Precisie van Digital Twin Data-modellen is de sleutel tot succes

De belangrijkste punten uit dit artikel zijn:

• De digitale tweeling staat nog in de kinderschoenen, maar versnelt de digitale transformatie in de industriële sector en elders.
• COVID-19 heeft digital twin-technologie nieuwe relevantie gegeven, wat helpt bij taken als monitoring op afstand, voorspellend onderhoud en geautomatiseerde verwerking.
• Betrouwbaarheid van digitale tweelingmodellen hangt echter af van de precisie van digitale tweelinggegevensmodellen.

Digitale tweelingen zijn belangrijke hulpmiddelen wanneer bedrijven de weg van digitale transformatie bewandelen. Ondanks een science-fiction-achtige status, zijn digitale tweelingen begonnen op te duiken in het echte leven en in industriële en andere omgevingen.

Hoewel digitale tweelingen nog in de kinderschoenen staan, zijn ze al begonnen om de digitaliseringsinspanningen van bedrijven drastisch te ondersteunen. Definities blijven vloeibaar in het zich nog steeds ontwikkelende veld. Voor sommigen is een digitale tweeling een prototype in de ontwerpfase, een instantie wanneer deze wordt ingezet, of een aggregaat wanneer deze wordt gecombineerd met andere tweelingen in operaties. Sommigen snijden de taart anders en categoriseren tweelingen als activa-tweelingen, netwerk-tweelingen of proces-tweelingen.

Overweeg enkele van deze toepassingen van digitale tweelingen en hun convergentie met Internet of Things (IoT)-apparaten:

• Vooruitgang neemt verschillende vormen aan:het Havenbedrijf Rotterdam heeft digitale tweelingen en sensoren van IBM gebruikt om efficiënte lig- en vertrektijden te voorspellen.
• Power Industry Asset Manager CPV gebruikt GE Digital prestatiebeheersoftware om een ​​digitale tweeling van kritieke fabrieksprocessen te creëren, terwijl AI wordt toegepast om de capaciteit te verhogen en het brandstofverbruik te verminderen.
• Ford heeft voorspellende digitale tweelingtechnologie geïntegreerd in zijn productieprocessen voor auto-aandrijflijnen.
• Atos en Siemens hebben een digital twin-pilot uitgevoerd die deel uitmaakt van de inspanningen van grote farmaceutische bedrijven om te reageren op de kritieke pandemische productiedruk van COVID-19.

Deze en andere digitale tweelingvoorbeelden combineren verschillende verschillende technologieën, waaronder computersimulatie, productlevenscyclusbeheer, softwaremodellering, virtuele en augmented reality, robotica, machine learning en meer. Digitale tweelingen creëren steeds geavanceerdere virtuele softwarerepresentaties van objecten en systemen, en feedback van hun "digitale threads" kan ontwerpopties informeren. Dat data tussen producten, processen of modellen in sommige gevallen de end-to-end operaties actief kan begeleiden.

Tegenwoordig biedt de digitale tweeling in het industriële IoT IT-managers een nieuwe kijk op bekende afwegingen. Er zijn kansen, maar er zijn ook risico's op deze grens - aangezien uitvoerders zorgvuldig hightech-vergezichten moeten distilleren in hun eigen digitale dubbele gebruiksscenario's.

Digital Twin Tech:langdurig succes van de ene op de andere dag

Zoals de meeste 'overnight success'-verhalen, zijn digitale tweelingen niet nieuw. NASA's gebruik van simulatie in het Apollo-ruimteprogramma droeg de kiemen van digitale tweelingtechnologie. De basis voor de tweeling van vandaag werd veel mogelijk gemaakt door vooruitgang in computer-aided drafting (CAD) en volumetrische modellering die teruggaat tot de jaren zeventig. De term "digitale tweeling" begon 20 jaar geleden aan populariteit te winnen op het gebied van productlevenscyclusbeheer. Vandaag telt GE meer dan 2 miljoen digitale tweelingen in productie. Tesla zou een digitale tweeling maken van elke auto die het verkoopt.

