28.01.2019

„Mit digitalen Zwillingen das Unsichtbare sichtbar machen“

Interview: Digitale Zwillinge werden in der Industrie eingesetzt, um komplexe Prozesse von realen Maschinen zu simulieren. Wir haben mit Jivka Ovtcharova, führende Expertin für Virtual Engineering, über den konkreten Nutzen digitaler Zwillinge gesprochen und warum der Super-GAU von Tschernobyl ihre Karriere maßgeblich prägte.
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digitaler Zwilling
(c) Martin Pacher: Prof. Jivka Ovtcharova wurde 1957 in Bulgarien geboren und leitet derzeit das Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen am Karlsruher Institut für Technologie

„Das Unsichtbare sichtbar machen“ ist Jivka Ovtcharovas zentrale Devise ihrer Forschung. Die gebürtige Bulgarin leitet derzeit das „Institut für Informationsmanagement im Ingenieurwesen“ in Karlsruhe und gilt als Expertin für „Virtual Engineering“. Dahingehend forscht sie unter anderem zu digitalen Zwillingen. In einem ausführlichen Interview erklärte sie uns deren Nutzen für die Industrie. Zudem gab uns Ovtcharova persönliche Einblicke in ihre Karriere als Wissenschaftlerin und Denkanstöße, wie wir unsere digitale Zukunft „human“ gestalten können.

+++ Frauen in der IT: „Wir killen in der Schule das Forschertum“ +++ 

In ihrer Forschung beschäftigen Sie sich mit digitalen Zwillingen. Worum handelt es sich bei digitalen Zwillingen?

Ein digitaler Zwilling ist grundsätzlich eine virtuelle Echtzeitabbildung der Struktur und des Verhaltens eines physischen Gegenstandes. Er begleitet und assistiert eine Anlage über deren gesamten Lebenszyklus – vom ersten Entwurf, über Konstruktion und Fertigung bis hin zur Wartung und Recycling. Ein derartiger Zwilling interagiert zu jedem Zeitpunkt mit seinem physischen Gegenstück und liefert wertvolle Daten über den Status und Zustand der Anlage.

Diese Daten werden meist in einer Cloud analysiert und anschließend mit anderen Daten aus der Laufumgebung verknüpft. Die Benutzer dieser Daten gehören zu verschiedenen Zielgruppen, wie Entwicklungs- und Fertigungsingenieure, aber auch Wartungspersonal und Daten-Analysten. Diese sind in der Lage auf die Daten aus verschiedenen Perspektiven zu blicken und aus der Ferne die Anlage zu überwachen und zu steuern.

Welche konkreten Anwendungsbeispiele gibt es für den Einsatz von digitalen Zwillingen?

Die Anwendungsbeispiele sind vielfältig. Nehmen wir als Beispiel die Windkrafträder: In Zukunft werden Energiebetreiber nicht nur über physische Windkrafträder verfügen, sondern auch über digitale Repliken dieser Windkrafträder. Das physische Windkraftrad wird dabei immer in Kontakt zu seinem digitalen Zwilling stehen. Dieser erhält Daten aus der realen Welt – in unserem konkreten Fall vom Windkraftrad – und analysiert diese anschließend.

Über virtuelle Zwillinge können wir beispielsweise, wie bei einem Tomograph, schon frühzeitig innere räumliche Strukturen ermitteln und erkennen, wann ein Windrad ausgetauscht werden muss, bevor es bricht. Dadurch könnten Wartungs- und Reparaturmaßnahmen kostengünstiger gestaltet werden, da die Techniker ins Innere „sehen“ können. Insbesondere bei Offshore-Windkraftanlagen ist die Wartung sehr teuer, da man spezielle Schiffe benötigt.

Wird es irgendwann mal auch digitale Zwillinge von Menschen geben?

Es macht natürlich Sinn über digitale Zwillinge in Bezug auf Menschen vorzudenken – insbesondere in der Gesundheitsvorsorge. Ärzte könnten Menschen viel schneller helfen, wenn sie sofort wissen, wie der Mensch aufgewachsen ist und welche Krankheiten er bereits hatte.

Angenommen Sie reisen in ein fremdes Land und der Arzt spricht ihre Sprache nicht. Über einen digitalen Zwilling würde er sofort wissen, wie ihr Organismus unter Berücksichtigung von Vorerkrankungen funktioniert, um anschließend die richtigen Schritte zu setzen. Die Herausforderung besteht darin, dass die digitalen Zwillinge wie Organismen funktionieren müssen. Und natürlich ist es auch eine Frage der Ethik, die wir immer mitdenken müssen.

