Digitale tweelingen in productie:gebruik, voordelen en uitdagingen

Digitale tweelingen bieden fabrikanten nieuwe manieren om producten en faciliteiten te ontwerpen, bewaken en beheren. Hoewel het basisconcept van de digitale tweeling al meer dan tien jaar bestaat, maken de recente introductie en het grootschalige gebruik van connectiviteitstechnologieën en -diensten zoals Edge Compute, het Internet of Things (IoT) en 5G digitale tweelingen nu praktisch voor industriële toepassingen .

Echter, net als bij het gebruik van nieuwe technologie in commerciële omgevingen, zijn er uitdagingen die moeten worden overwonnen, moeten cases worden gedefinieerd, best practices kunnen worden geleerd en is het nodig om de waarde van digital twin-gebruik voor het bedrijf aan te tonen. Om deze en andere problemen op te lossen, ging RTInsights om tafel zitten met ToddEdmunds, Director Industrial IoT and Edge Strategy bij Dell Technologies.

We onderzochten waarom er grote belangstelling is voor digitale tweelingen voor productie, bespraken de ondersteunende technologieën, de use-cases, obstakels en hoe aan de slag te gaan met het gebruik van digitale tweelingen.

Zie ook: Centrum voor Edge Computing en 5G

Digitale Twinsin-productie

RTinsights: Wat zijn digitale tweelingen en waarom zijn ze geïnteresseerd in het gebruik ervan in de productie?

Edmunds: Digitale tweelingen zijn virtuele kopieën van werkelijke fysieke objecten, systemen of organisaties. En wanneer u ze combineert met realtime gegevens, kunnen ze waardevolle inzichten opleveren in de werking van dat object, systeem of organisatie. In de productie kunnen er meerdere verschillende soorten digitale tweelingen zijn, maar de industrie probeert het nog steeds eens te worden over hoe ze moeten worden genoemd. Laten we beginnen met operationele digitale tweelingen. Operationele digitaltwins laten je de vraag stellen en beantwoorden:wat is er nu aan de hand? Wat gebeurt er bijvoorbeeld met de robots in mijn fabriek. Bij dit type digital twin kan een fabrikant ook de vraag stellen:wat moet ik nu in mijn fabriek doen? Moet ik voorspellend onderhoud uitvoeren aan deze robots? Hoe kan ik die digitale tweeling gebruiken om te kijken naar kwaliteitsstatistieken op langere termijn met betrekking tot de producten die ik produceer?

Dan is er de volgende generatie van de digitale tweeling, een simulatie-tweeling op een hoger niveau. Hiermee kunt u de vraag stellen en beantwoorden, wat als? Wat als ik de snelheid van mijn lijn met 25 procent verhoog? Zullen de robots en andere activa op die productielijn voortijdig uitvallen? En zo ja, zou het de moeite waard zijn om dat te doen omdat ik nu meer productie uit mijn fabriek kan halen, wat resulteert in hogere winstmarges ondanks de hogere reparatiekosten? Deze uitgebreide digitale tweelingen van de volgende generatie hebben bijna onbeperkte mogelijkheden in Industrie 4.0, slimme productie en industriële IoT-toepassingen.

Als je de juiste digitale tweeling en de juiste infrastructuur hebt om die digitale tweeling te hosten, kunnen bijna elke afzonderlijke Industry 4.0-usecase, alle efficiëntie die je kunt realiseren met de nieuwste smartmanufacturing-initiatieven, worden gecombineerd in die digitale tweelingimplementatie. Hier komt de echte waarde naar voren:één enkele oplossing die voorspellend onderhoud, fabriekszichtbaarheid, analyse en kunstmatige intelligentie combineert, en zelfs augmented reality en virtual reality. Stel je voor dat een fabrieksmanager virtueel over de productievloer kan lopen en meteen kan zien wat er in de hele fabriek en zelfs in elk apparaat, zoals robots of machines, gebeurt.

Technologieën inschakelen

RTinsights: Welke ondersteunende technologieën zijn nodig om gebruik te maken van digitale tweelingen?

Edmunds: Edge-computing – het brengen van rekenkracht dichter bij waar gegevens worden geproduceerd en verwerkt – is momenteel het actuele onderwerp in de branche, omdat organisaties sneller beslissingen willen nemen en hun clouduitgaven willen verminderen. Het is ook een efficiënte manier om de technologieën te implementeren die nodig zijn voor digitale tweelingen. Specifiek voor productie en industrie zijn er twee soorten edge computing die zeer nuttig zijn voor de implementatie van digitale tweelingen.