Maar als digitale tweelingen een lang verhaal hebben, hebben ze nieuwe relevantie gevonden in het heden. COVID-19 heeft digitale tweelingen in de schijnwerpers gezet. Bewaking van activa op afstand, voorspellend onderhoud en procesautomatisering waren al geschikte doelen voor tweelingen, maar COVID-19 heeft gezorgd voor meer grondgedachten.

Uit een recent onderzoek van Gartner blijkt dat 27% van de bedrijven van plan is om digitale tweelingen te gebruiken als autonome apparatuur, robots of voertuigen. De COVID-19-ervaring is een grote drijfveer. Het onderzoeksbureau verwacht dat tegen 2023 een derde van de middelgrote tot grote bedrijven met IoT ten minste één digitale tweeling zal hebben geïmplementeerd die wordt gemotiveerd door een COVID-19-gerelateerde use case.

De vader van de digitale tweeling

Nieuw voor de digitale tweeling van vandaag is dat ze gebruik kunnen maken van het Industrial Internet of Things (IIoT). Volgens dr. Michael Grieves is het benutten van IoT-sensorgegevens een sleutel tot de volgende fase in digitale tweelingen. Hij wordt algemeen beschouwd als de eerste die het concept van de digitale tweeling in de productie naar voren heeft gebracht, waarmee hij in 2002 de basis legde.

IoT stond centraal toen Grieves onlangs sprak op de Digital Twin Summit van de American Society of Mechanical Engineers (ASME). Er is werk aan de winkel, adviseerde hij.

"We moeten in principe in staat zijn om de IoT-informatie van de producten zelf te verzamelen en die informatie samen te brengen", zegt Grieves, nu hoofdwetenschapper voor geavanceerde productie bij Florida Tech.

Hij zei dat het verzamelen van digitale tweelinggegevens tegenwoordig meestal ad hoc is, maar dat de focus binnenkort zal liggen op de integratie van een digitale tweeling in een grotere fabrieksomgeving. De volgende stap voor digitale tweelingen, zei hij, is "operationele instandhouding". De combinatie van AI en machine learning met realtime sensorgegevens zal volgens hem de 'intelligente digitale tweeling' inluiden. Met dergelijke implementaties beweegt een digitale tweeling zich verder weg van zijn wortels in simulatie en prototypemodellering, en dieper in de lopende operaties.

Digitale dubbele gegevens

Het potentieel voor digitale tweelingen in industriële omgevingen draait vooral om het creëren van operationele efficiëntie. Kleine besparingen op resources, processtappen of uitvaltijd kunnen worden opgeschaald naar grote besparingen in de hele onderneming.

Succesvolle implementatie is afhankelijk van een zorgvuldige afweging van trouw; dat wil zeggen, het nauwkeurigheidsniveau van parameters die een digitale tweeling overbrengt tussen de fysieke en virtuele domeinen.

Fidelity hangt nauw samen met de nauwkeurigheid van de verzameling van digitale dubbele gegevens, die zorgvuldig moet worden beheerd op basis van de gebruikssituatie. Niet alle gegevens zijn nodig om een ​​digitale tweeling zijn werk te laten doen, maar om de focus van gegevensverzameling te verkleinen, kan vallen en opstaan ​​nodig zijn.

En, zoals altijd, moet een duidelijke bedrijfsdoelstelling de algehele inspanning sturen, hebben branche-watchers benadrukt.

Volgens Dan Isaacs, vice-president en directeur van het CTO Digital Twin Consortium, is de vraag:"Voor welke taak wordt de digitale tweeling ingehuurd?"

“We hebben een mix van benaderingen gezien. Maar het is het beste om te beginnen met een duidelijk gedefinieerd probleem, om doelen na te streven, zoals het verhogen van de productiviteit en het verminderen van uitvaltijd, om je te concentreren op wat haalbaar is,” zei hij.

