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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Die Solvay Library in Brüssel hat etwas festlich Anmutendes. Der Raum wird von indirektem Tageslicht durchflutet, dezentes künstliches Licht sorgt für eine heimelige Stimmung. Vorne stehen drei Talkshow-Sessel, der mittlere ist stark ausgeleuchtet. Auf ihm wird später der Europa-Chef von Philip Morris International, Marco Hannappel, Platz nehmen. Der weltweit führende private Tabakproduzent veranstaltet ein Event, bei dem er neben seiner EU-Wertschöpfung auch seine Transformation weg von herkömmlichen Zigaretten hin zu einer selbsternannten „rauchfreien Zukunft“ bewirbt. Wobei „rauchfrei“ hier E-Zigaretten, Tabakerhitzer und Nikotinbeutel inkludiert.

Gleich vorweg: Philip Morris präsentiert in knapp 60 Minuten und auf 52 Seiten seinen EU Economic Footprint 2026, wobei die Daten von EY-Parthenon verarbeitet wurden. Die Marke, die zum Wirtschaftsprüfungs- und Beratungsnetzwerk EY gehört, schreibt im Disclaimer: „Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Daten von uns nicht unabhängig geprüft oder verifiziert wurden. Daher übernimmt EYP keine Gewähr oder Garantie für die Richtigkeit, Zuverlässigkeit oder Vollständigkeit der von PMI bereitgestellten Daten.“ Wenig überraschend fällt der Bericht sehr gut für den Tabakriesen aus. Philip Morris International liefere über 300 Milliarden Euro Gesamtbeitrag zur EU und sei für rund 0,4 Prozent des EU-BIP verantwortlich.

Alternative Produkte wie E-Zigaretten als „die bessere Wahl“

„Die Nachfrage nach den Nikotinprodukten ist da. Natürlich ist es immer am besten, gänzlich auf Tabak- und Nikotinprodukte zu verzichten. Für erwachsene Raucherinnen und Raucher, die andernfalls weiter rauchen würden, sind rauchfreie Alternativen die bessere Wahl als das Fortsetzen des Zigarettenkonsums“, erklärt Philip Morris Austria. Seine Antworten erhält brutkasten von der Presseabteilung.

Philip Morris versucht daher, eine Branche neu zu denken, und das nicht seit gestern, wie brutkasten berichtete. IQOS, Philip Morris’ eigene Marke für Tabakerhitzer, wurde vor über zehn Jahren in den Markt eingeführt. „Wenn es um innovative Produkte geht, dann ist IQOS unsere wichtigste Plattform. Wir entwickeln sie ständig weiter in Richtung höherer Leistung und geringerer Emissionen“, sagt Hannappel gegenüber brutkasten. Neu sind jedoch die Dimensionen, die Philip Morris erreicht. Im vierten Quartal dieses Jahres werden laut eigenen Angaben bereits 50 Prozent der Nettoumsätze in Europa mit alternativen Produkten erwirtschaftet.

Technologieunternehmen Philip Morris

Philip Morris möchte sich weg vom klassischen Tabakunternehmen und Zigarettenhersteller hin zu einem Technologieunternehmen entwickeln (brutkasten berichtete). So betreibt Philip Morris in Portugal ein Zentrum für generative KI, um globale Geschäftsabläufe zu unterstützen, wobei KI-Technologien eingesetzt würden, um die Entscheidungsfindung zu verbessern, Prozesse zu automatisieren und die Unternehmensleistung zu steigern. Für Philip Morris ein wichtiger Schritt, um die Transformation umsetzen zu können.

Im April dieses Jahres gab Philip Morris die Umgestaltung eines Werkes in Berlin-Neukölln bekannt. Anstatt Zigaretten zu produzieren, wird hier an Zukunftstechnologien wie KI oder Robotik gearbeitet.

Europa beschreibt Philip Morris International in seinem Bericht als globalen Hub für „Innovation, Produktion und Export“. Sein Zentrum für Innovationen betreibt Philip Morris International im schweizerischen Neuchâtel, wo Wissenschaftler und Ingenieure an den alternativen Produkten arbeiten. 2,2 Milliarden sollen hier zwischen 2021 und 2025 in die Forschung und Entwicklung investiert worden sein.

