator
Planungs
Algorithmus
Smart Home Dashboard
Production Routing
Live-Daten
(aktualisierter)
Plan
Live-Daten

7. TwinTech
Beispiel Smart Home:
Schritt für Schritt zum digitalen Zwilling
Picture source:, geralt from pixabay.com
7
Digitaler Zwilling
communicates
communicates Zwillings-
Interface
Physischer Zwilling Digitaler Zwilling

8. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme

9. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
9
Room
Building
Sensor Actuator
Sensor
- currentValue
CO2
Sensor
Noise
Sensor
Temperature
Sensor
Humidity
Sensor
sensor1 sensor2 sensor3 …
Zwillings
Modell

10. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration

11. TwinTech
Schritt 2: Daten-Integration
Picture by Abd Majd from Noun Project 11
Zwillings-Interface
Azure
Wrapper
Zigbee
Wrapper
Zwillings-Interface
• Einheitliche Kommunikation mit
heterogenen Geräten
• Basiert auf Modell aus Schritt 1
Wrapper
• Technologien
• Daten-Formate
• Kommunikations-
Protokolle
Zwillings-
Modell
room1.temperature
Room.Sensors.temp
-> Room.temperature
Room.TempSensor.value
-> Room.temperature
Room.Sensors.temp
Room.TempSensor.value

12. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung

13. TwinTech
Schritt 3: Daten-Verwertung
13
Konfiguration durch Modell
aus Schritt 1
Integration mit Daten-
Schnittstelle aus Schritt 2
Zwillings-Interface
Zwillings-
Modell
Picture by Abd Majd from Noun Project
Konfiguration durch Modell
aus Schritt 1

14. TwinTech
Schritt 3: Daten-Verwertung
14
Zwillings-Interface
Zwillings-
Modell
Verfügbare Räume?
Sensoren pro Raum?
Verfügbare Räume?
Sensoren pro Raum?
Sensor-Werte pro Raum
Picture by Abd Majd from Noun Project

15. TwinTech Picture source: geralt from pixabay.com
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung

16. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung
IoT Geräte
Modellierung
Zwillings-Schnittstellen
Wrapper
Integration von Services
mit Zwillings-Schnittstelle
Konfiguration durch
Zwillings-Modell

17. TwinTech
Beispiel Production Routing:
Schritt für Schritt zum digitalen Zwilling
17
Zwillings-
Interface
Physischer
Zwilling
Simulation Planning
Algorithm
Anomaly
Detector
Predictor
Digitaler Zwilling

18. TwinTech
Simulation in a Nutshell
Verhaltens-Repräsentation
3D-Modellierung
Liefert „erwartete“ Daten
Existierende Standards ermöglichen einheitliche Kommunikation
18

19. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme

20. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
20
Robot
Conveyor
- currentPos
- currentAngle
- targetPos
- holdsItem
- gripAt (Position)
- releaseAt(Position)
GreenGrass
RoboMaker
robot1 robot2 … conveyor1 conveyor2 …
- toggle()
- isRunning
- transportsItem
Robot Conveyor
Item
TransportUnit
Zwillings
Modell

21. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration

22. TwinTech
Schritt 2: Daten-Integration
22
Zwillings-Interface
Zwillings-
Modell
Picture by Abd Majd from Noun Project

23. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung
23

24. TwinTech
Schritt 3: Daten-Verwertung
24
Integration mit Daten-
Schnittstelle aus Schritt 2
Zwillings-Interface
Zwillings-
Modell
Planning
Algorithm
Anomaly
Detector
Predictor
Konfiguration durch
Modell aus Schritt 1
Konfiguration durch
Modell aus Schritt 1
Picture by Abd Majd from Noun Project

25. TwinTech
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung

26. TwinTech 26
Schritt 1: Bestandsaufnahme
Schritt 2: Daten-Integration
Schritt 3: Daten-Verwertung
IoT Geräte + Simulationen
Modellierung
Zwillings-Schnittstellen
Wrapper
Integration von Services
mit Zwillings-Schnittstelle
Konfiguration durch
Zwillings-Modell

