Digital Twin:de cirkel sluiten van operatie tot ontwerp

De grootschalige toepassing van Industrial IoT (IIoT) wekt de interesse in digital twin-technologie. IIoT brengt verbonden intelligente apparaten en analyses samen op een manier waarmee organisaties waardevolle nieuwe inzichten over hun systemen en processen kunnen bewaken, verzamelen, uitwisselen, analyseren en leveren. Deze inzichten kunnen helpen om slimmere, snellere zakelijke beslissingen te nemen.

Wanneer een fysiek systeem wordt gecombineerd met een digitale weergave, kunnen de afgeleide inzichten fabrikanten extra voordelen bieden in verschillende aspecten van hun activiteiten, variërend van slimme productie tot optimalisatie van de toeleveringsketen tot product- of dienstinnovaties.

De belangstelling voor digital twin-technologie neemt in veel sectoren toe. De markt, met een waarde van $ 3,1 miljard in 2020, zal naar verwachting $ 48,2 miljard bereiken in 2026, wat neerkomt op een samengesteld jaarlijks groeipercentage (CAGR) van 58% van 2020 tot 2026. Deze groei is te wijten aan het verwachte gebruik van digitale tweelingen voor ontwerp, simulatie, MRO (onderhoud, reparatie en revisie), productie en after-service, volgens MarketsandMarkets. Van industriële bedrijven wordt verwacht dat ze een sterke groei doormaken in digital twin-oplossingen als ze uit de pandemie komen. Velen passen dergelijke oplossingen toe voor hun end-to-end-activiteiten om verliezen als gevolg van de pandemie tot een minimum te beperken.

Breed scala aan industriële digitale dubbele toepassingen

Een digital twin-model gebruikt gegevens van IoT-apparaten en andere sensoren om de staat van het apparaat of apparaat vast te stellen. De inzichten uit deze modellen kunnen op verschillende manieren worden gebruikt, waaronder:

Operationele tweeling: In veel gevallen zijn problemen met de apparatuur te wijten aan onjuist gebruik. Een apparaat kan bijvoorbeeld werken buiten het normale temperatuur- of drukbereik, of het werkt mogelijk met een hogere snelheid dan aanbevolen. Als het probleem niet wordt aangepakt, kan het van invloed zijn op het apparaat zelf, wat misschien kan leiden tot een onverwachte storing of agressieve verslechtering. Met behulp van een digitale tweeling van het onderdeel, kan data-analyse van de huidige status van een apparaat helpen bij het identificeren van dergelijke bedrijfsomstandigheden die niet aan de specificaties voldoen. Simulaties kunnen helpen om te onderzoeken of het goed is om de prestaties van een apparaat te pushen of het in de huidige omgeving te gebruiken. Zo niet, dan kunnen er wijzigingen worden aangebracht om de huidige prestaties van het apparaat in een werkomgeving te optimaliseren.

Voorspellende tweeling: Een digitale tweeling kan worden gebruikt voor een do-wat-als-analyse. Een fabrikant kan bijvoorbeeld naar afwegingen kijken:als ik de snelheid verhoog, waarop een apparaat werkt, wat is dan de onmiddellijke verbetering in de output. En gebruik dan dezelfde simulatie om de impact van die snelheidsverhoging op de apparatuur te berekenen. Zou er vaker onderhoud nodig zijn? Zou het sneller mislukken? Er kan dan een kostenanalyse worden gemaakt om de netto-inkomstentoename in een productieboost te vergelijken door het apparaat sneller te laten werken met de hogere onderhoudskosten van de apparatuur of het vaker vervangen ervan.

Terug naar productontwerp en marketing: Een productontwerpteam kan gegevens gebruiken die zijn verzameld over de apparatuur die in het veld wordt gebruikt om het product te verbeteren of aan te passen of nieuwe functies toe te voegen op basis van het huidige gebruik. Presteert het beter dan verwacht? Misschien zou een meer economisch ontworpen versie kunnen volstaan. Evenzo kan het blijken dat een apparaat in bepaalde omgevingen beter presteert dan de opgegeven specificaties. Marketing en verkoop kunnen die informatie delen met andere klanten in dezelfde omgeving.

Verbonden digitale tweelingen: De kracht van digitale tweelingtechnologie wordt versterkt wanneer modellen voor discrete apparaten worden gecombineerd tot een overzicht van bewerkingen op systeemniveau. In de luchtvaart kan een fabrikant bijvoorbeeld individuele digitale tweelingvertegenwoordigers hebben van verschillende motorcomponenten en een model waarmee ze kunnen simuleren en observeren hoe deze elementen samenwerken. Slimme gebouwen gebruiken vaak combinaties van slimme ruimtes, slimme liften, slimme HVAC-systemen en meer om synergetische voordelen behalen wanneer een ontwikkelaar of gebouweigenaar kan begrijpen hoe deze systemen elkaar kunnen aanvullen en samenwerken.

Modellen en tweelingen op systeemniveau

Verbonden digitale tweelingen in de productie kunnen twee paden bewandelen. Een daarvan zou zijn om te focussen op hoe een complex apparaat werkt door modellen te integreren van de onderdelen waaruit het systeem bestaat. Een dergelijk model is het equivalent van een vliegtuigmotorfabricage die een volledige motor simuleert op basis van modellen van zijn onderdelen.

Fabrikanten kunnen realtime inzichten verzamelen binnen systeemsystemen om het voor technici gemakkelijker te maken om verborgen onderlinge afhankelijkheden te vinden en om stappen aan te bevelen om de apparatuur opnieuw te kalibreren. De inzichten die worden verkregen over hoe de apparatuur in de werkelijke omgeving werkt, kunnen door technici en onderhoudsteams worden gebruikt om aanpassingen door te voeren en de prestaties van de apparatuur te optimaliseren.

Een ander aandachtsgebied is het simuleren en modelleren van fabricageprocessen waarbij tweelingen worden gemaakt voor verschillende apparatuur die op een productielijn wordt gebruikt. Een complexe assemblagelijn kan bijvoorbeeld een digitale tweeling van robotsystemen bevatten die items op een lopende band plaatsen, een andere voor een frees, nog een andere voor een lasapparaat en meer.

Een samengestelde digitale tweeling met deze elementen zou een fabrikant dieper inzicht geven in de end-to-end-processen. Aanpassingen konden worden gemaakt in het virtuele model om te zien welke impact de wijzigingen zouden hebben op het eindproduct, productiesnelheden, kwaliteit en meer.

Op weg naar Industrie 4.0

Connectiviteitstechnologieën en de verzamelde gegevens zijn essentieel voor een fabrikant van apparatuur of apparaten om deel te nemen aan toekomstige industriële initiatieven zoals Industrie 4.0. Slimme productie-initiatieven kunnen fabriekszichtbaarheid, voorspellend onderhoud, modellering en simulaties combineren om realtime inzicht te krijgen in hoe apparatuur nu werkt, hoe de werking ervan kan worden verbeterd en hoe dit end-to-end belangrijke prestatie-indicatoren beïnvloedt.