Glossareintrag
Wir denken. KI tippt mit.
Ein Digitaler Zwilling (englisch: Digital Twin) ist das digitale Abbild eines konkreten realen Objekts, das über Daten laufend mit seinem Original verbunden bleibt. Das Objekt ist z. B. eine Pumpe, eine Werkzeugmaschine, ein Gebäude oder eine ganze Fabrik. Sensoren melden den Zustand der Anlage an das Abbild. Im vollen Ausbau gehen Einstellungen und Befehle vom Abbild zurück an die Anlage.
Die Norm ISO/IEC 30173 (2023) definiert den Digital Twin als „digital representation of a target entity with data connections that enable convergence between the physical and digital states at an appropriate rate of synchronization“. Auf Deutsch ist das eine digitale Darstellung eines Zielobjekts mit Datenverbindungen, die den physischen und den digitalen Zustand in einem passenden Takt angleichen. Laut dem IEC-Beitrag zur Norm ISO/IEC 30173 ist sie die erste weltweit abgestimmte, branchenneutrale Begriffsnorm zum Thema. Zum Zwilling gehören damit immer das reale Objekt, das digitale Modell und die Datenverbindung zwischen beiden. Fehlt die Datenverbindung, bleibt ein reines Modell übrig.
Ein digitaler Zwilling ist selbst keine KI. KI wertet im Zwilling die Daten aus und sagt z. B. Ausfälle voraus. Umgekehrt dient der Zwilling als Übungsgelände, in dem Roboter und andere Systeme der Physical AI gefahrlos trainieren. (Hinweis: Anbieter von KI-Videos wie HeyGen nennen auch den Avatar eines Menschen „Digital Twin“. Das ist ein KI-Abbild einer Person und technisch mit dem Deepfake verwandt, mit einem Anlagen-Abbild hat es nichts zu tun.)
Die Literaturstudie von Kritzinger und Kollegen zum Digital Twin in der Fertigung (2018) grenzt die Stufen nach der Richtung ab, in der die Daten automatisch fließen:
Das Fraunhofer IESE schreibt im IESE-Beitrag zur Verwaltungsschale, ganz korrekt spreche man erst von einem digitalen Zwilling, wenn das Abbild Parameter der Anlage verändert und steuernd eingreift. Im Alltag nennen Anbieter und Fachpresse oft schon den Schatten oder das reine Modell einen Zwilling. Dasselbe Merkmal trennt den Zwilling von der Simulation. Eine Simulation rechnet ein vorgegebenes Szenario durch. Der Zwilling führt viele Simulationen auf dem aktuellen Datenstand der realen Anlage aus. Eine NIST-Analyse der Normenreihe ISO 23247 nennt diese Synchronisation in beide Richtungen das Schlüsselmerkmal.
Michael Grieves stellte das Konzept 2003 an der University of Michigan vor, in einem Kurs zum Management von Produktlebenszyklen. Den Namen Digital Twin schreibt er in seinem Whitepaper zum Digital Twin von 2014 dem NASA-Mitarbeiter John Vickers zu. Die NASA beschrieb den Digital Twin 2010 in ihrem Technologie-Fahrplan zu Modellierung, Simulation und Informationstechnik. Der Zwilling spiegele „the life of its flying twin“ und sage laufend den Zustand, die Restlebensdauer und die Erfolgswahrscheinlichkeit der Mission voraus. Die oft erzählte Herkunft aus der Rettung von Apollo 13 im Jahr 1970 kommt in diesem NASA-Dokument nicht vor.
Typen nach Größenordnung laut ISO/IEC 30173:
Im Zwilling wertet KI die Sensordaten aus. Modelle des maschinellen Lernens erkennen darin Abweichungen und schätzen, wann ein Bauteil ausfällt (Predictive Maintenance, vorausschauende Wartung). Die Fertigungsnorm ISO 23247‑1 schreibt dem Zwilling das Erkennen von Anomalien im Fertigungsprozess zu und nennt als Ziele u. a. Echtzeit-Regelung und Machine Learning. Außerdem macht KI den Zwilling schnell. Physikalische Simulationen von Strömung oder Wärme rechnen Stunden, für den laufenden Betrieb ist das zu langsam. Ein Surrogat-Modell (ein neuronales Netz, das die Ergebnisse der teuren Simulation gelernt hat) antwortet in Sekunden. Siemens Energy sagt damit laut einem Nvidia-Bericht zur Simulation von Schaltanlagen bei Siemens Energy den Temperaturverlauf einer gasisolierten Schaltanlage über zehn Stunden in weniger als zwei Sekunden voraus. Das ist rund 10.000-mal schneller als die klassische Strömungssimulation.
