Digitale tweelingen in productie benutten: Voordelen, toepassingen en uitdagingen

Een enterprise-klasse infrastructuur kan de effectiviteit van digitale tweeling-initiatieven verbeteren en innovatieve toepassingen mogelijk maken.

Digitale tweelingen geven fabrikanten nieuwe manieren om producten en faciliteiten te ontwerpen, monitoren en beheren. Hoewel het basisconcept van digitale tweeling al meer dan een decennium bestaat, maken de recente introductie en 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 elke nieuwe technologie in commerciële omstandigheden, zijn er uitdagingen om te overwinnen, use cases te definiëren, best practices te leren, en een behoefte om de waarde van digitale tweeling-gebruik aan het bedrijge te demonstreren. Om door deze en andere kwesties te navigeren, spraken RTInsights met Todd Edmunds, Director Industrial IoT and Edge Strategy bij Dell Technologies.

We verkenden waarom er groot belang is in digitale tweelingen voor productie, bespraken de enabling technologies, de use cases, obstakels, en hoe te beginnen met het gebruik van digitale tweelingen.

Zie Ook: Center for Edge Computing and 5G

Digitale tweelingen in productie

RTInsights: Wat zijn digitale tweelingen, en waarom het belang in het gebruik ervan in productie?

Edmunds: Digitale tweelingen zijn virtuele kopieën van daadwerkelijke fysieke objecten, systemen of organisaties. En wanneer u ze combineert met real-time data, kunnen ze waardevolle inzichten bieden in de operatie van dat object, systeem of organisatie. In productie kunnen er meerdere verschillende typen digitale tweelingen zijn, maar de industrie probeert nog te eens te worden over wat ze te noemen. Laten we beginnen met operationele digitale tweelingen. Operationele digitale tweelingen laten u de vraag stellen en beantwoorden: wat gebeurt er nu? Bijvoorbeeld, wat gebeurt er met de robots in mijn fabriek. Met dit type digitale tweeling kan een fabrikant ook de vraag stellen: wat zou ik nu in mijn fabriek moeten doen? Moet ik voorspellend onderhoud doen op deze robots? Hoe kan ik die digitale tweeling gebruiken om te kijken naar langetermijn-kwaliteitsmetrieken gerelateerd aan de producten die ik producer?

Dan is er de volgende generatie digitale tweeling, wat een hogere-simulatie tweeling is. Het laat 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 vroege falen? En zo ja, zou het de moeite waard zijn om dat te doen omdat ik meer productie uit mijn fabriek kan halen nu, resulterend in hogere winstmarges ondanks de verhoogde reparatiekosten? Deze next-generation, comprehensieve digitale tweelingen hebben bijna onbegrensde mogelijkheden in Industrie 4.0, slimme productie, en industriële IoT-toepassingen.

Als u de juiste digitale tweeling en de juiste infrastructuur heeft om die digitale tweeling te hosten, kan bijna elk enkel Industrie 4.0 use case, alle efficiënties die u kunt realiseren met de nieuwste slimme productie-initiatieven, gecombineerd worden in die digitale tweeling-implementatie. Hier zit de echte waarde - een enkele oplossing die voorspellend onderhoud, fabriekszichtbaarheid, analytics, en kunstmatige intelligentie combineert, en zelfs augmented reality en virtual reality. Stel u een plantmanager voor die virtueel over de productievloer kan lopen en direct zien wat er over de hele fabriek en zelfs binnen elk stuk apparatuur zoals robots of machines aan de hand is.

Enabling Technologies

RTInsights: Welke enabling technologies zijn nodig om gebruik te maken van digitale tweelingen?

Edmunds: Edge computing - rekenkracht dichter bij waar data geproduceerd en verwerkt wordt brengen - is het huidige hype-onderwerp in de industrie terwijl organisaties kijken om snellere beslissingen te nemen en hun cloud-uitgaven te verminderen. Het is ook een efficiënte manier om de technologieën die vereist zijn voor digitale tweelingen te implementeren. Specifiek voor productie en industrie zijn er twee typen edge computing die erg nuttig zijn voor het implementeren van digitale tweelingen.

