Ga naar de inhoud

Fontys

Ook het mkb kan een Digital Twin goed gebruiken

Digital twins lijken goed inzetbaar in de maakindustrie en zouden daar zelfs voor een revolutie kunnen zorgen in de vorm van efficiëntere productie en beter onderhoud. Maar hoe zet je deze techniek in als mkb-bedrijf? De kennis en de inzichten om in twins te investeren ontbreken daar nogal eens. Teade Punter ziet echter genoeg mogelijkheden en kansen voor de digital twin in het mkb.

Een digital twin is de digitale versie van een fysiek bedrijfsmiddel, een systeem, een object of proces, oftewel een asset: iets dat het waard is om gegevens over te verzamelen. Met een twin wordt een digitale weergave van de echte asset gemaakt, door de data uit de sensoren van de asset te gebruiken. De echte en de virtuele asset zijn gelijk aan elkaar. Wijzigt er iets aan het fysieke middel, dan is dat ook zo in de twin.
Digital twinning lijkt sterk op simuleren, omdat daar ook de werkelijkheid wordt nagebootst. Digital twinning voegt hier een element aan toe; namelijk een continue verbinding tussen de virtuele en echte wereld. De digitale representatie is het echte systeem, waardoor het mogelijk wordt direct de systeem status in te zien en aansturing te geven via de actuatoren van de asset.
Een digital twin kan gebruikt worden om nieuwe assets te ontwikkelen, zoals dat gebeurt in de ruimtevaart, waar ook de oorsprong van het begrip ligt. Dit artikel gaat uit van de digital twin als een afgeleide van bestaande assets, zoals die in de maakindustrie worden ontwikkeld.

Een digital twin maken

Een digital twin wordt gemaakt door data over de asset te verzamelen. Deze data zijn afkomstig uit de sensoren van de asset en worden gevisualiseerd met de twin. Er wordt bij twin-ontwikkeling dan ook begonnen met de datastructuur van de asset. In Industrie 4.0 worden hiervoor methodes zoals RAMI4.0 en Asset Administration Shell (AAS) gepropageerd. Sommige bedrijven pakken dit al op, andere zijn terughoudender. Naast de datastructuur is het vaak ook van belang om naar het gedrag van de asset te kijken. Het gaat dan bijvoorbeeld om ‘agents’ die specifieke taken van de asset uitvoeren, zoals het bijhouden van de voorraad. Gedrag van de asset vraagt om modellering, om een beschrijving van de toestanden, met de voorwaarden waaronder dit gebeurt.

Drie fasen

Voor het ontwikkelen en toepassen van digital twins worden drie fasen onderkend: data logging, afbeelden van de asset en integratie van asset en model.

Data logging vormt de basis van elke twin-ontwikkeling: de data worden via (IoT-)sensoren verzameld. Voor veel bedrijven is dit vaak al een grote stap, die daarmee niet mag worden onderschat.

Bij het afbeelden van de asset (het virtualiseren) kan alleen naar het uiterlijk en de vorm van de asset worden gekeken om deze bijvoorbeeld zo echt mogelijk in 3D af te beelden. Afbeelden gaat ook over modelleren. Er wordt dan naar aspecten van de asset gekeken die relevant zijn voor de toepassing ervan, zoals het onderhoud of het gebruik van de asset of specifieke agenttaken. Om een model zo reëel mogelijk te maken, zullen meerdere aspecten van de asset moeten worden meegenomen. Anderzijds is het wenselijk om het aantal aspecten in het model in te perken, zodat het model krachtiger en overzichtelijker is. Het afbeeldingsresultaat is een ‘digital model’. Als de data-uitwisseling tussen asset en model sterk geautomatiseerd verloopt, is sprake van een ‘digital shadow’.
Er kan ook vanuit verschillende perspectieven naar een asset worden gekeken. In de maakindustrie spelen dan vaak het fabrieks- en het machineperspectief een rol. Vanuit fabrieksperspectief kan het dan bijvoorbeeld gaan om de integratie van meerdere machines, en wordt er bijvoorbeeld gekeken naar de logistieke workflow van de producten. Het machineperspectief heeft dan een meer beperkte scope, en daar kan dan bijvoorbeeld de kwaliteit van producten de aandacht van de twin zijn.
Bij integratie van asset en model gaat het om de volledige integratie van de fysieke en de virtuele asset waarbij de data en aansturing afgestemd worden. Het gaat hier om de stap van digital shadow naar digital twin. In deze fase wordt de twin synchroon met de echte asset gemaakt. Als dat gerealiseerd is, kan aansturing vanuit de digital twin de fysieke asset regelen.