Issacs beschreef het Digital Twin Consortium als een programma gelanceerd door de Object Management Group (OMG) om standaarddefinities te bereiken en sectoroverschrijdende inspanningen te combineren. Hij zei dat de groep is gegroeid tot bijna 150 leden sinds de oprichting eerder dit jaar. Op de ledenlijst staan ​​Autodesk, Bentley Systems, Dell, GE Digital, Microsoft, Northrop Grumman en de University of Maryland.

Met de digitale tweeling moeten zowel uitvoerders als architecten de latentievereisten van systemen begrijpen, volgens Said Tabet, hoofdarchitect in het CTO Office bij Dell Technologies en bestuurslid van het OMG's Industrial Internet Consortium.

"Niet alles is realtime en niet alle realtime is gelijk," zei Tabet. Met andere woorden, het nastreven van ultra-realtime responspercentages is misschien niet haalbaar of noodzakelijk.

Ondertussen is het ook belangrijk om aandacht te besteden aan de synchronisatie tussen het fysieke en het digitale.

“Het implementeren van een volwassenheidsmodel zal dit proces helpen sturen. En als het gaat om de granulariteit van [gegevens], is het belangrijk om je te concentreren op de resultaten en de eerste resultaten, aangezien deze zullen variëren afhankelijk van de gebruikssituaties”, waarschuwde Tabet.

Supply chains en logistiek zijn gebieden waar digitale tweelingen voet aan de grond krijgen, en in termen van modellering bieden ze voorbeelden van hoe beslissingen over de trouw aan de natuurkunde van digitale tweelingen kunnen worden genomen, zei Sameer Kher, senior directeur voor digitale tweelingen bij Ansys, maker van Twin Builder-software.

"In de toeleveringsketen zijn er kritische componenten, en sommige hiervan moeten op een dieper niveau van betrouwbaarheid worden gemodelleerd", zei Kher. ”Producten hebben natuurkunde.”

Als voorbeeld wees hij op handontsmettingsmiddelen, het voorwerp van goed gerapporteerde productielijnconversies tijdens de eerste dagen van de COVID-19-pandemie.

Metingen van de viscositeit van vloeistoffen die handdesinfecterende middelen bevatten - en de tegendruk die ze op apparatuur kunnen uitoefenen - kunnen een essentieel onderdeel zijn van digitale tweelingproductiemonitoring.

Digitale tweelingen in ontwerpstadia maken een wat-als-analyse mogelijk die de bedrijfsvoering verbetert, zei hij.

Overdenk Digital Twin Design niet

Potentiële gebruikers moeten op hun hoede zijn bij het maken van digitale tweelingmodellen, volgens Jim Tung, fellow bij MathWorks, maker van Simulink en andere modelleringstools.

"Soms is een volledig betrouwbaar, discreet simulatiemodel van een volledige workflow gewoon overkill", zei hij. Gebruikers kunnen zich in plaats daarvan concentreren op bijzonder dure activa. Door deze elementen sneller door een productiewachtrij te verplaatsen, kunnen kostenvoordelen worden behaald.

"In elk geval is het belangrijk om de bedrijfswaarde te begrijpen", zei Tung. Dat komt omdat gebruikers van die beslissing worden geleid om vragen te beantwoorden over de juiste getrouwheid van het digitale tweelingmodel, gaf hij aan.

Hoe indrukwekkend digital twin-technologie ook kan zijn, technologie is niet het punt, herinnert Niels Thomsen, hoofd van de Insight Practice voor IoT en AI bij Atos SE.

"Je moet beginnen met de zakelijke invalshoek," zei hij. In het werk van Atos in de farmaceutische industrie betekende dat starten met kritische processen die de algehele kwaliteit van chemische batches bepalen.

