AI & IoT Voeden Digitale Tweelingen voor Slimmere Toeleveringsketens

21 augustus 2021

Bron: AI Trends

De combinatie van IoT en machine learning die tegelijkertijd groeien, leidt tot een stijgend gebruik van digitale tweelingen in de toeleveringsketen, als een digitale replica die voor verschillende doeleinden kan worden gebruikt. De verbinding met het fysieke model en het corresponderende virtuele model wordt tot stand gebracht door real-time data te genereren met sensoren.

Het Digital Twin Consortium, gelanceerd in augustus als een programma van de Object Management Group, werkt aan het definiëren van een taxonomie en standaarden en het mogelijk maken van technologieën inclusief AI en simulatie. Ingenieurs worden getrokken tot het werk. Oprichtende leden zijn Ansys, Dell, GE, Lendlease, Microsoft en Northrop Grumman.

"IoT en ML zijn de grondstoffen en de tools – het inzit zit in de repository waar we processen modelleren en context creëren. Hoewel dit een database of data lake kan zijn, is het meest interessante voorbeeld hiervan voor mij de digitale tweeling," schreef Scott Lundstrom, een analist gericht op het snijvlak van AI, IoT en Toeleveringsketens, op zijn blog Supply Chain Futures.

De digitale tweeling in de toeleveringsketen stelt een vergelijking toe tussen huidige en historische prestatiedata, waar ook een sensor zich bevindt. Het kan een component zijn zoals een thermostaat, een activum zoals een vrachtwagen of machine, een medewerker zoals een servicetechnicus, of een proces, zoals in productie. "Deel van het vermogen van de digitale tweeling wordt gedreven door deze complexiteit van modellen van modellen om complexe activa, processen en systemen te beschrijven," schreef Lundstrom.

In de toeleveringsketen kan het digitale tweeling-model items in containers omvatten, die door de fysieke wereld bewegen naar distributeurs en klanten. Het model kan data overerven van het proces dat het product aan het ene einde van de keten creëerde, en een klantmodel aan het andere einde informeren.

"Toeleveringsketens en productieactiva zijn slechts het begin. Naarmate deze technologie beter begrepen wordt en implementaties makkelijker worden, zal het gebruik groeien naar steeds complexere ruimtes. Er is al ontwikkeling van digitale tweelingen in de life sciences ter ondersteuning van systemenbiologie die complexe organen modelleren zoals het menselijk hart," schreef Lundstrom. (Zie "Virtual Twins: Their Roles in Healthcare, Drug Discovery and Pandemic Response," in BioITWorld.)

Ideaal voor de toeleveringskete, gekenmerkt door veel complexe, multi-model use cases, kan de inclusieve digitale tweeling een blik hebben op de gehele toeleveringskete van de leverancier van de leverancier tot de klant van de klant. Een begrip van de status en historie van activa en processen stelt machine learning tools in staat om simulaties, optimalisaties en voorspellende mogelijkheden op de modellen uit te voeren, stelt Lundstrom voor.

"Om de voordelen van deze geweldige kans te realiseren, hebben we standaarden nodig, overeengekomen taxonomieën, en commerciële ontwikkeltools en platforms voor deze markt om te bloeien," stelde hij. "De leveranciersgemeenschap reageert op deze kans, en veel praktijkers uit de PLM [product lifecycle management], IoT, en analytics/data science markt beginnen zich te richten op het oplossen van een aantal van deze fundamentele standaarden."

De grote platformleveranciers gaan vooruit met tools en platform as a service (PaaS) aanbiedingen om marktaandeel te winnen en "de facto" standaarden te ontwikkelen. Amazon Web Services (AWS), Google Cloud Platform (GCP), Predix Platform van GE, IBM en Microsoft bouwen allemaal extensies op hun bestaande IoT-tools en platforms om ondersteuning voor de creatie van digitale tweelingen toe te voegen.

Lundstrom wijst op Microsoft's Azure Digital Twins als een van de meer complete vroege aanbiedingen. Uitgelicht tijdens het Microsoft Build 2020-evenement, virtueel gehouden in mei, ondersteunt de preview-release een nieuwe Digital Twin Definition Language (DTDL) gebaseerd op een implementatie van JSON-LD (JavaScript Object Notation for Linked Data).

"Door JSON-LD te benutten, een wijd geaccepteerd en simpel objectframework, ondersteunt Microsoft een open standaard vanaf het begin," schrijft Lundstrom. "Dit is een belangrijke vereiste omdat gebruikers beginnen te begrijpen dat digitale tweelingen een open object-georiënteerde benadering vereisen om de vereisten voor erfgoed en meerdere instanties in het creëren van complexe multi-tier modellen die draagbaar zijn en het gebruik van wijd beschikbare cloudplatforms en AI-frameworks ondersteunen."

Zijn Toeleveringsketens Digitale Tweelingen Alleen Maar Een Hype?

Is de toeleveringsketens digitale tweeling alleen maar een hype, vraagt een blogpost op de site van River Logic, een leverancier van prescriptieve analytics technologie voor toeleveringsketenoptimalisatie met digitale tweelingen. In bedrijf sinds 2000 in Dallas, biedt het bedrijf vooraf gebouwde applicaties met kennis van business planning en optimalisatie.