In der Gegenrichtung trainiert KI im Zwilling. Ein Roboter, der in der Werkshalle übt, blockiert die Anlage und macht beim Lernen teure Fehler. Im Abbild übt er gefahrlos und viel schneller. Nvidia schreibt im Cosmos-Paper zu Weltmodellen für Physical AI, Physical AI müsse zuerst digital trainiert werden. Sie benötigt dafür einen digitalen Zwilling ihrer selbst und einen der Welt. Das Fraunhofer IPA lässt Roboter in einer Physik-Simulation lernen. Die Simulation bildet laut dem Zentrum für Kognitive Robotik des Fraunhofer IPA die reale Produktionsumgebung als digitalen Zwilling ab. Die Deutsche Bahn trainiert im Zwilling die KI für fahrerlose Züge. Laut dem Interview der Digitalen Schiene Deutschland zum Digital Twin vom Juli 2025 dauern 50 Testszenarien auf einer Teststrecke etwa zwei Wochen, im Zwilling rund vier Stunden.
Die Bilder aus solchen Umgebungen sind synthetische Trainingsdaten. Techniken wie Omniverse NuRec von Nvidia bauen die Übungsumgebung aus Kamera- und Laserdaten der realen Halle nach. Je detailgetreuer das Abbild ist, umso kleiner fällt der Unterschied aus, an dem ein in der Simulation trainierter Roboter in der Wirklichkeit scheitert (Sim-to-Real-Gap).
Der Zwilling unterscheidet sich vom Weltmodell durch seine Bindung. Ein Weltmodell ist ein gelerntes, allgemeines Modell davon, wie sich Umgebungen verhalten, und gehört zu keiner bestimmten Halle. Der digitale Zwilling gehört zu einer einzigen Anlage und folgt deren Messwerten.
Sprachmodelle und KI-Agenten bekommen Zugriff auf den Zwilling. Ein Large Language Model übersetzt die Frage eines Technikers in Abfragen an den Zwilling. Ein KI-Agent probiert Änderungen erst im Abbild aus, bevor sie die Anlage in der Halle erreichen. Siemens und Nvidia kündigten am 6. Januar 2026 ein gemeinsames „Industrial AI Operating System“ an. Fabriken sollen damit laut der Siemens-Mitteilung zum Industrial AI Operating System ihre Zwillinge laufend analysieren, Verbesserungen virtuell testen und geprüfte Ergebnisse in die Fertigung übertragen. Das Siemens-Gerätewerk in Erlangen dient ab 2026 als erste Blaupause. Ein Team der Universität Stuttgart setzt den Zwilling in seiner Architektur für Sprachmodelle, digitale Zwillinge und Automatisierung als Schicht zwischen Sprachmodell und Maschine. Gegen das Halluzinieren des Sprachmodells nennt es den Aufbau als Mehr-Agenten-System, die Freigabe durch Menschen und testgetriebene Entwicklung.
Belegte Ergebnisse stammen bisher aus der Großindustrie. Die BMW Group führt digitale Zwillinge von mehr als 30 Produktionsstandorten. BMW prüft heute in drei Tagen virtuell, ob ein neues Fahrzeugmodell kollisionsfrei durch die Fertigungslinie passt. Vorher führten Mitarbeiter eine physische Karosserie von Hand durch die Linie, oft über mehrere Wochenenden. Das dauerte fast vier Wochen. BMW erwartet für die Produktionsplanung laut der BMW-Pressemitteilung zur Virtuellen Fabrik vom Juni 2025 bis zu 30 Prozent geringere Kosten (eine Prognose, kein Messwert). PepsiCo erreichte laut der Siemens-Mitteilung zur CES 2026 beim ersten Einsatz 20 Prozent mehr Durchsatz und 10 bis 15 Prozent geringere Investitionsausgaben.
