Digitale tweelingen: bruggen slaan tussen operaties en ontwerp voor slimme productie

De kracht van digitale tweeling-technologie wordt geamplificeerd wanneer modellen voor discrete apparaten gecombineerd worden in een systeem-niveau weergave van operaties.

De wijdverspreide adoptie van Industriële IoT (IIoT) stimuleert interesse in digitale tweeling-technologie. IIoT brengt verbonden intelligente apparaten en analytics samen op een manier die organisaties in staat stelt om hun systemen en processen te monitoren, verzamelen, uitwisselen, analyseren en waardevolle nieuwe inzichten te leveren. Deze inzichten kunnen helpen slimme, snellere zakelijke beslissingen te drijven.

Wanneer een fysiek systeem gekoppeld wordt aan een digitale representatie, kunnen de afgeleide inzichten additionele voordelen brengen aan fabrikanten in verschillende aspecten van hun operaties, variërend van slimme productie tot supply chain-optimalisatie tot product- of dienstinnovaties.

Interesse in digitale tweeling-technologie bloeit over veel industrieën. De markt, gewaardeerd op $3,1 miljard in 2020, wordt verwacht $48,2 miljard te bereiken tegen 2026, wat een compound annual growth rate (CAGR) van 58% van 2020 tot 2026 vertegenwoordigt. Zo'n groei is te danken aan het verwachte gebruik van digitale tweelingen voor ontwerp, simulatie, MRO (onderhoud, reparatie en revisie), productie en na-service, volgens MarketsandMarkets. Industriële bedrijven worden verwacht hoge groei in digitale tweeling-oplossingen te ervaren naarmate ze uit de pandemie komen. Velen adopteren dergelijke oplossingen voor hun end-to-end operaties om verliezen door de pandemie te minimaliseren.

Wijdverspreide industriële digitale tweeling-toepassingsgebieden

Een digitale tweeling-model gebruikt data van IoT-apparaten en andere sensoren om de toestand van het apparaat of stuk apparatuur te beoordelen. De inzichten afgeleid in deze modellen kunnen op verschillende manieren gebruikt worden, inclusief:

Operationele tweelingen: In veel gevallen zijn apparatuursproblemen te wijten aan incorrect gebruik. Bijvoorbeeld, een apparaat kan buiten zijn normale temperatuur- of drukbereik opereren, of het kan draaien op een hogere snelheid dan aanbevolen. Onadresseerd, kan het probleem het apparaat zelf beïnvloeden, misschien leidend tot onverwachte storing of agressieve deterioratie. Het gebruik van een digitale tweeling van het onderdeel, data-analyse van de huidige toestand van een apparaat kan helpen dergelijke out-of-specification operatiecondities te identificeren. Simulaties kunnen helpen verkennen of het duwen van een apparaat's prestaties of het draaien ervan in de huidige omgeving ok is. Zo niet, kunnen veranderingen gemaakt worden om de huidige prestaties van het apparaat in een werkende omgeving te optimaliseren.

Voorspellende tweeling: Een digitale tweeling kan gebruikt worden voor what-if analyse. Bijvoorbeeld, een fabrikant kan kijken naar trade-offs: Als ik de snelheid verhogen waar een apparaat op draait, wat is de directe verbetering in output. En dan, dezelfde simulatie gebruiken om de impact van die snelheidsverhoging op de apparatuur te berekenen. Heeft het vaker service nodig? Zou het sneller falen? Een kostenanalyse kan dan gedaan worden door de netto omzettoename in een productieboost door het apparaat op een hogere snelheid te laten draaien te vergelijken met de verhoogde kosten van het onderhouden van de apparatuur of het vaker vervangen.

Terugkoppeling naar productontwerp en marketing: Een productontwerptteam kan data verzameld over de apparatuur gebruikt in het veld gebruiken om het product te verbeteren of aan te passen of nieuwe features toe te voegen gebaseerd op huidig gebruik. Presteert het beter dan verwacht? Misschien zou een meer economisch ontworpen versie volstaan. Op dezelfde manier kan het blijken dat een apparaat in bepaalde omgevingen de gespecificeerde specificaties overtreft. Marketing en sales kunnen die informatie delen met andere klanten in dezelfde omgevingen.

Verbonden digitale tweelingen: De kracht van digitale tweeling-technologie wordt geamplificeerd wanneer modellen voor discrete apparaten gecombineerd worden in een systeem-niveau weergave van operaties. Bijvoorbeeld, in de luchtvaart, kan een fabrikant individuele digitale tweeling-vertegenwoordigers van verschillende motorcomponenten hebben en een model dat hen in staat stelt te simuleren en te observeren hoe deze elementen samenwerken. Slimme gebouwen gebruiken frequent combinaties van slimme ruimtes, slimme liften, slimme HVAC-systemen en meer om synergistische voordelen te verkrijgen wanneer een ontwikkelaar of gebouweigenaar begrijpt hoe deze systemen elkaar kunnen complementeren en samenwerken.

Systeem-niveau modellen en tweelingen

Verbonden digitale tweelingen in productie kunnen twee paden volgen. Een zou zijn om te focussen op hoe een complex stuk apparatuur operereert door modellen van de onderdelen die het systeem vormen te integreren. Zo'n model is equivalent aan een vliegtuigmotorfabrikant die een gehele motor simuleert vanuit modellen van zijn onderdelen.

Fabrikanten kunnen realtime inzichten verzamelen vanuit systems-of-systems om het voor ingenieurs makkelijker te maken verborgen inter-dependencies te vinden en stappen te recommanderen om de apparatuur te recalibratie. De inzichten afgeleid over hoe de apparatuur in zijn daadwerkelijke omgeving opereert, kunnen gebruikt worden door ingenieurs en onderhoudsteams om aanpassingen te maken en de prestaties van de apparatuur te optimaliseren.

Een ander aandachtsgebied is het simuleren en modelleren van productieprocessen waar tweelingen gecreëerd worden voor verschillende apparatuur gebruikt op een productielijn. Bijvoorbeeld, een complexe assembleelijn kan een digitale tweeling van robotica-systemen omvatten die items op een transportband plaatsen, een andere voor een molen, nog een andere voor een lastool, en meer.

Een composiete digitale tweeling met deze elementen zou een fabrikant diepere inzichten in de end-to-end processen geven. Aanpassingen kunnen in het virtuele model gemaakt worden om te zien wat de impact van de veranderingen zou zijn op het eindproduct, productiesnelheden, kwaliteit en meer.

Op de weg naar Industry 4.0

Connectiviteitstechnologieën en de verzamelde data zijn essentieel voor een apparatuur- of apparaatfabrikant om te participeren in toekomstige industrie-initiatieven zoals Industry 4.0. Slimme productie-initiatieven kunnen fabriekszichtbaarheid, voorspellend onderhoud, modellering en simulaties combineren om realtime inzichten te krijgen in hoe apparatuur nu opereert, hoe de operaties verbeterd kunnen worden en hoe het eind-to-eind KPI's beïnvloedt.