An architecture of an Intelligent Digital Twin in a Cyber-Physical Production System

Abstract: The role of a Digital Twin is increasingly discussed within the context of Cyber-Physical Production Systems. Accordingly, various architectures for the realization of Digital Twin use cases are conceptualized. There lacks, however, a clear, encompassing architecture covering necessary components of a Digital Twin to realize various use cases in an intelligent automation system. In this contribution, the added value of a Digital Twin in an intelligent automation system is highlighted and various existing definitions and architectures of the Digital Twin are discussed. Flowingly, an architecture for a Digital Twin and an architecture for an Intelligent Digital Twin and their required components are proposed, with which use cases such as plug and produce, self-x and predictive maintenance are enabled. In the opinion of the authors, a Digital Twin requires three main characteristics: synchronization with the real asset, active data acquisition from the real environment and the ability of simulation. In addition to all the characteristics of a Digital Twin, an Intelligent Digital Twin must also include the characteristics of Artificial Intelligence. The Intelligent Digital Twin can be used for the realization of the autonomous Cyber-Physical Production Systems. In order to realize the proposed architecture for a Digital Twin, several methods, namely the Anchor-Point-Method, a method for heterogeneous data acquisition and data integration as well as an agent-based method for the development of a co-simulation between Digital Twins were implemented and evaluated.
Der Digitale Zwilling im Kontext von Cyber-physischen Produktionssystemen gewinnt zunehmend an Bedeutung. Dementsprechend werden verschiedene Architekturen für die Realisierung des Digitalen Zwillings entwickelt. Es fehlt jedoch eine klar definierte Architektur, die alle notwendigen Komponenten des Digitalen Zwillings einschließt, um verschiedene Anwendungsfälle in einem intelligenten Automatisierungssystem zu realisieren. In diesem Beitrag wird der Mehrwert eines Digitalen Zwillings in einem intelligenten Automatisierungssystem hervorgehoben und verschiedene bestehende Definitionen und Architekturen des Digitalen Zwillings werden diskutiert und bewertet. Anschließend wird eine Architektur eines Digitalen Zwillings und eine Architektur für einen Intelligenten Digitalen Zwilling mit den erforderlichen Komponenten vorgeschlagen, um Anwendungsfälle wie „Plug and Produce“, „Self-x“ und „Predictive Maintenance“ zu realisieren. Nach Ansicht der Autoren erfordert ein Digitaler Zwilling in jedem Fall eine Synchronisation mit dem realen System, eine aktive Datenerfassung aus dem realen Umfeld und die Fähigkeit zur Simulation. Zusätzlich zu diesen Merkmalen des Digitalen Zwillings benötigt ein intelligenter Digitaler Zwilling auch Eigenschaften der Künstlichen Intelligenz. Zur Realisierung der vorgeschlagenen Architektur des Digitalen Zwillings werden verschiedene Methoden, namentlich die Anker-Punkt-Methode, ein Verfahren zur heterogenen Datenerfassung und Datenintegration sowie ein agentenbasiertes Verfahren zur Co-Simulation zwischen Digitalen Zwillingen, vorgestellt und evaluiert.

Object Details

• Alternative title: Eine Architektur für einen intelligenten Digitalen Zwilling in einem Cyber-Physischen Produktionssystem
• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch

References and Relationships

• Bibliographic citation: An architecture of an Intelligent Digital Twin in a Cyber-Physical Production System ; volume:67 ; number:9 ; year:2019 ; pages:762-782 ; extent:21 ; Automatisierungstechnik ; 67, Heft 9 (2019), 762-782 (gesamt 21)

Contributors, Places and Time

• Creator: Ashtari Talkhestani, Behrang ; Jung, Tobias ; Lindemann, Benjamin ; Sahlab, Nada ; Jazdi, Nasser ; Schloegl, Wolfgang ; Weyrich, Michael

Further information

• DOI: 10.1515/auto-2019-0039
• URN: urn:nbn:de:101:1-2023041814142060803667
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:52 AM CEST