Simulatie- en modelleringsoftware stelt organisaties in staat om realistische en verifieerbare toeleveringsketens digitale tweelingen van hun toeleveringsketens te creëren. Datamining-technieken samen met inputs van Internet of Things (IoT) sensoren laten real-time data in modellen stromen. De modellen kunnen monitoren en bepalen wat er in de echte wereld gebeurt en de passende correctieve actie plannen.

Een Gartner-studie over IoT-implementatie in juli 2018 toonde aan dat 13% van de bedrijven die met IoT-projecten werkten al digitale tweelingen had, terwijl nog 62% ernaar toe werkte. "Het lijkt erop dat digitale plannings-tweelingen meer zijn dan alleen een hype," stelde de River Logic-post.

Ingenieurs in de jaren '70 en '80 gebruikten driedimensionale CAD-modellen van complexe engineering-apparatuur voor virtuele walkthroughs. Naarmate de CAD-technologie vorderde, werd het mogelijk om fysieke spanning te representeren, wat virtuele stresstesten mogelijk maakte. Vandaag is het mogelijk om "bijna perfecte" digitale modellen van echte apparatuur te construeren, zoals vliegtuigen, autonome voertuigen en boorapparatuur, en door real-time data in te voeren, zoals de statische en dynamische belasting die tijdens vliegtuigopstijging wordt ervaren, om prestaties te meten.

"Op deze manier is het mogelijk om de echte wereld te simuleren en de kloof tussen onze fysieke en digitale omgeving te overbruggen," stelt River Logic. Verschillende bedrijfservaringen met digitale tweelingen worden gehighlight op de River Logic-website.

Digitale Tweeling van een Magazijn in Azië-Pacific Gebouwd door DHL Supply Chain

DHL Supply Chain bouwde zijn eerste digitale tweeling van een magazijn in Azië-Pacific voor Tetra Pak, een multinationaal voedselverpakkings- en verwerkingsbedrijf gevestigd in Zwitserland. De digitale tweeling wordt op een consistente basis gevoed met real-time data van een fysiek magazijn in Singapore, dat DHL ontwikkelde om geïntegreerd te worden in de toeleveringskete, volgens een verslag in Supply Chain magazine.

"De gezamenlijke implementatie van zo'n digitale oplossing om Tetra Pak's magazijn- en transportactiviteiten te verbeteren is een uitstekend voorbeeld van de slimme magazijnen van de toekomst," stelde Gillet Jerome, CEO, DHL Supply Chain Singapore, Maleisië, Filipijnen. "Dit maakt agile, kosteneffectieve en schaalbare toeleveringsketensoperaties mogelijk."

In het magazijn volgt de DHL Control Tower inkomende en uitgaande goederen om ervoor te zorgen dat alle goederen binnen 30 minuten na ontvangst correct worden opgeslagen. Inkomende vrachtwagens zijn uitgerust met IoT-technologie. Een slimme opslagoplossing ontwikkeld door Tetra Pak traceert en simuleert de fysieke conditie en individuele voorraadsniveaus in real-time, wat non-stop coördinatie van operaties mogelijk maakt.

"We verwachten dat het partnerschap met DHL Supply Chain onze productiviteit verder zal verhogen en hoge standaarden in onze toeleveringsketens zal handhaven," reageerde Devraj Kumar, Director, Integrated Logistics, Zuid-Azië, Oost-Azië & Oceanië voor Tetra Pak.

Digitale Tweelingen in Parijs Beschermen Windturbine tegen Noordzeestormen

GE-ingenieurs in Parijs werken samen met Ansys, een wereldwijde leverancier van engineering-simulatiesoftware, om een digitale tweeling van een windturbine in de Noordzee te bouwen. Een doel is de output maximaliseren en downtime minimaliseren door problemen te ontdekken voordat ze leiden tot een ongeplande storing. De predictieve onderhoud steunt niet alleen op fysieke sensoren op de machines, maar ook op virtuele sensoren geplaatst op plekken waar fysieke sensoren niet kunnen worden gebruikt, volgens een verslag van GE News.

De virtuele sensor heeft de capaciteit om met redelijke precisie een waarde zoals temperatuur of druk te schatten, door andere data van sensoren en slimme algoritmes gebaseerd op historische data of modellen te gebruiken.

Bijvoorbeeld, de GE-ingenieurs hebben een digitale tweeling ontwikkeld van de giermotoren van de Haliade 150-6 windturbine, die de 6-megawatt turbine in staat stelt te roteren en zich in de wind te positioneren. Met virtuele sensoren simuleert deze digitale tweeling de temperatuur op verschillende delen van de motoren.

Met algoritmes gebouwd op Predix, het GE-softwareplatform voor het industriële internet, en een modelleerbenadering ontwikkeld door Ansys, kunnen de ingenieurs nu de motortemperatuur op elk gegeven moment schatten. In de Foundry kunnen ze ook monitoren hoe de motoren presteren onder verschillende belasting over tijd. In het veld kunnen ingenieurs een app met een dashboard verbonden met de tweeling gebruiken om de motortemperatuur te monitoren.

"Voor de simulatie, dankzij de digitale tweeling hoeven we alleen de stroom te kennen om de temperatuur te begrijpen en het gebruik van de motor te optimaliseren," stelde Sabot.

GE rapporteert dat het 1,2 miljoen digitale tweelingen van straalmotoren, gasturbines en locomotieven al in het veld heeft werken.

Lees de bronartikelen en verslagen op Supply Chain Futures, Digital Twin Consortium, de blog van River Logic, Supply Chain magazine en van GE News.