Smart Industry Twin

Er kan ook vanuit verschillende perspectieven naar een asset worden gekeken. In de maakindustrie spelen dan vaak het fabrieks- en het machineperspectief een rol. Vanuit fabrieksperspectief kan het dan bijvoorbeeld gaan om de integratie van meerdere machines, en wordt er bijvoorbeeld gekeken naar de logistieke workflow van de producten. Het machineperspectief heeft dan een meer beperkte scope, en daar kan dan bijvoorbeeld de kwaliteit van producten de aandacht van de twin zijn.

Motivaties voor mkb

Een digital twin kan om diverse redenen worden ontwikkeld. Voor mkb-bedrijven zijn de volgende motivaties mogelijk om met een twin te beginnen.

Omdat de twin een kopie is van het echte systeem, kan de twin dienst doen als monitoring-op-afstand instrument voor bedrijven die machines bij klanten op afstand hebben staan. Dankzij een digital twin kan een service operator direct meekijken als er problemen optreden bij een van haar klanten. Het onderhoud kan zo efficiënter en mogelijk ook beter geïnformeerd worden uitgevoerd.

 De twin kan ook worden ontwikkeld om data over machineonderdelen of het machinegebruik te verzamelen om zo patronen te herkennen. Zo kan bijvoorbeeld de slijtage van onderdelen worden voorspeld en het vervangen ervan worden ingepland zonder het fabricageproces op ongewenste tijden te hoeven onderbreken: het zogenaamde predictive maintenance.

De twin kan ook gebruikt worden om data te verzamelen. De fase data logging wordt dan gedaan vanuit de digital twin. Data worden verzameld over (gesimuleerde) situaties waarin je de echte machine niet wilt, of kunt, brengen omdat deze anders kapot zou gaan of gevaar voor medewerkers zou opleveren.

Weer een andere motivatie is om meerdere mensen gelijktijdig aan de machine te kunnen laten werken door hen met een twin te laten werken en zo de echte machine te trainen.

Tenslotte kan een motivatie zijn om de assets van verschillende bedrijven op elkaar af te stemmen. Bedrijven kunnen zo een keten van assets vormen, waarbij machine informatie wordt uitgewisseld en machines op elkaar kunnen aanhaken, waardoor nieuwe vormen van samenwerking ontstaan.

Investering

Met digital twinning digitaliseert de maakindustrie. Naast de mogelijkheden, zoals hierboven beschreven, en risico’s zoals beveiliging en IT-afhankelijkheid, moet twinning als een investering worden gezien. Daarbij is het natuurlijk van belang om vooraf te bepalen waarom de twin wordt ontwikkeld. Hierbij kan een kosten/batenanalyse helpen. Echter, de baten van digital twins zijn voor de daadwerkelijke twin-implementatie niet volledig te voorspellen, omdat met twinning ook het beeld op de mogelijkheden met de assets, machines en processen, wijzigt. Digital twinning is daarmee in eerste instantie een beslissing voor bedrijven met oog voor en vertrouwen in een digitale toekomst.

Auteur: Teade Punter is lector High Tech Embedded Software (HTES) en leading lector Fontys Centre of Expertise High Tech Systemen en Materialen (HTSM).

Fontys

Fontys

Fontys Expertisecentrum High Tech Systems en Materials (HTSM) verbindt Fontys studenten en -onderzoekers met hightech bedrijven in het Brainport gebied.

Bekijk Bedrijf
Schrijf je in voor onze nieuwsbrief en ontvang updates.