27. TwinTech 27
Viele Tools, kein
Überblick?
Tool-Vergleich für
jeden Schritt
Schritt für Schritt zum
digitalen Zwilling
https://www.heise.de/select/ix/2023/4/2232111035410609
397
Digitale Zwillinge – viele Tools, ein Überblick, heise iX 04/2023

28. TwinTech
Tool-Überblick Zwillings-Modell
Asset
Administration
Shell
Microsoft Digital
Twin Definition
Language
UML SysML V2
Typ-Ebene nein ja ja ja
Repräsentation
Daten-Endpoints
ja nein Über Profile nein
Repräsentation
Zeitserien
Ja Ja Über Profile ja
Unterstützung
durch
IBM, Azure Digital
Twins, Eclipse
BaSyx, …
Azure Digital Twins nein Nein
Modellierungs-Tools AAS Editor Azure DT Explorer,
JSON
Unzählige Unzählige
28

29. TwinTech
Tool-Überblick IoT-Hub
Azure IoT-Hub AWS IoT
Greengrass
Eclipse Hono IBM Watson IoT
Platform
xDT
(Executable
Digital Twin)
Unterstützte
Kommunikations
protokolle
MQTT, AMQP,
HTTPS
MQTT, OPC-UA,
Modbus-RTU
(custom)
MQTT, AMQT,
HTTP, CoAP,
Custom
MQTT, custom MQTT, OPC-UA
Installation:
Cloud/on
Premises
Ja/Ja Ja/Ja (als „IoT
SiteWise Edge“)
Ja/Ja Ja (nur noch bis
Ende ’23)/Ja
k.A.
Lizenzmodell Stufen: Basic &
Standard (pro
Einheit)
Nach
Geräteanzahl
(0,18 US-
Dollar/Gerät)
– (Open Source) Keine neuen
Abos mehr
abschließbar
Abhängig vom
SimCenter-
Lizenz
29

30. TwinTech
Tool-Überblick Simulation
Siemens
SimCenter
AWS
RoboMaker
Mathworks
Simulink
3DExperience Unity Godot
Unterstützte
Standards zur
3D-
Modellierung
Ja (k.A.
welche)
STL, SDF,
URDF,
COLLADA
STL, FBX,
DAE
COLLADA,
URDF und
SDF
STL, FBX STL, OBJ or
Collada
Interaktionssc
hnittstelle
Ja (k.A.
welche)
ROS REST/MQTT Über
Applications
Developer
Tooling
ROS/CLI
Unterstützt
FMI-Standard
zur Interaktion
ja nein ja ja Über open-
source
Gazebo-FMI
Projekt
30

31. TwinTech
Tool-Überblick Zwillings-Interface
Azure Digital
Twins
AWS
TwinMaker
Eclipse Ditto Bosch Semantic
Stack
IBM
MAS & ELM
Grafische Oberfläche ADT Explorer nein Open-Source
Editoren
nein k.A.
Support für Anbindung
an laufendes System
Standard Data
Connectors
Standard Nein (consulting
notwendig)
Nein (consulting
notwendig)
Programmiersprachena
nbindung
REST + .NET/Java/
Javascript/Python/G
o SDKs
REST REST Java/Javascript/P
ython SDKs
k.A.
Portabilität Kein Support Unterstützu
ng durch
AWS SDK
Möglich für
andere Tools, die
AAS unterstützen
standardisierte
zwillings-
Definitionen
(ESMF und AAS)
Kein support
Wiederverwendbarkeit Nein Nein Erw. Features Erw. Features Erw. Features
31

32. TwinTech
Digitaler Zwilling
Komplexität durch Agilität
32
Zwillings-
Interface
Planning
Algorithm
Anomaly
Detector
ChatGPT

33. TwinTech
Conclusion
33
Anomaly Detection
KI-basierte Planung
Predictive Maintenance
Simulation
Digitaler
Zwilling
IoT-Geräte
Digitaler
Zwilling
Kunden, Lieferanten
ERP

34. TwinTech
Let‘s Talk
images: tonodiaz,, freepik at Freepik.com 34
Potential-Analyse Maßgeschneiderte
Expert:innen-Schulungen
-> Innovationsfinanzierung
-> Partner-Netzwerk
-> Tool-Auswahl
Projekt-Planung
https://twin-tech.at