Die EU baut mit Destination Earth an einem Zwilling des Erdsystems, der bis 2030 vollständig sein soll. Der Zwilling für Extremwetter rechnet laut der ECMWF-Übersicht der Destination-Earth-Zwillinge weltweit mit 4,4 Kilometern Gitterweite.
Damit Zwillinge verschiedener Hersteller Daten austauschen, entwickelte die Plattform Industrie 4.0 die Verwaltungsschale (Asset Administration Shell, AAS), international genormt als IEC 63278‑1. Der ZVEI nennt die Verwaltungsschale „die Umsetzung des digitalen Zwillings für Industrie 4.0“. Für 3D-Szenen setzen Nvidia, Siemens und andere auf OpenUSD, ein offenes Format aus dem Filmstudio Pixar. Eine 2023 gegründete Allianz von Pixar, Adobe, Apple, Autodesk und Nvidia entwickelt es weiter.
In der deutschen Industrie haben laut der Bitkom-Studie Industrie 4.0 von 2026 45 Prozent der Unternehmen digitale Zwillinge im Einsatz, 26 Prozent planen es. Bitkom befragte dafür 555 Industrieunternehmen ab 100 Beschäftigten. Die größte Hürde sind die Daten. 57 Prozent der Befragten sagen laut einer Bitkom-Auswertung zu den Hürden digitaler Zwillinge, dass die nötigen Daten fehlen. 48 Prozent sehen Mängel in der IT-Infrastruktur.
Kaum ein Handwerksbetrieb baut selbst einen vollständigen digitalen Zwilling mit Rückkanal zur Anlage. Der Begriff begegnet Handwerkern und lokalen Unternehmen trotzdem, in Software-Angeboten, Herstellerportalen, an der CNC-Maschine und in Ausschreibungen. Den Unterschied macht jedes Mal, ob Betriebsdaten automatisch ins Abbild fließen oder ob es ein einmal aufgenommenes 3D-Modell ist.
Beim 3D-Aufmaß ist der „digitale Zwilling“ meist ein digitales Modell. Matterport wirbt auf seiner deutschen Seite mit dem Satz „Arbeiten Sie pünktlich und innerhalb des Budgets mit digitalen Zwillingen“ und meint den begehbaren 3D-Scan eines Gebäudes. Die Scan-App Polycam nutzt das Wort ebenso. Laut der Seite von BIM Deutschland zu digitalen Zwillingen (Kompetenzzentrum des Bundes) entsteht ein echter Zwilling dagegen erst, wenn Sensor-, Zustands- oder Betriebsdaten ins Modell zurückfließen. Mit dem Scan misst der Betrieb nach dem Ortstermin am Bildschirm nach und dokumentiert den Zustand vor Baubeginn. Im Angebot sieht der Kunde den Raum in 3D. Die KI steckt in der Auswertung. Matterports Cortex-KI berechnet per Bilderkennung automatisch Maße und Flächen. Hottgenroth überführt laut seiner Seite zur digitalen Gebäudeerfassung vorhandene Pläne „mit KI-Unterstützung in eine belastbare Datengrundlage“. Die Tarife stehen auf der Preisseite von Matterport.
Die vernetzte Heizung liegt zwischen Schatten und Zwilling. SHK-Betriebe sehen im Fachpartner-Portal, was die Anlage des Kunden meldet. Der Monteur kennt die Störung, bevor er losfährt, und hat das passende Ersatzteil im Wagen. Viessmann ViGuide unterstützt laut Hersteller dabei, „potenzielle Störungen frühzeitig zu erkennen“. Bosch HomeCom Pro meldet Anlagen, die von ihrem optimalen Effizienzbereich abweichen. Wilo spricht bei seinen Pumpen von Predictive Maintenance, TK Elevator bei Aufzügen ebenso. Keiner dieser Hersteller nennt sein Portal einen digitalen Zwilling. Die Meldungen der Anlage sind ein digitaler Schatten. ViGuide und HomeCom Pro erlauben dem Fachbetrieb außerdem, Parameter aus der Ferne zu ändern. Dann fließen Daten auch zurück, allerdings für einzelne Einstellungen und auf Knopfdruck eines Menschen.