De eerste is computergebruik aan de industriële rand . Het industriële voordeel omvat geharde apparaten die op de fabrieksvloer staan ​​en kunnen werken in de extreme temperaturen, hoge trillingen en robuuste omgevingen die u in de meeste productiefaciliteiten aantreft. Industriële edge-computing wordt gebruikt om verbinding te maken met en gegevens te halen uit apparaten op de fabrieksvloer die hun gegevens niet zo gemakkelijk delen. Een digitale tweeling van een robot heeft bijvoorbeeld een constante stroom van realtime statusgegevens nodig om de nauwkeurigheid en operationele waarde te behouden. Industrialedge-computerapparatuur zou worden gebruikt om de relevante besturings-, sensor- en omgevingsinformatie op te nemen en te verwerken.

Het tweede type edge computing dat hiervoor essentieel is, is de enterprise edge . Soms ook wel de dikke rand genoemd, is het een on-premises, enterprise-grade compute-, storage- en netwerkinfrastructuur die nodig is om de gegevens en workloads te verwerken die nodig zijn voor het implementeren van een echte digitale tweeling. Als je denkt aan de honderden of duizenden activa op de fabrieksvloer in een grote fabriek, is het onmogelijk dat alle gegevens die nodig zijn om zoveel digitale tweelingen te implementeren, exclusief in de cloud worden opgeslagen. Bandbreedtevereisten, latentiebeperkingen, beveiligingsbeleid, gegevensvolumes, soevereiniteitskwesties en de substantiële kosten van het overbrengen van al die gegevens van en naar de cloud zullen allemaal te onbetaalbaar zijn.

Een on-premises, enterprise-grade infrastructuur is dus essentieel om de gegevens en workloads te verwerken voor de massa's digitale tweelingen die in de fabriek zullen zijn. En wanneer u 5G en de opkomende Wi-Fi6-connectiviteit toevoegt, maakt dit type gedistribueerde edge-computingarchitectuur het veel gemakkelijker om gebruik te maken van de nieuwe informatiestromen die mogelijk worden gemaakt door deze nieuwe technologieën.

DigitalTwin-voordelen

RTinsights: Hoe worden digitale tweelingen gebruikt bij de fabricage en wat zijn hun voordelen?

Edmunds: Er zijn drie brede categorieën en ik zal u aan het eind een paar voorbeelden geven. Ten eerste kunnen digitale tweelingen inzicht geven in het end-to-end ontwerp en de engineering van een product. Een fabrikant kan een virtuele productontwikkelingsomgeving creëren die alle informatie over het product op één plek bewaart, wat de problemen met de gegevenssilo's kan oplossen die typisch zijn voor productieorganisaties.

Een ander gebruik van een digitale tweeling in de productie is om inzicht te geven in de huidige status en omstandigheden van een hoogwaardig productiemiddel. U kunt een digitale tweeling gebruiken om de realtime status en trends van het activum te bewaken en erop te reageren, en hoe dit van invloed is de algehele werking van de fabriek. Door analyse en AI toe te passen, kan de digitale tweeling worden gebruikt om te voorspellen wanneer het activum tijdens de productie zou kunnen falen en om onderhoud te plannen tijdens normale downtime voordat het de doorvoerstatistieken beïnvloedt.

En dan zijn er de toepassingen van de volgende generatie, die derde categorie van een digitale tweeling, die u inzicht geeft in toekomstige beslissingen. Dergelijke digitale tweelingen zouden AI en analyses van een hoger niveau toepassen om de functionaliteit van uw bedrijfsmiddelen te optimaliseren. Ze zouden ook de kosten, onderhoudstijd en uitvaltijd verminderen. McLaren, het beroemde Formula One (F1) raceteam, was bijvoorbeeld in staat om de tijd voor het bouwen van hun F1-raceauto te verkorten van normaal 42 maanden tot 24 maanden met behulp van digitaltwin-mogelijkheden. Door dezelfde digitale tweelingtechnologieën toe te passen, waren ze ook in staat om hun productie P1 hypercar te ontwikkelen in de helft van de tijd en tegen de helft van de kosten van de typische industriestandaard.

