Digital Twin conceptual framework for improving critical infrastructure resilience

Abstract: Critical infrastructures are the backbone of our societies with increasingly complex and networked characteristics and high availability demands. This makes them vulnerable to a wide range of threats that can lead to major incidents. Resilience is a concept that describes a system’s ability to absorb and respond to disturbances, as well as to learn from the past and anticipate new threats. In this article, we apply the Digital Twin concept to the infrastructure domain to improve the system’s resilience capabilities. We conduct a comprehensive requirements analysis related to infrastructure characteristics, crisis management and resilience measures. As a result, we propose a Digital Twin Conceptual Framework for critical infrastructures. We conclude that the Digital Twin paradigm is well suited to enhance critical infrastructure resilience.
Kritische Infrastrukturen sind das Rückgrat unserer Gesellschaften, die zunehmend komplexer und vernetzter werden und hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit stellen. Dies macht sie anfällig für ein breites Spektrum an Bedrohungen, die zu größeren Störungen und Großschadenslagen führen können. Resilienz ist ein Konzept, das die Fähigkeit eines Systems beschreibt, Störungen zu absorbieren, auf sie zu reagieren sowie aus der Vergangenheit zu lernen und sich auf neue Bedrohungen vorzubereiten. In diesem Artikel wenden wir das Konzept des Digitalen Zwillings auf Infrastrukturen an, um die Resilienzfähigkeiten der Systeme zu verbessern. Wir führen eine umfassende Anforderungsanalyse in Bezug auf Eigenschaften der Infrastrukturen, Krisenmanagement und Resilienzmaßnahmen durch. Auf dieser Basis schlagen wir ein Rahmenkonzept für Digitale Zwillinge für kritische Infrastrukturen vor. Wir kommen zu dem Schluss, dass das Paradigma des Digitalen Zwillings gut geeignet ist, die Widerstandsfähigkeit kritischer Infrastrukturen zu verbessern.

Object Details

• Alternative title: Rahmenkonzept für Digitale Zwillinge zur Verbesserung der Resilienz kritischer Infrastrukturen
• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Englisch

References and Relationships

• Bibliographic citation: Digital Twin conceptual framework for improving critical infrastructure resilience ; volume:69 ; number:12 ; year:2021 ; pages:1062-1080 ; extent:19 ; Automatisierungstechnik ; 69, Heft 12 (2021), 1062-1080 (gesamt 19)

Contributors, Places and Time

• Creator: Brucherseifer, Eva ; Winter, Hanno ; Mentges, Andrea ; Mühlhäuser, Max ; Hellmann, Martin

Further information

• DOI: 10.1515/auto-2021-0104
• URN: urn:nbn:de:101:1-2405311603209.632333215744
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:54 AM CEST