Transformeren van industrieel IoT met Digital Twin-integratie

Het Industrial Internet of Things (IIoT) maakt gebruik van intelligente sensoren en actuatoren die gegevens bewaken, verzamelen, analyseren en delen. IIoT heeft samen met Industrie 4.0 het gebruik van slimme machines verhoogd die sensoren gebruiken om processen te automatiseren en de efficiëntie te verhogen door menselijke tussenkomst te verminderen. De enorme hoeveelheid data die door deze sensoren wordt gegenereerd, wordt gebruikt om belangrijke inzichten in de industriële processen te krijgen. Verschillende op AI/ML gebaseerde modellen worden getraind op deze gegevens en de output van deze modellen is in de vorm van upgrades en wijzigingen die aan het systeem kunnen worden aangebracht om de efficiëntie te verbeteren. De implementatie van deze upgrades en wijzigingen in het eigenlijke systeem brengt het risico van falen of schade aan bedrijfskritische systemen en processen met zich mee. Het uitvallen van de bedrijfskritische systemen kan leiden tot veel schade voor zowel de industrie als het grote publiek. Ook kunnen essentiële diensten zoals transmissiesystemen niet direct worden geüpgraded of gewijzigd zonder ervoor te zorgen dat het systeem door de wijziging niet instort. Dit is waar Digital Twin tussenkomt om de industrieën te helpen deze veranderingen op een veiligere en efficiëntere manier door te voeren.

Een Digital Twin kan worden opgevat als een proxy voor het fysieke systeem in een digitale wereld. Het is een digitale replica van de activa die een bepaalde branche heeft. De link die het fysieke kenmerk met het digitale verbindt, wordt de digitale draad genoemd. De gegevens die zijn verzameld van verschillende sensoren en actuatoren in de industriële opstelling, worden gebruikt om een ​​digitale replica te bouwen, die de gebruiker toegang geeft tot de structuur, context en het gedrag van de fysieke activa. De vroegere en huidige omstandigheden van het systeem kunnen worden geobserveerd en op basis daarvan kan het toekomstige gedrag worden voorspeld als de upgrades of wijzigingen erin worden aangebracht. Dit bespaart niet alleen tijd en geld, maar voorkomt ook eventuele schade aan de eigenlijke systemen. Digitale tweelingen maken continue procesverbeteringen, ontwerpverbeteringen, efficiënte operaties, voorspellend onderhoud en voorwaardelijke toestanden van de machines mogelijk.

Hoe Digital Twin industrieën transformeert

Bij Industrie 4.0 draait alles om automatisering en digitalisering door het sneller verzamelen, verwerken en beheren van gegevens. Randsensoren vervangen de conventionele sensortechnologie om snellere verwerking en sneller delen van gegevens mogelijk te maken. Technologieën zoals 5G komen langzaam op gang om de snelheid van gegevensoverdracht en de connectiviteit tussen verschillende knooppunten te verbeteren. Het integreren van dergelijke technologieën brengt nog steeds verschillende uitdagingen met zich mee, zoals hoge investeringskosten, compatibiliteit van sensoren, gegevensbeveiliging en schaalbaarheid. Deze uitdagingen maken het voor ondernemers moeilijk om enorme sommen geld te investeren in digitalisering.

Een meerderheid van de bovenstaande tekortkomingen wordt opgelost door Digital Twin-technologie. Een bestaande fysieke opstelling wordt omgezet in een digitale vorm die via de digitale draad wordt verbonden met de echte machine. Met behulp van AI/ML-modellen kon de volledige werking van de machine in een digitale vorm in kaart worden gebracht door gegevens van de sensoren, statistieken uit het verleden en open source-gegevens op te nemen. Deze proxy-machine wordt gebruikt om te voorspellen hoe de eigenlijke machine zou reageren wanneer er wijzigingen in worden aangebracht. Om nieuwere technologieën zoals edge-sensoren en 5G-compatibiliteit te integreren, worden experimenten uitgevoerd in de virtuele wereld en wordt alleen de beste oplossing geïmplementeerd in de echte wereld. Het volledige proces bespaart tijd en kosten en creëert ook een digitale kopie van de machine die verder kan worden gebruikt voor digitalisering.