Een ander voorbeeld wordt ontwikkeld voor het Amerikaanse leger om digitale tweelingen te gebruiken om verschillende iteraties van militaire voertuigen te bouwen om de overlevingskansen van die voertuigen te optimaliseren en te testen. Met digitale tweelingtechnologieën kan worden gesimuleerd hoe de voertuigen mogelijk minder dan honderd of duizenden verschillende aanvalsscenario's uitvoeren en simuleren dat ze worden geraakt door verschillende soorten ordonnantie, op meerdere locaties. Door een digitale tweeling te gebruiken, kunnen ze een veel veiliger, veel beter te overleven voertuig bouwen.

DigitalTwin-uitdagingen

RTinsights: Wat zijn de uitdagingen bij het inzetten en gebruiken van digitale tweelingen?

Edmunds: Digital twins hebben een enterprise-grade infrastructuur nodig om de data en workloads aan te kunnen. Die bedrijfsinfrastructuur moet worden ontworpen rond beveiliging, schaalbaarheid en betrouwbaarheid. Zodra u de waarde van de digitale tweelinggegevens begint in te zien, zullen betrouwbaarheid en schaalbaarheid van cruciaal belang zijn, en dat vereist vooraf een investering in de juiste infrastructuur. Dat leidt tot de noodzaak om de meest waardevolle digital twin-initiatieven te identificeren en de ROI te kwantificeren om de waarde van het implementeren van de meest efficiënte architectuur te rechtvaardigen. Op die manier kan de digitale tweeling aanvankelijk correct worden geïmplementeerd en met de juiste enterprise-grade infrastructuur die nodig is om te schalen.

Een andere uitdaging is dat de digitale tweeling van vandaag zich in een vrij nieuwe fase bevindt, een vrij nieuw concept. Er zijn al tientallen jaren digitale tweelingen, maar ze zijn niet echt op het punt dat we naar deze exacte replica van een heel systeem, systeem van systemen of activa op de fabrieksvloer kijken. Dat is waar de industrie naar op weg is, waar enkele van de topbedrijven zich haasten om de software te bouwen en de applicaties te bouwen die die echte digitale tweeling kunnen implementeren. Niemand is er nog helemaal. Er zijn veel zeer goede bedrijven en zeer goede applicaties die verschillende delen van dit digitale twin-ecosysteem aankunnen. Maar er is nog geen end-to-end, enkele ultieme oplossing voor digital twin.

Aan de slag met Digital Twins

RTinsights: Hoe gaan bedrijven aan de slag met het gebruik van digitale tweelingen?

Je moet kijken naar de waarde, het doel dat je wilt halen uit de digitale tweeling, en bereid zijn om in de infrastructuur te investeren. U hoeft niet te beginnen met een volledige end-to-end infrastructuur om dat mogelijk te maken. De infrastructuur moet echter zo zijn ontworpen dat deze breed en diep kan worden geschaald om de gegevens- en computerworkloads aan te kunnen die nodig zijn om de digitale tweeling te creëren op een manier die het rendement op de investering realiseert.

U kunt dus klein beginnen met een eerste digitale twin-implementatie. Met de juiste infrastructuur kun je daarbovenop meerdere digitale tweelingen toevoegen en opschalen naar honderden of zelfs duizenden verschillende digitale tweelingen van elk denkbaar type.

Een andere manier om aan de slag te gaan is om betrokken te raken bij het digitaltwin-ecosysteem dat snel in opkomst is. Een van de beste is het Digital Twin Consortium. Het DigitalTwin Consortium is een samenwerkingsorganisatie die innovatie van digitaltwin-technologie stimuleert en is opgericht door Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft en Lendlease, en omvat enkele van de toonaangevende technologiespelers binnen en buiten de industriële IoT- en Industry 4.0-ruimte. Het Digital Twin Consortium heeft een productiewerkgroep, evenals branchegerichte groepen voor infrastructuur en gebouwen, natuurlijke hulpbronnen, en ruimtevaart en defensie. Het consortium staat open voor iedereen die mee wil doen. Deelnemen is een geweldige manier om te leren over digitale tweelingen en wat andere bedrijven doen met digitale tweelingen en om de toekomst van de terminologie, technologie en taxonomie voor digitale tweelingen vorm te geven en wat ze kunnen zijn.