An der CNC-Maschine ist der Zwilling ein fertiges Produkt. Metallbauer und Zerspaner mit der Siemens-Steuerung Sinumerik ONE prüfen ein neues NC-Programm mit Run MyVirtual Machine zuerst am virtuellen Abbild der Maschine. Das geschieht am PC, ohne die reale Maschine zu belegen. Kollisionen von Werkzeug, Werkstück und Spannmittel zeigen sich am Bildschirm. DMG MORI beschreibt den digitalen Zwilling seiner Werkzeugmaschinen als virtuelle Nachbildung einer realen Maschine, die deren Verhalten nahezu in Echtzeit widerspiegelt. Für Tischlereien simuliert HOMAG mit woodMotion die Bearbeitung auf einer virtuellen Maschinensteuerung mit echtem CNC‑Kern. Die Plattform tapio spricht vom „digital twin of your production“ und meint das Abbild von Maschinen und Lagerplätzen, auf das ihre Apps zugreifen.
Bei öffentlichen Bauaufträgen zählt zuerst das BIM-Modell. Für Bundesfernstraßen ist BIM laut der Mitteilung „Deutschland wird BIM-Land“ des Bundesverkehrsministeriums seit dem 27. März 2026 verbindlicher Regelprozess. Im Bundeshochbau läuft die Einführung laut der BIM-Roadmap des Bundesbaus in Stufen bis 2027. Die Pflicht trifft die Auftraggeber des Bundes, nicht den Handwerksbetrieb direkt. BIM Deutschland schreibt, dass ein BIM-Modell den geplanten Soll-Zustand beschreibt und „noch kein Digitaler Zwilling“ ist. Dazu wird es erst im Betrieb des Gebäudes kommen, wenn Sensoren und Wartungsdaten es aktuell halten. In einer Umfrage von Bitkom und ZDH zur Digitalisierung im Baubereich aus dem Jahr 2022 nutzten 16 Prozent der Betriebe im Bau- und Ausbaugewerbe BIM-Software.
Ab dem 18. Februar 2027 bekommen Batterien einen digitalen Pass. Artikel 77 der EU-Batterieverordnung (EU) 2023/1542 schreibt ihn für Elektrofahrzeug-Batterien, für Batterien leichter Verkehrsmittel wie E-Bikes und für Industriebatterien über 2 kWh vor. Ein QR-Code an der Batterie führt laut der Seite der EU-Kommission zum digitalen Produktpass zu den Daten. Elektrobetriebe, Solarteure und Zweiradwerkstätten finden dort künftig Angaben zu Wartung, Wiederverwendung und Recycling. Die Kommission selbst spricht nicht vom digitalen Zwilling. Der Industrieverband IDTA setzt den Produktpass als DPP4.0 auf der Verwaltungsschale um und damit auf dem Standard für Zwillinge.
Der „Digital Twin“ für Videos ist ein Avatar. Lokale Unternehmen, die Erklärvideos mit einem KI-Abbild des Chefs produzieren, buchen bei HeyGen einen „Digital Twin“. Synthesia nennt dasselbe Produkt „Personal Avatar“. Beide verlangen ein Einwilligungsvideo der gezeigten Person. Seit dem 2. August 2026 gelten die Transparenzpflichten aus Artikel 50 der EU-KI-Verordnung. Wer künstlich erzeugte Videos einer realen Person veröffentlicht, muss sie als KI-erzeugt kennzeichnen.
Die aktuellen Zahlen zur Verbreitung digitaler Zwillinge stammen aus Befragungen von Industrieunternehmen ab 100 Beschäftigten. Die Bitkom-Studie zur Digitalisierung des Handwerks von 2025 nennt keine Zahl zu digitalen Zwillingen. Von den 504 befragten Betrieben nutzten 4 Prozent Künstliche Intelligenz, weitere 9 Prozent planten den Einsatz. Das Mittelstand-Digital Zentrum Handwerk, das dem digitalen Zwilling eine eigene Themenseite widmete, hat laut dem Rückblick von OS Technik auf fünf Jahre Zentrum Handwerk am 30. Juni 2026 seine Arbeit beendet. Ab 2027 fördert das Bundeswirtschaftsministerium sechs regionale Zentren mit den Schwerpunkten KI, Digitalisierung sowie IT- und Cybersicherheit.
