Digitale Tweelingen uitgelegd: Innovatie versnellen en kosten verlagen

Hoewel het concept 'digitale tweelingen' al ongeveer 30 jaar bestaat, is het onwaarschijnlijk dat de initiële voorspellingen hadden kunnen voorzien waar de technologie nu staat.

Bijvoorbeeld, deze lente is de 36e America's Cup gepland om de space-age, supersnelle AC75 mono-hull jacht te tonen. In testen werd digitale tweeling technologie gebruikt door één team om de prestaties van zeilers in een nieuwe AC75-boot na te bootsen; een prestatie die prototype-ontwikkeling radicaal versnelde vergeleken met eerdere testmethoden.

Nu ingezet in gebieden als stedelijke planning, gezondheidszorg en autootwerp, heeft digitale tweeling ook enorm potentieel voor de productiesector – helpende in de voortdurende zoektocht naar verbeterde veiligheid, verbeterde productiviteit en grotere efficiëntie.

Het detail zit in de Data

Gegeven de nieuw verworven status, is de term 'digitale tweelingen' een soort vangnet geworden voor diverse gerelateerde technische innovaties. Augmented reality, verbeterde gebruikersinterfaces en 3D-modellering – om er een paar te noemen.

Daarnaast hebben we het concept van de 'digitale draad'. Dit verwijst naar het communicatieramenwerk dat een verbonden dataflow en geïntegreerd overzicht van een activum's data gedurende de levenscyclus mogelijk maakt. Als een record van een product of systeem's levensduur, van creatie tot verwijdering, stelt de digitale draad inzicht toe over traditioneel gesilo-deerde functies.

En hoewel het waar is dat deze innovaties allemaal geassocieerde functionaliteit kunnen omvatten, ligt de kern van echte digitale tweeling in data – puur en simpel. Een digitale tweeling is in essentie de generatie of verzameling van digitale data die een fysiek object in real-time representeert.

Gerelateerd aan productie, en als we de kerncomponenten hypothetisch met menselijke kenmerken associëren: operationele apparatuur zou de spieren zijn, connectiviteit het zenuwstelsel – en de digitale tweeling – dat is de hersenen.

En, net als we intuitief onze hersenen gebruiken om te onthouden, vast te leggen, te analyseren, te verwerken en te voorspellen in de echte wereld, kan digitale tweeling verzamelde data analyseren om hetzelfde in de digitale te doen. In de productiewereld optimaliseren de datainput die bijdragen aan digitale draad en digitale tweeling operationele functies, wat helpt doorvoer te verhogen en efficiëntie te verbeteren.

Bewuste Fabriek

In productie, waar zoveel als 90% van real-time fabrieksdata onbenut blijft, biedt digitale tweeling een sterke basis voor betere benutting van die informatie voor procesinzichten.

Uit ervaring in onze Oulu 'bewuste fabriek' hebben we eerstehandse kennis van het benutten van de intelligentie ingebed in operationele apparatuur om deze inzichten via digitale tweeling te beoordelen.

Bijvoorbeeld, monitoring van de productieomgeving. Hier, door gebruik te maken van diverse databronnen, kunnen afwijkingen in vochtigheid en temperatuur waargenomen worden met geautomatiseerde alarmen die activeren om aan te geven waar aanpassingen of onderhoud nodig kunnen zijn.

Digitale tweeling biedt ook geautomatiseerde real-time procesanalytics over verbonden machines en databronnen, wat foutdetectie en -correctie versnelt. En met monitoring van het assemblageproces, ook in real-time, kan de status en voortgang van elke robotcel op elk moment bekeken worden vanaf een centrale gebruikersinterface, met een zichtbaarheidsniveau tot op individueel productniveau.

Infrastructuur Zaken

Natuurlijk zijn er infrastructuurvereisten nodig om dit niveau van inzicht realiteit te maken.

Embedded intelligence is de eerste voorwaarde voor digitale tweelingen. Het Internet of Things (IoT) doet het aantal sensoren in productiefaciliteiten letterlijk exploderen. En deze toename in datagenererende capaciteit wordt steeds meer ingebouwd in productieapparatuur tijdens de ontwerpfase. De capaciteit om data te verwerken en te standaardiseren moet ook gematcht worden door analytics know-how erbovenop die zin kan geven aan wat gegenereerd wordt.

De juiste soort flexibele, robuuste connectiviteit is ook cruciaal. Dit betekent meestal connectiviteit op industrieel niveau die Wi-Fi-prestaties overtreft. Steeds meer fabrikanten stappen over op 4G/LTE en 5G privé draadloze netwerken om de betrouwbaarheid, beveiliging en hoge bandbreedte te leveren die noodzakelijk zijn voor data-hongerige operationele technologie.

Als onderdeel van hun digitalisatie- en Industry 4.0-reis kijken fabrikanten ook naar kunstmatige intelligentie (AI), machine learning, automatisering en augmented intelligence. Echter, al deze opvallende capabilities vereisen één uitblinkende connectiviteitseis: lage latentie.

Real-time en Interconnected

In dit opzicht is 4G/LTE de minimum standaard van draadloze connectiviteit vereist om het soort lage latentie en snelle responstijd te leveren dat digitale tweelingen effectief maakt – data instantaan leveren en directe operatorrespons mogelijk maken. Dit benadrukt de noodzaak om data met bliksemsnelheid te verwerken, wat edge computing een must-have maakt.

5G houdt een nog groter belofte in voor productie, naarmate de standaard evolueert en het ondersteunende ecosysteem zich ontwikkelt. Met de 5G-standaard in lopende ontwikkeling, zullen latere releases nieuwe capabilities bevatten zoals tijdsgevoelige communicatie. Dit zal nauwere synchronisatie van communicatie en controle tussen apparaten leveren alsook verbeterde positionering en lokalisatie.

Daarnaast moet systeeminterconnectie overwogen worden; benadrukkend de noodzaak om te communiceren en te integreren over diverse standaarden en protocollen in gebruik in productiefaciliteiten. Hier moet netwerkconnectiviteit een soort eenvoudige, gestroomlijnde 'data-uitwisseling' bieden, met industriële connectors die een belangrijk deel vormen van de vergelijking die systemen met elkaar laat praten.

Voordelen

Nu leveranciers deze infrastructuurvereisten snel aanpakken, zijn de potentiële voordelen voor fabrikanten substantieel. Automatisering van ondersteunende processen, real-time rapportage, verbeterde fabrieksprestaties, superieure kwaliteitszekering en snelle responstijden worden allemaal mogelijk gemaakt door digitale tweeling van wat er op de shop floor gebeurt.

De digitale tweeling benadering biedt een uitstekende manier voor fabrikanten om flexibel te modelleren hoe workflows en bronnen geconfigureerd kunnen worden in reactie op veranderende productvraag en orderpipeline.

En hoewel digitale tweelingen ons in staat stellen om zoveel meer te doen, vervangen ze niet de menselijke hand. Het doel van Industry 4.0 zou moeten zijn om menselijke intelligentie te versterken, niet te vervangen. Digitale tweelingen versterken menselijke inzichten in productieprocessen, en discussieel kunnen ze 'vlot varen' maken niet alleen van de America's Cup, maar ook voor het gebruik van data om te identificeren waar industrieën veiligheids-, productiviteits- en efficiëntiewinst kunnen behalen.

Manufacturing | Nokia Networks