Sie gelten als eine führende Expertin im Bereich „Virtual Engineering“ und haben eine beachtliche Karriere im Bereich der Wissenschaft und Technik vorzuweisen. Wie sind Sie mit Technik in Verbindung gekommen?

Die Begeisterung für die Technik kam sehr früh. Ich komme ursprünglich aus Bulgarien und unser Ausbildungssystem war stark durch die spielerische „Hands-On“-Erziehung geprägt. Den entscheidenden Anstoß zu meiner Wissbegierde für die Technik gab jedoch die Buch-Trilogie „100.000 Jahre Technik“, die mein Vater mir als Kind zu Weihnachten geschenkt hat. Das war ein spannendes, wunderbar illustriertes Buch, das mich so gefesselt hat, dass ich es nicht mehr aus der Hand legen wollte.

Obgleich ich damals auch gerne mit Puppen gespielt habe, war das Technikbuch, was meine Fantasie beflügelte. Einen neuen Schub an Begeisterung für die Technik kam durch die Bekanntschaft mit der Tochter einer befreundeten Familie. Diese studierte Maschinenbau und ich durfte ihr beim Zeichnen mit Tusche zusehen. Ihre feminine Erscheinung in Kombination mit dem coolen Zeichenset war ansteckend.

Welchen Effekt hatten die damaligen technologischen Errungenschaften auf ihre Berufswahl?

Als Kind und Jugendliche habe ich in den 60er und 70er Jahren natürlich auch den faszinierenden Aufstieg der Raketen-, Atom- und Computertechnologie miterlebt. Es war eine großartige Zeit, da jeder Mensch das Recht hatte, großes zu leisten. So träumten wir damals, Jungs und Mädchen, wie Juri Gagarin, Walentina Tereschkowa oder Neil Armstrong in den Weltraum zu fliegen.

Auch Mathematik- und Physikunterricht waren das Nonplusultra unserer Bildung. Der Wunsch, an der Entwicklung bahnbrechender Technologien teilzuhaben hat mich zu einem Studium in Maschinenbau in Bulgarien und anschließend nach Moskau gebracht – damals für Osteuropa das Bildungs-Mekka schlechthin. Ich wollte eigentlich Raumschiffe und U-Boote bauen, schlussendlich bin ich aber bei Atomkraftwerken gelandet. Diese Technologie hat mich damals sehr begeistert, bis es im Jahre 1986 in Tschernobyl gekracht hat.

Hat der Super-GAU in Tschernobyl bei Ihnen ein Umdenken in Bezug auf die Nutzung der Atomtechnologie ausgelöst?

Ja, ich habe mich nach der Tschernobyl-Katastrophe neu orientiert – vom Maschinenbau- und Anlagenbau in Richtung Computertechnologie. Ich habe zu dieser Zeit in einem Forschungslabor der bulgarischen Akademie der Wissenschaften in Sofia gearbeitet. Das Labor war in das Zentrum für Physik eingegliedert und wir haben kurz nach der Explosion die Radioaktivität in den Parkanlagen der Stadt gemessen. Es war Anfang Mai. Nach langem Regen schien die Sonne wieder und die Natur sah sehr friedlich aus, solange uns nicht die Knackgeräusche der Geigerzähler die alarmierend hohen Werte der Radioaktivität vor Augen geführt haben. Diese Geräusche haben sich für immer in mein Gedächtnis eingebrannt.

Weiterhin hat die Tschernobyl-Katastrophe zu einem Wendepunkt in der Nutzung der Atomenergie geführt und ich habe die negative Auswirkung dieser Wende auf meine berufliche Zukunft sehr schnell erkannt. Da ich mich bereits mit mathematischen Simulationen befasst habe, ist mir der Berufswechsel in Richtung Computertechnologie leicht gefallen.

Sie haben in Deutschland eine Initiative für eine „digitale humane Zukunft“ gestartet. Worum geht es dabei?

Die Digitalisierung versetzt die Welt, in der wir leben und arbeiten, in einen fundamentalen Umbruch. Wie nie zuvor wandeln sich ganze Branchen und Lebensstile. Neue Werte- und Geschäftsmodelle für und durch die Digitalisierung werden zur Voraussetzung für die Wettbewerbsfähigkeit jedes Einzelnen. Die Digitalisierung wirkt sich auch auf unser kulturelles Miteinander aus. Und natürlich lautet die wichtigste Frage, die sich jetzt stellt: Wie kann eine humane digitale Zukunft aussehen?

