artikel

Snellere productontwikkeling en procesoptimalisatie met digital twin

Engineering

De digital twin staat op doorbreken. Internet of Things verschaft de digital twin de navelstreng met de fysieke werkelijkheid. Dat maakt onder andere snellere productontwikkeling, procesoptimalisatie en effectiever onderhoud mogelijk. Maar niemand zegt dat het makkelijk is om de potentie er ook daadwerkelijk uit te halen.

Snellere productontwikkeling en procesoptimalisatie met digital twin

Tekst: Leendert van der Ent

ICT onderzoeksbureau Gartner is sinds 2016 de drijvende kracht achter het begrip digital twin. De wortels ervan gaan al terug tot 2003, toen Michael Grieves het concept in een collegereeks over Product Lifecycle Management aan de University of Michigan introduceerde. Het is inmiddels te beschouwen als een aspect van de digitale transformatie naar industrie 4.0.
In maart 2018 meldde Gartner dat bijna de helft van ondervraagde bedrijven in China, de VS, Duitsland en Japan die bezig zijn met Internet of Things, deze toepassing ook voor digital twins (willen) gebruiken. Gartner becijfert het aantal sensoren en endpoints voor 2020 op 21 miljard wereldwijd. Minstens de helft van de productiebedrijven met meer dan vijf miljard omzet zal volgens Gartner in 2020 een digital twin van producten of kapitaalgoederen hebben. Bovendien spreekt het rapport de verwachting uit dat het gebruik van digital twins tot 2022 gaat verdrievoudigen.

Niet elk digitaal model is digital twin

En over tien jaar? “Dan is er waarschijnlijk een digital twin voor consumentenproducten, machines, het elektriciteitsnet, de olie- en gasinfractructuur en zelfs hele fabrieken”, zegt Brian Buntz in IoT World Today op 20 februari 2019. Anderen hebben het zelfs over digital twins van hele steden.
Het is daarbij overigens wel de vraag of het over echte digitale tweelingen gaat of over digitale ‘ik wou dat we familie waren’, zoals onderzoeker Dan Miklovic van LNS research het noemt. Hij wil maar zeggen: de definitie is breed, maar zelfs binnen zo’n brede definitie is niet elk digitaal model dat in de verte iets wegheeft van een werkelijk systeem ook een echte digitale tweeling.

Digital twins vullen met operationele data

De berichtgeving van Gartner suggereert een nauw verband tussen IoT en Digital twins. Wat is dat verband nu precies? Een digital twin is een omschrijving en een 3D-rendering van een object (of proces), met alle bijbehorende sensoren. Daarmee speelt de digitale tweeling een rol bij het ontwerp, de operatie, verbetering en het onderhoud. Internet of Things-sensoriek maakt het mogelijk om digital twins te vullen met operationele data: een 3D-CAD-model met daarin de ‘echte’ functionaliteit opgenomen.
Als de data uit de fysieke omgeving aan het model worden toegevoegd, ontstaat een wisselwerking: het vertrekpunt voor het maken van optimalisatieslagen. Als de omgevingsfactoren veranderen, hoe reageert het product (of de productielijn)? Als we deze aanpassing doorvoeren, wat is dan het effect? Zo zijn verschillende scenario’s veilig te simuleren en kan de beste configuratie worden geselecteerd. Een ‘predictive twin’ werkt vergelijkbaar. Bij deze variant van de tweeling worden historische gegevens uit andere apparaten gebruikt om het gedrag van een bepaald (nieuw) apparaat te voorspellen.

Digital twin versus werkelijkheid

IoT is uiteindelijk de factor die de brug tussen model en werkelijkheid slaat. Alexander Poniewierski, Global IoT leader bij EY: “De digital twin biedt producenten op dit moment de beste mogelijkheid om te simuleren en te experimenteren zonder het echte productiesysteem aan te raken. Je kunt modellen maken met nauwkeurige realtime data.”
De data uit sensoren maakt duidelijk hoe gebruikers een product of productielijn in werkelijkheid gebruiken en welke praktijkomstandigheden dit binnen dit systeem veroorzaakt. Daaruit valt bijvoorbeeld af te leiden welke onderdelen het hard te verduren krijgen of welke verbeteringen de gebruikers graag zouden zien. IoT biedt daarmee data als basis voor intelligentie. Zo wordt het mogelijk om met digital twins verbeteringen te bereiken en gericht te sturen. Het oprukken van IoT is meteen een belangrijke verklaring voor de (verwachte) groei van het aantal digital twins.