De eerste is computing aan de industriële edge. De industriële edge omvat geharde apparaten die op de fabrieksvloer staan en kunnen opereren in de extreme temperatuur, hoge trilling, ruwe omgevingen die u in de meeste productiefaciliteiten vindt. Industriële edge compute wordt gebruikt om verbinding te maken met en data uit fabrieksvloer-apparaten te halen die hun data niet gemakkelijk delen. Bijvoorbeeld, een digitale tweeling van een robot heeft een constante stroom real-time statusdata nodig om zijn nauwkeurigheid en operationele waarde te behouden. Industriële edge compute apparaten zouden gebruikt worden om de relevante controle-, sensor- en omgevingsinformatie te ingesten en te verwerken.

Het tweede type edge computing dat cruciaal is voor dit is de enterprise edge. Soms aangeduid als de dikke edge, is het een on-premises, enterprise-grade compute, storage en netwerkinfrastructuur nodig om de data en workloads te hanteren die vereist zijn voor het implementeren van een echte digitale tweeling. Wanneer u nadenkt over de honderden of duizenden fabrieksvloer-activa in een grote fabriek, is er geen manier dat al de data vereist om dat veel digitale tweelingen te implementeren exclusief in de cloud opgeslagen gaat worden. Bandbreedtevereisten, latentiebeperkingen, beveiligingsbeleid, datavolumes, soereinteitskwesties, en de substantiële kosten van het overbrengen van al die data naar en van de cloud zullen allemaal te verbodelijk zijn.

Dus een on-premises, enterprise-grade infrastructuur zal essentieel zijn om de data en workloads te hanteren voor de menigte digitale tweelingen die in de fabriek zullen zijn. En wanneer u 5G en komende Wi-Fi 6 connectiviteit toevoegt, maakt dit type gedistribueerde edge compute-architectuur het veel makkelijker om in te tappen en te benutten de nieuwe stromen informatie die mogelijk worden door deze nieuwe technologieën.

Voordelen van digitale tweelingen

RTInsights: Hoe worden digitale tweelingen in productie gebruikt, en wat zijn hun voordelen?

Edmunds: Er zijn drie brede categorieën, en ik geef u een paar voorbeelden aan het eind. Eerst, digitale tweelingen kunnen inzicht bieden in het end-to-end ontwerp en engineering van een product. Een fabrikant kan een virtuele productontwikkelomgeving creëren die alle informatie over het product op één plek houdt, wat de data silo-problemen kan oplossen die typisch bestaan in productieorganisaties.

Een ander gebruik voor een digitale tweeling in productie is om inzicht te bieden in de huidige status en condities van een hoogwaardig productieactivum. U kunt een digitale tweeling gebruiken om de real-time status en trends van het activum te monitoren en te reageren en hoe het de algehele operatie van de fabriek beïnvloedt. Door analytics en AI toe te passen, kan de digitale tweeling gebruikt worden om te voorspellen wanneer het activum tijdens productie kan falen en onderhoud in te plannen tijdens normale downtime voordat het de doorvoermetrieken beïnvloedt.

En dan zijn er de next-generation toepassingen, die derde categorie van een digitale tweeling, die u inzichten geeft in toekomstige beslissingen. Zulke digitale tweelingen zouden hogere-niveau AI en analytics toepassen om de functionaliteit van uw activa te optimaliseren. Ze zouden ook kosten, onderhoudstijd en downtime verminderen. Bijvoorbeeld, McLaren, het beroemde Formule 1 (F1) raceploeg, kon de tijd om hun F1 raceauto te bouwen verminderen van wat typisch 42 maanden is naar 24 maanden met digitale tweeling-mogelijkheden. Door dezelfde digitale tweeling-technologieën toe te passen, konden ze ook hun productie P1 hypercar in half de tijd en tegen half de kosten van de typische industriestandaard ontwikkelen.