Philip Morris und Startups

Der Tabakriese setzt auch auf innovative Ideen von Startups. In dem Projekt „Be Leaf – Be The Future“ entwickeln sie Lösungen in den Bereichen der Agrartechnologie, Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft. Ein Beispiel ist das bayerische Startup Bioplasmar, das eine biologisch abbaubare Alternative zu herkömmlichem Kunststoff herstellt.

Auch in der österreichischen Startup-Szene ist Philip Morris aktiv. Im Mai diesen Jahres erwarb das Unternehmen mit seiner Tochter Aspeya 5,7 Prozent von Waterdrop im Zuge einer Finanzierungsrunde von insgesamt über 100 Millionen Euro.

Zielgruppe: Keine neuen Raucher:innen

„Wenn du bei uns in Wien in die Boutique gehst und sagst ‚Ich hätte gern das Produkt‘, dann ist die erste Frage, die dir gestellt wird: ‚Bist du volljährig'“, erklärt Philip Morris Austria. Auch online will man entsprechende Altersüberprüfungen durchführen. In Österreich arbeitete Philip Morris daher an einem Pilotprojekt zur Altersschätzung per Gesichtserkennung. Auch hier soll KI unterstützen.

„Wenn du volljährig bist, wirst du beraten. Aber nur, wenn du die zweite Frage auch mit ‚Ja‘ beantwortest, und zwar: ‚Sind Sie Konsument von Nikotin- oder Tabakprodukten?'“, heißt es von Philip Morris Austria. Man wolle nicht die Firma sein, über die Menschen mit dem Rauchen beginnen.

Kurzum: Philip Morris präsentiert sich als Unternehmen, das verantwortungsvoll mit sensiblen Themen wie Nikotin umgeht.

Der offene Brief von Frankreich und Co.

Ein Grund dafür kann der wachsende politische Druck sein. Am 6. Oktober schrieben sieben EU-Staaten rund um Frankreich und Spanien einen offenen Brief an den EU-Kommissar für Gesundheit und Tierschutz, Olivér Várhelyi. Sie sehen Regulierungslücken in der Produkt- und Werberichtlinie der Tabakindustrie. Daher fordern sie einen Stopp, neue Produkte „mit Hilfe von aggressivem Marketing und unbegründeten Behauptungen über ein geringeres Risiko auf den europäischen Markt zu bringen, mit dem Ziel, (junge) EU-Bürger zum finanziellen Vorteil der Industrie abhängig zu machen.“ Außerdem fordern die EU-Staaten für alle Produkte ein Aromenverbot sowie ein vollständiges Verbot von Nikotinbeuteln.

Hannappel hat mittlerweile auf dem Podium Platz genommen, seine Präsentation ist vorbei und er beantwortet Fragen von Journalist:innen aus ganz Europa. Angesprochen auf ein Nikotinbeutel-Verbot in Ländern wie z. B. Frankreich antwortet er: „Meiner Ansicht nach sind Verbote nie eine gute Option, weil dann in einigen Fällen illegale Märkte entstehen und man die Möglichkeit verliert, die Konsumenten zu erreichen.“

Das Event stand zwar im Zeichen des Economic Footprint, zeigt aber auch eine Firma, die versucht, sich an eine veränderte Welt anzupassen. Die Marschrichtung hin zu alternativen Produkten will man weiter verfolgen. Hannappel meint, ein solches Event jedes Jahr machen zu wollen, um ein besseres Verständnis in Europa zu erzeugen. Jedenfalls wird Philip Morris gespannt nach Brüssel blicken. Denn die nächste richtungsweisende Entscheidung der EU-Kommission bezüglich der geplanten Überarbeitung des Rechtsrahmens soll noch bis Ende 2026 fallen.


Transparenzhinweis: Die Reise- und Aufenthaltskosten wurden von Philip Morris Austria übernommen. Auswahl und Bewertung der Themen erfolgten unabhängig davon.

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