Digital twins zijn sleutel tot winst

Het is de verwachting dat digital twins productieprocessen gaan veranderen en innovatie versnellen. De beloften variëren van lagere ontwikkelings- en operationele kosten tot geoptimaliseerde maintenance en minder downtime. Het biedt de mogelijkheid om kennis te borgen en sneller te ontwikkelen. “Een digital twin is een levend model dat stuurt op zakelijk resultaat”, aldus Colin Parris, vice president of software research bij General Electric.
Daarmee is het een sleutel tot hogere winst. Volgens sommigen kunnen we nu nog maar het topje van de ijsberg aan mogelijkheden zien. Voor de toekomst vergroot de koppeling met augmented reality en kunstmatige intelligentie bijvoorbeeld de mogelijkheden nog verder.

Digital twin niet zaligmakend

Daarmee zijn alle ingrediënten voor een hype naar de ‘piek van de overspannen verwachtingen’ aanwezig. “Digital twins worden in de toekomst doorslaggevend voor industriële bedrijven”, waarschuwt eerdergenoemde Brian Buntz, “maar er succesvol gebruik van maken zal niet makkelijk zijn.” Begin er dan ook alleen aan als er een duidelijk gebruiksdoel voor ogen staat. Meegaan uit angst om achter te blijven is een recept voor teleurstelling.
Blijf nuchter, weeg investeringen en opbrengsten tegen elkaar af. Wie er niet goed over nadenkt, eindigt met een model waar van alles ingaat maar niets uitkomt. De ‘ik wou dat we familie waren’-variant van Miklovic staat voor een vergaande versimpeling waar geen echt relevante informatie uit kan komen. Het andere uiterste is een heuse digital twin… die alleen de complexiteit en kosten verhoogt als de mogelijkheden niet optimaal worden benut.
Zelfs Gartner waarschuwt hiervoor: “[Een digital twin] kan technologische overkill zijn voor bepaalde bedrijfsvragen. Er zijn ook zorgen over kosten, beveiliging, privacy en integratie.” Wat de vorm ook is van de fysieke werkelijkheid die de digital twin weergeeft, zorg dat de tweeling met beide benen op de grond blijft.

Digital twin: Beste Practices volgens Gartner

#1 Beschouw de hele keten

(Process) digital twins kunnen ketenproblemen zoals een gebrek aan samenwerking tussen afdelingen helpen oplossen. Dit kan door de keten gestructureerd en integraal te beschouwen en een ‘value chain driven’ digital twin te maken. Deze kan alle betrokkenen helpen om de status van de fysieke werkelijkheid beter te begrijpen en optimalisaties daarop te baseren.

#2 Duidelijke standaardregels voor bouwen en veranderen

Als meerdere betrokkenen samen aanpassingen aan complexe digital twins moeten kunnen aanbrengen, is het zaak gebruiksgemak bij het modelleren te combineren met standaardisatie.

#3 Gebruik data uit meerdere bronnen

Het is moeilijk te voorspellen welke modellen, datatypen en analyses van sensordata de beste digitale weergaven van een fysiek systeem opleveren. Een 3D-geometrie toont hoe een object in elkaar zit, maar laat nog geen simulatie van het operationele gedrag toe. Dat moeten data uit verschillende bronnen mogelijk maken.

#4 Houd rekening met de levenscyclus

De fysieke fabriek of productielijn gaat langer mee dan de software van de digital twin. Het is van belang om niet te afhankelijk van een softwareleverancier te worden en een plan te hebben voor de ‘houdbaarheid’ van programmatuur en data op de lange termijn.

Meer artikelen over digital twin:

 

Reageer op dit artikel