Wie kann eine derartige Zukunft aussehen? 

In erster Linie geht es darum, dass alle Menschen, die gleichen Chancen und gleichen Zugriff auf digitale Technologien haben. Digitale Bildung, Befähigung und Handlung für jeden Menschen, unabhängig von Schulabschluss, Alter und Herkunft, ist die Kernvoraussetzung für die Teilhabe am gesellschaftlichen Leben und den beruflichen Erfolg. Ziel meiner Digitalisierungsinitiative ist es daher, digitales Wissen nahtlos in alltägliche Fähigkeiten, berufliche Qualifikationen und wettbewerbsfähige Geschäftsmodelle umzusetzen – schnell, pragmatisch und handlungsorientiert.

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(c) StartUp Burgenland
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Die Gründungszahlen gingen in den meisten österreichischen Bundesländern laut aktuellem Austrian Startup Monitor zuletzt zurück oder stagnierten. Große Ausnahme ist ausgerechnet das Bundesland mit der geringsten Bevölkerungszahl: Gerade in den vergangenen Krisenjahren stieg die Zahl der Neugründungen im Burgenland um nicht weniger als 65 Prozent.

Heute sind es insgesamt rund 90 Startups – und diese weisen laut Monitor noch eine weitere Besonderheit auf: Das Burgenland ist auch österreichweiter Spitzenreiter bei Profitabilität. Mehr als 60 Prozent der Startups im östlichsten Bundesland sind demnach bereits profitabel oder haben den Break-even erreicht.

StartUp Burgenland: 50 Startups seit dem Start 2021

Doch wie kommt es zu dieser Dynamik entgegen des österreichweiten Trends? Der Gründergeist hat sich in den vergangenen Jahren nicht zufällig im Burgenland etabliert. „Es gab früher keine Anlaufstelle, kein strukturiertes Programm. Wer hier gründen wollte, ist nach Wien oder Graz ausgewichen – oder hat es alleine versucht“, sagt Michael Sedlak. Er ist Leiter von StartUp Burgenland, das genau diesen Umstand in den vergangenen Jahren geändert hat.

Die Zahlen sprechen dabei für sich. Seit dem Start 2021 gingen durch die Inkubator- und Accelerator-Programme mehr als 50 Startups. 70 Prozent davon schafften den Markteintritt und schufen damit 129 Arbeitsplätze. Sie kommen auf eine Gesamtkapitalisierung von 10,7 Millionen Euro. Und dieser Impact zeigt sich auch in der Zufriedenheit der Teilnehmer:innen: 95 Prozent der Alumni empfehlen die Programme von StartUp Burgenland weiter.

CRANii: über Ärtztepraxen zu den Patient:innen

Eine der aktuellen Teilnehmer:innen ist Christiane Hofer-Marbet. Sie hat mit ihrer Schwester Katharina Koller-Hofer das Startup CRANii gegründet. Das app-gestützte Therapiekonzept für Kopf- und Kieferbeschwerden, vor allem die kraniomandibuläre Dysfunktion (CMD), bietet Patient:innen strukturierte Kieferphysiotherapie für zuhause. „Für die Patienten ist es oftmals schwierig, Therapieplätze zu finden, weil es zu wenige Spezialisten in dem Bereich gibt und es natürlich auch eine Kostenfrage ist. Wir haben eine Software entwickelt, bei der die Patienten an die Hand genommen werden, um zu Hause die Übungen gemeinsam mit uns zu machen“, erklärt Hofer-Marbet gegenüber brutkasten.

(v.l.) Die Therapeutinnen und Schwestern Christiane Hofer-Marbet und Katharina Koller-Hofer haben CRANii gegründet | (c) CRANii

Gerade erst vor wenigen Wochen gelauncht, führt der Weg zu den Patient:innen für CRANii über einen B2B2C-Ansatz, konkret über die Kooperation mit Ärztepraxen und Reha-Kliniken. „Momentan bedienen wir Reha-Kliniken, Zahnarztpraxen und HNO-Praxen österreichweit und weiten nun auf die Orthopädie und Neurologie aus.“ Dabei strecke man schon jetzt in der Launch-Phase die Fühler im gesamten DACH-Raum aus und führe etwa bereits Gespräche in der Schweiz.