Een ander voorbeeld wordt ontwikkeld voor het Amerikaanse leger om digitale tweelingen te gebruiken om verschillende iteraties van militaire voertuigen te bouwen om de overlevingskans van die voertuigen te optimaliseren en te testen. Digitale tweeling-technologieën stellen de simulatie in van hoe de voertuigen zouden presteren onder honderden of duizenden verschillende aanvalsscenario's en simuleren geraakt te worden door verschillende typen munitie, op meerdere locaties. Het gebruik van een digitale tweeling laat ze een veel veiliger, veel meer overleefbaar voertuig bouwen.

Uitdagingen van digitale tweelingen

RTInsights: Wat zijn de uitdagingen bij het implementeren en gebruiken van digitale tweelingen?

Edmunds: Digitale tweelingen hebben een enterprise-grade infrastructuur nodig om de data en workloads te hanteren. Die enterprise-infrastructuur moet ontworpen zijn rond beveiliging, schaalbaarheid en betrouwbaarheid. Zodra u de waarde van de digitale tweeling-data ziet, zullen betrouwbaarheid en schaalbaarheid cruciaal zijn, en dat vereist een investering in de juiste infrastructuur vooraf. Dat leidt tot de noodzaak om de hoogste waarde digitale tweeling-initiatieven te identificeren en ROI te kwantificeren om de waarde van het implementeren van de meest efficiënte architectuur te rechtvaardigen. Op die manier kan de digitale tweeling correct geïmplementeerd worden aanvankelijk en met de juiste enterprise-grade infrastructuur die nodig is om te schalen.

Een andere uitdaging is dat de huidige digitale tweeling in een vrij nieuwe fase zit, een redelijk nieuw concept. Er zijn al decennia digitale tweelingen, maar ze zijn niet echt op het punt waar we kijken naar deze exacte replica van een heel systeem, systeem van systemen, of activa op de fabrieksvloer. Dat is waar de industrie naartoe gaat, waar enkele van de topbedrijven rennen om de software en applicaties te bouwen die die echte digitale tweeling kunnen implementeren. Niemand is er nog helemaal. Er zijn veel heel goede bedrijven en heel goede applicaties die verschillende delen van dit digitale tweeling-ecosysteem kunnen hanteren. Maar er is nog geen end-to-end, enkele uiteindelijke oplossing voor digitale tweeling.

Aan de slag met digitale tweelingen

RTInsights: Hoe beginnen bedrijven met het gebruik van digitale tweelingen?

U moet kijken naar de waarde, het doel dat u wilt bereiken met de digitale tweeling, en bereid zijn om te investeren in de infrastructuur. U hoeft niet te beginnen met een volledige end-to-end infrastructuur om dat te laten gebeuren. Echter, de infrastructuur moet ontworpen zijn om breed en diep te kunnen schalen om de data en computer-workloads te hanteren die nodig zijn om de digitale tweeling op een manier te creëren om de return on investment te realiseren.

Dus u kunt klein beginnen met een initiële digitale tweeling-implementatie. De juiste infrastructuur laat u meerdere digitale tweelingen erbovenop toevoegen en schalen naar honderden of zelfs duizenden verschillende digitale tweelingen van elk denkbaar type.

Een andere manier om te beginnen is betrokken te raken bij het digitale tweeling-ecosysteem dat snel opkomt. Een van de beste is het Digital Twin Consortium. Het Digital Twin Consortium is een collaboratieve organisatie die innovatie van digitale tweeling-technologie drijft en opgericht is door Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft en Lendlease, en omvat enkele van de toonaangevende technologie-spelers binnen en buiten de industriële IoT en Industrie 4.0-ruimte. Het Digital Twin Consortium heeft een productiewerkgroep, evenals industrie-gefocuste groepen voor infrastructuur en gebouwen, natuurlijke hulpbronnen, en luchtvaart en defensie. Het consortium is open voor iedereen die wil deelnemen. Deelnemen is een geweldige manier om te leren over digitale tweelingen en wat andere bedrijven doen met digitale tweelingen en de toekomst van de terminologie, technologie en taxonomie voor digitale tweelingen en wat ze kunnen zijn te vormgeven.