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.

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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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(v.l.n.r.): Klaus Petraschka, geschäftsführender Gesellschafter von KPPK Ziviltechniker | Caroline Palfy, Baumeisterin und Geschäftsführerin von Loud4Planet Development | Renate Meßner, CEO von SynerGIS | Birgit Kraft-Kinz, stellvertretende Obfrau von CEOs FOR FUTURE GmbH | Martin Schiefer, Gründer und Partner von Schiefer Rechtsanwälte Fotocredit: CEOs FOR FUTURE / Martin Hron

Rund 67 Milliarden Euro gibt die öffentliche Hand in Österreich laut einer Analyse des Supply Chain Intelligence Institute Austria (ASCII) jährlich für Produkte und Dienstleistungen aus. Seit die Bundesregierung am 14. Oktober gemeinsam mit staatsnahen Unternehmen wie ÖBB, APG, Post und Verbund die „Made in Europe“-Deklaration unterzeichnet hat, sollen bei der Vergabe europäische Wertschöpfung, Versorgungssicherheit, Qualität und Lebenszykluskosten stärker zählen. Bis Jahresende soll ein Aktionsplan für strategische Beschaffung vorliegen.

Parallel dazu läuft in Brüssel die größte Reform des Vergaberechts seit Jahrzehnten. Wie beides zusammenpasst, war Thema eines Hintergrundgesprächs der Plattform CEOs for Future mit Schiefer Rechtsanwälte, KPPK Ziviltechniker, SynerGIS und Loud4Planet Development am 22. Oktober.

Aus drei Richtlinien wird eine Verordnung

Am 9. September 2026 hat die Europäische Kommission ihren Vorschlag für einen „Public Procurement Act“ vorgelegt. Die drei bestehenden Vergaberichtlinien sollen durch eine unmittelbar geltende Verordnung ersetzt werden, mit einfacheren Verfahren, einem gemeinsamen digitalen Vergabe-Ökosystem, dem Bestangebotsprinzip als Standard und einer stärkeren Ausrichtung auf Innovation, Nachhaltigkeit und Resilienz. Die Verordnung soll zwei Jahre nach ihrem Inkrafttreten gelten.

Martin Schiefer, Gründer und Partner von Schiefer Rechtsanwälte, hält die inhaltliche Richtung des Vorschlags für richtig, beim Zeitplan ist er skeptisch. Die Kommission wolle das Verfahren bis Ende 2027 abschließen, das sei sehr optimistisch gedacht. Mit der zweijährigen Übergangsfrist rechnet er frühestens 2030 mit neuen europäischen Regeln, und selbst das hält er für unsicher: Der Vorschlag sehe einen europäischen Datenraum für Beschaffung und einen zentralen elektronischen Eignungsnachweis vor, bei dem offen sei, wer die Verantwortung für die Aktualität der Daten trage. Das sei in dieser Zeit kaum umsetzbar.

Schwellenwerte seit 1995 nicht angepasst

Der zentrale Streitpunkt aus Schiefers Sicht sind die Schwellenwerte, ab denen europaweit ausgeschrieben werden muss. Sie liegen seit 1. Jänner 2026 EU-weit bei 5.404.000 Euro für Bauaufträge und 216.000 Euro für Liefer- und Dienstleistungsaufträge von Ländern, Gemeinden und den meisten anderen öffentlichen Auftraggebern, für Bundesstellen sind es 140.000 Euro. Zwar werden die Werte alle zwei Jahre an Wechselkurse angepasst, eine Anpassung an die Inflation gab es aber nie. Faktisch seien sie seit 1995 nicht indexiert worden, so Schiefer. Die Folge sei Aufwand ohne Nutzen: Bauprojekte im einstelligen Millionenbereich würden mit großem Aufwand europaweit ausgeschrieben, am Ende böten fast nur österreichische Unternehmen an.

Schiefer fordert deshalb eine Anhebung auf 15 Millionen Euro im Bau und mindestens vier bis fünf Millionen Euro bei Liefer- und Dienstleistungen. Die Kommission lehne das bisher ab und verweise auf das Government Procurement Agreement (GPA) der Welthandelsorganisation, in dem die Schwellenwerte festgelegt sind. Schiefer will das Thema trotzdem in die Verhandlungen bringen und sieht darin eine Tauschmasse: Die Mitgliedstaaten könnten der Verordnung zustimmen und im Gegenzug höhere Schwellenwerte erhalten.

Nicht auf Brüssel warten

Regionale Wertschöpfung lasse sich schon heute über nationale Spielräume steuern, auf die europäische Initiative müsse niemand warten, ist Schiefer überzeugt. „Als Pioniere der Buy-European-Bewegung arbeiten wir seit Jahren auf diesen Moment hin. Vergaberecht ist Zukunftsrecht. Schon heute erleichtern Losvergaben KMU den Zugang, das Bestbieterprinzip berücksichtigt Qualität und Wertschöpfung vor Ort“, sagt Schiefer. Als Beispiele nennt er den 2026 mit seiner Kanzlei erarbeiteten Vergabeleitfaden der WKO Steiermark und den Leitfaden „Rot-Weiß-Rote Vergaben“ der Gewerkschaft BAU-HOLZ (GBH).

Zugleich warnt Schiefer vor Überdehnung: „Made in Europe“ dürfe nicht die Wettbewerbsfähigkeit kosten. Bei Rohstoffen, seltenen Erden und KI spiele Europa derzeit keine relevante Rolle, und Photovoltaik aus China brauche man für die Klimawandelanpassung. Es gelte, eine Balance zwischen Wettbewerbsfähigkeit und Resilienz zu halten.

Das Ende des Billigstbieters

Einig war sich die Runde, dass der reine Preisfokus der öffentlichen Hand teuer kommt. Gebäude müssten über ihre Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten gerechnet werden, nicht über eine Legislaturperiode, so Schiefer. Viele Beschaffer hätten Angst vor dem Rechnungshof, weil sich ein Preis leichter rechtfertigen lasse als ein Preis plus Qualität.

Caroline Palfy, Baumeisterin und Geschäftsführerin von Loud4Planet Development, sieht das ähnlich: „Das muss sich lohnen: Bei öffentlichen Vergaben soll der Bestbieter zum Zug kommen, nicht der Billigstbieter. Dafür braucht es bundesweit einheitliche, transparente und verbindliche Maßstäbe.“

Wie hoch der Aufwand für kleine Anbieter ist, zeigt die Planungsbranche: Bei offenen Verfahren investieren oft 30 bis 40 Architektur- und Ingenieurteams mehrere tausend Stunden. „Gezielte Direktvergaben entlasten Planungsbüros spürbar“, erklärt Klaus Petraschka, geschäftsführender Gesellschafter von KPPK Ziviltechniker. Renate Messner, CEO von SynerGIS, sieht in Daten den Schlüssel, um Herkunft und Lebenszykluskosten bewertbar zu machen: „Auch im Vergabeverfahren wird Datenqualität zunehmend zum echten Wettbewerbsfaktor.“

Für CEOs for Future ist der angekündigte Aktionsplan die Gelegenheit, das Bekenntnis der Deklaration in konkrete Vergaben zu übersetzen. „Rund 67 Milliarden Euro an öffentlichen Aufträgen sind ein starker Hebel für den Neubau. Als starke Stimme aus der Wirtschaft wollen wir ihn nutzen – für einen fossilfreien, ressourcenschonenden und erfolgreichen Standort. Unser Credo: Gemeinsam ins Tun kommen!“, sagt Birgit Kraft-Kinz, stellvertretende Obfrau der Plattform.

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