„Wir sind Therapeutinnen und hatten von BWL am Anfang null Ahnung“

Nicht nur bei der Entwicklung dieser Go-to-Market-Strategie holte sich CRANii Unterstützung von StartUp Burgenland. „Ich glaube, ohne die Hilfe wären wir nicht da, wo wir heute stehen“, sagt Hofer-Marbet. „Wir kommen eigentlich nicht von der unternehmerischen Seite. Wir sind Physiotherapeutinnen und hatten von BWL am Anfang null Ahnung“, so die Gründerin. „Seit wir dabei sind, ist es krass: Unser Coach Felix Lenhard geht den Business-Plan Schritt für Schritt mit uns durch, wir sind in Coachings mit Silicon-Valley-Investoren und haben es jetzt drauf, auf Deutsch und auf Englisch aus dem Stegreif zu pitchen.“

Man habe angetrieben durch den zweiten Coach, Michael Sedlak, auch an Messen und Kongressen teilgenommen, man schätze die Struktur des Programms und: „Das Netzwerk, das uns an die Hand gegeben wird, ist einfach gigantisch“, so Hofer-Marbet.

„Die meisten Leute wollen etwas von dir, wenn sie dir so ein Netzwerk vermitteln.“

Diesen Aspekt betont auch Edris Paknehad: „Felix [Anm. Lenhard], Michael [Anm. Sedlak] und Raphaela [Anm. Graf] haben mir in Eins-zu-Eins-Betreuung überall geholfen, wo ich nicht weitergekommen bin, und wenn sie es selbst nicht wussten, haben sie immer Leute gefunden, die mir helfen konnten. Die meisten Leute wollen etwas von dir, wenn sie dir so ein Netzwerk vermitteln. Sie nicht.“

Edris Paknehad | (c) PAK Immo

Mit seinem E-Learning-Startup PAK Immo hat Paknehad bereits das Accelerator-Programm von StartUp Burgenland durchlaufen. Das Unternehmen hat mit seiner E-Learning-Plattform für die Befähigungsprüfung zum Baumeister eine Nische gefunden, die es erfolgreich besetzt. „Die Baubranche in Österreich ist extrem altmodisch. Man redet die ganze Zeit von Digitalisierung, etwa mit BIM [Anm. Building Information Modeling], aber was die Bildung angeht, ist alles sehr veraltet“, erklärt der Gründer.

PAK Immo: effizient genutzte Fahrzeit

So habe man für besagte Befähigungsprüfung bislang einen Kurs in Präsenz belegen müssen, der zwischen 15.000 und 18.000 Euro kostet. „Dabei ist man in dem Beruf zeitlich extrem eingeschränkt. Wenn man auch noch eine Familie hat, kann man sich unmöglich drei- oder viermal in der Woche in einen Kurs setzen. Das war auch bei mir damals der Fall. Ich habe viel Geld bezahlt und 70, 80 Prozent des Vorbereitungskurses verpasst. Ich dachte mir: Das muss besser gehen!“ PAK Immo biete mit seinen Kursen nicht nur einen um mehrere Tausend Euro günstigeren Preis. „Bei uns kann man die Inhalte anhören, wie einen Podcast. Ich sitze etwa auch heute vier Stunden im Auto, weil die Baustelle zwei Stunden Autofahrt entfernt ist. Das ist bezahlte Arbeitszeit und man kann sie gleichzeitig nutzen, um zu lernen“, so Paknehad.

Auch er bekam von StartUp Burgenland nicht nur Coachings, Netzwerk und Sichtbarkeit, sondern auch Unterstützung bei sehr konkreten Tasks, erzählt der Gründer: „Was mir besonders geholfen hat: Ich hatte am Anfang kein eigenes CRM-System. Hier wurde mir geholfen, eines aufzubauen – davor war das eher ein Chaos.“

„Du brauchst kein Silicon Valley. Du brauchst ein funktionierendes Ökosystem.“

Auch Paknehad betont die Struktur des Programms, die besonders am Anfang geholfen hat. Seitens StartUp Burgenland hat man diese zuletzt übrigens noch stärker individualisiert. Seit diesem Jahr gibt es keinen Batch-Betrieb und keinen fixen Zeitrahmen mehr, dafür zu 100 Prozent individuelle Begleitung. „Dein Fahrplan, dein Tempo“, fasst Michael Sedlak zusammen. Und er verrät das Erfolgsrezept des Programms: „Du brauchst kein Silicon Valley. Du brauchst ein funktionierendes Ökosystem. Und das gibt es im Burgenland.“

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