Digitale tweelingen worden gebruikt in verschillende industrieën, waaronder productie, energie, transport en bouw. Verschillende fabrikanten en serviceproviders betrekken digital-twin om een ​​proxy te bouwen van vliegtuigmotoren, locomotieven, offshore-platforms en windturbines. Bedrijven in deze sectoren investeren in digitale tweelingen om de werking en het onderhoud van deze producten te optimaliseren.

Digital Twins bieden industrieën uitzonderlijke waarde op drie belangrijke gebieden. De eerste is om verbeteringen aan te brengen in het productieproces. Vanaf het maken van prototypes en ontwerpen tot het fysiek vervaardigen van het product, kunnen bedrijven continu de werkelijke en verwachte output volgen en wijzigingen aanbrengen om een ​​bijna perfect product te maken. Productieactiviteiten kunnen worden geoptimaliseerd door lijnstoringen te voorspellen en de nodige stappen te nemen om het vereiste doel te bereiken.

Het tweede gebied is preventief onderhoud, waarbij de digitale tweeling kan worden gebruikt om de gegevens uit het verleden te analyseren en realtime-invoer van het daadwerkelijke systeem op te nemen om storingen te voorspellen en preventief onderhoud voor te stellen om storingen te voorkomen. Technici kunnen op afstand analyseren en preventieve aanpassingen maken en wanneer fysieke aanpassingen nodig zijn, kunnen technici op afstand onderdelen analyseren en bestellen om tijd te besparen.

Het derde gebied is het ontwikkelen van nieuwe producten en het betreden van nieuwe markten op basis van het gebruik van bestaande producten en diensten door klanten. Digitale tweelingen helpen om inzicht te geven in hoe producten door klanten worden gebruikt en welke veranderingen er kunnen of moeten worden aangebracht in het ontwerp en de productie van nieuwe producten om de marktpenetratie te verbeteren, nieuwere markten te veroveren en de klanttevredenheid te verbeteren. Dit kan het bedrag dat bedrijven besteden aan marktonderzoek en feedback van klanten aanzienlijk verminderen.

Wat staat ons te wachten voor digital twin en IoT

Het digitaal twinning van een vliegtuigmotor of een complexe machine uit een productie-eenheid is niet het einde, maar slechts het begin van de revolutie die de technologie gaat brengen. Vooruitgang in Edge-computing en krachtige edge-apparaten worden ingezet in industrieën die zijn verbonden door geavanceerde netwerksystemen zoals privé 5G, waardoor onderlinge verbindingen van digitale tweelingen mogelijk worden. Het resultaat zou een complete keten van verbonden apparaten zijn die een digitale fabriek vormen.

Singapore heeft bijvoorbeeld een complete digitale tweeling van de stad gecreëerd om verkeer, vervuiling, klimaat en stadslay-outs te volgen, zodat stadsmanagers toegankelijkheidsopties kunnen testen, de potentiële impact van nieuwbouw kunnen zien, noodmaatregelen kunnen beheren en de gezondheid van de stad kunnen bewaken. Ondertussen creëren artsen patiëntspecifieke digitale tweelingen van longen om beslissingen te helpen nemen over het gebruik van beademingsapparatuur bij de behandeling van COVID-19-patiënten.

Hoewel het nog steeds een opkomende technologie is, lijdt het geen twijfel dat digitale tweelingen de toekomst zijn. Ze hebben eindeloze toepassingen voor alle afdelingen operations, onderhoud, financiën, verkoop en marketing om toegang te krijgen tot een uniforme bron van real-world data om onderhoud te voorspellen, het ontwerp te verbeteren, het gebruik te begrijpen en de prijzen aan te passen.