Dat vereist het bouwen van een digitaal tweelingmodel om tegen te meten, werkelijke chemische mengsels in realtime met dat model te vergelijken en - in sommige gevallen - automatisch parameters zoals temperatuur, druk en stroomsnelheid aan te passen om de resulterende kwaliteit van het mengsel te verbeteren.

Digital Twin Maturity-modellering

Volgens Dr. Annie Zeng is de weg naar de digitale tweeling van vandaag lang geweest voor de toonaangevende autofabrikant Ford. Ford begon op dit pad 30 jaar geleden, zei Zeng, herinnerend aan de dagen van "C3P", wat staat voor CAD/CAM/CAE/PIM, of computer-aided design/computer-aided manufacturing/computer-aided engineering/productinformatiebeheer .

Tegenwoordig heeft Ford modellen van zowel onderdelen als processen, zodat tweelingmodellen van belangrijke auto-onderdelen kunnen worden gemonitord in de context van algemene modellen van fabrieksoperaties, zei Zeng, technisch expert voor digitale tweeling en AI bij Ford's Advanced Manufacturing-groep. Zeng sprak net als Grieves op de ASME Digital Twin Summit.

Voor Ford, zei Zeng, is een digitale tweeling eigenlijk een verzameling gegevens die het product en de productie vertegenwoordigen.

"Onze visie is om tijdige toegang tot - en inzichten - uit relevante gegevens te bieden", zei ze. Dat betekent samenwerken met teams om te ontdekken welke datapunten het meest actueel en relevant zijn voor hun zoektocht naar efficiëntie. Het project begint met het vragen van teams om te gaan zitten en te bespreken welke gegevens het meest direct en nuttig zijn.

In de ervaring van Zeng moeten digitale tweelingbouwers de relatieve volwassenheid van de overwogen technologie meten. Volgens Zeng zijn de volgende vragen:"Is het nu? Het is dichtbij? Is het ver?”

"Het antwoord zal anders zijn, afhankelijk van wat uw bedrijf wil bereiken", zei ze. Andere vragen die u moet beantwoorden, zijn of u de volledige technologie intern wilt ontwikkelen, of welk deel van de technologie u in-house wilt ontwikkelen.

De antwoorden op deze vragen moeten rekening houden met welk type ontwikkelings- of implementatiekader een gebruiker heeft. "Ik wed dat elk bedrijf een soort raamwerk zal hebben", merkte Zeng op. "Als je dat niet doet, kun je er maar beter een hebben."

Digitale tweelingen zijn geen videogames

Als onderdeel van de ASME-top werd digitale tweelingvisionair Grieves gevraagd wat bedrijfsleiders moeten weten voordat ze digitale tweelingen opnemen.

"Allereerst moeten ze begrijpen dat het geen videogame is", zei Grieves. “Het gaat eigenlijk om data die uit het echte leven binnenkomen en daar iets mee kunnen doen.”

Het verzamelen van gegevens moet met gezond verstand worden benaderd, hield hij vol. Het is dus niet een kwestie van elk datapunt verzamelen.

"Een van de dingen waar ik voor waarschuw, is het [verzamelen] van enorme hoeveelheden 'gegevens', maar geen 'informatie'", zei hij. Het is dus van cruciaal belang om te kijken naar wat voor soort gegevens in elk geval specifiek nodig zijn.

Het belangrijkste in gesprekken met de zakelijke kant, zei Grieves, is om te focussen op use-cases waar probleempunten al algemeen bekend zijn.

“Waar haal je waarde vandaan? Als de zakenmensen denken:'Ik moet al dit geld uitgeven om ergens een mooi beeld van te krijgen', dan gaan ze het niet doen', zei hij. "Je moet dit in feite terugbrengen tot wat de waardepropositie is."

Toch:“Je kunt de accountants niet te vroeg binnenlaten”, voegt Grieves er misschien met een knipoog aan toe. "Zij zijn de moordenaars van vreugde."