A pattern catalog for augmenting Digital Twin models with behavior

Abstract: Digital Twins are emerging as a solution to build and extend existing software systems to make better use of data produced by physical systems. For supporting the development of Digital Twins, several software vendors are offering dedicated tool support, often referred to as Digital Twin platforms. The modeling capabilities of these platforms are mostly concerned with structural viewpoints, i.e., providing an overview of available components including their current and historical sensor values. However, behavioral viewpoints did not yet receive much attention on these platforms. As behavioral models are often used during the design processes, e.g., for simulation and synthesis, it would be beneficial for having them included in Digital Twin platforms, e.g., for reasoning on the set of possible next actions or for checking the execution history to perform runtime validation. In this paper, we present a catalog of modeling patterns for augmenting Digital Twin models with behavioral models and their corresponding runtime information without requiring any extension of the code bases of Digital Twin platforms. We demonstrate the presented modeling patterns by applying them to the Digital Twin platform offered by Microsoft, in an additive manufacturing use case of a 3D printer in a production line.
Digitale Zwillinge entwickeln sich zu einer Lösung für den Aufbau und die Erweiterung bestehender Softwaresysteme, um die von physischen Systemen erzeugten Daten besser nutzen zu können. Um ihre Entwicklung zu unterstützen, bieten mehrere Softwareanbieter spezielle Tools an, die oft als Digital Twin-Plattformen bezeichnet werden. Die Modellierungsmöglichkeiten dieser Plattformen beziehen sich hauptsächlich auf strukturelle Gesichtspunkte, d.h., sie bieten einen Überblick über die verfügbaren Komponenten einschließlich ihrer aktuellen und historischen Sensorwerte. Da Verhaltensmodelle häufig während des Entwurfsprozesses verwendet werden, z. B. für Simulationen, wäre es von Vorteil, wenn sie in Digital Twin-Plattformen enthalten wären, z. B. um die möglichen nächsten Aktionen zu bestimmen oder die Ausführungshistorie zu überprüfen, um eine Laufzeitvalidierung durchzuführen. In diesem Beitrag stellen wir einen Katalog von Modellierungsmustern vor, mit denen die Modelle des Digitalen Zwillings um Verhaltensmodelle und die entsprechenden Laufzeitinformationen erweitert werden können, ohne dass eine Erweiterung der Codebasen erforderlich ist. Wir demonstrieren die Muster anhand eines 3D Drucker Anwendungsfalls, indem wir sie auf die von Microsoft angebotene DT-Plattform anwenden.

Angaben zum Objekt

• Weitere Titel: Ein Musterkatalog zur Erweiterung von digitalen Zwillingsmodellen um Verhaltenssichten
• Standort: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Umfang: Online-Ressource
• Sprache: Englisch

Verweise und Beziehungen

• Erschienen in: A pattern catalog for augmenting Digital Twin models with behavior ; volume:71 ; number:6 ; year:2023 ; pages:423-443 ; extent:20 ; Automatisierungstechnik ; 71, Heft 6 (2023), 423-443 (gesamt 20)

Beteiligte, Orts- und Zeitangaben

• Urheber: Lehner, Daniel ; Sint, Sabine ; Eisenberg, Martin ; Wimmer, Manuel

Weitere Informationen

• DOI: 10.1515/auto-2022-0144
• URN: urn:nbn:de:101:1-2023060714422793329904
• Rechteinformation: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Letzte Aktualisierung: 14.08.2025, 10:54 MESZ