In het niet aflatende streven naar operationele uitmuntendheid en superieure productkwaliteit staat de productiesector aan de vooravond van een technologische revolutie. In de voorhoede van deze transformatie bevindt zich de toepassing van 'digitale tweelingen', een concept dat niet alleen belooft de operationele efficiëntie te verbeteren, maar ook de concurrentiestrategieën opnieuw te definiëren. Dit artikel gaat in op de opkomst van digitale tweelingen, traceert hun historische wortels en onderzoekt hun potentieel om het concurrentievermogen van de productiesector te versterken.
Een historisch perspectief: Het ontstaan van digitale tweelingen
De oorsprong van digitale tweelingen kan worden teruggevoerd naar een onwaarschijnlijk historisch moment: de Apollo 13-explosie. Geconfronteerd met de uitdaging om de oorzaak van de explosie te diagnosticeren vanaf 330.000 km afstand, pionierde NASA met het gebruik van simulatie modellen om de schade digitaal te analyseren. Dit was het begin van het digitale tweelingconcept, waarmee een forensisch onderzoek van ontwerpfouten mogelijk werd door gegevens te repliceren.
Wat zijn digitale tweelingen?
Om de volledige reikwijdte van digital twins te begrijpen, is het cruciaal om deze technologie nauwkeurig te definiëren. Een digital twin is een virtueel model van een fysiek object, persoon of proces, waardoor simulaties inzicht geven in de echte wereld. In tegenstelling tot traditionele 3D visualisaties of standalone simulaties, biedt een digital twin een nauwkeurige, real-time representatie, verrijkt met gedragsinzichten en visuele weergaven. Het dient als een ideale basis voor product lifecycle management (PLM), van creatie tot afdanking, en is ontworpen rond de waarde die het toevoegt aan specifieke use cases.
De rol van digitale tweelingen in productontwerp
De digitale twin gaat vaak vooraf aan de fysieke entiteit en biedt een 'virtuele twin' tijdens de creatiefase. Dit stelt ontwikkelaars in staat om de volledige levenscyclus van het product vroeg in het ontwerp proces te simuleren, in tegenstelling tot de rigide sequentiële modellen van traditionele productontwikkeling. Door virtuele tweelingen te gebruiken, kunnen potentiële ontwerpfouten snel worden geïdentificeerd en aangepakt, waardoor kostbare ontwikkelingstijd wordt bespaard.
Procesanalyse via digitale tweelingen
Een digitale twin kan ook een replica zijn van een proces zoals een hele fabriek, een productielijn of machineonderdelen. Een digital twin wordt gecreëerd door real-time gegevens van sensoren te ontsluiten en te combineren met computerondersteund ontwerp (CAD) modellen en andere simulatie tools. De belangrijkste reden voor het implementeren van digitale tweelingen is om datagestuurde beslissingen te kunnen nemen. Dit kan bijvoorbeeld door predictief onderhoud toe te passen om potentiële problemen te identificeren voordat ze zich daadwerkelijk voordoen, of door processen in real-time te monitoren en te analyseren.
Use cases van digital twins zijn zeer divers. Zo heeft Emixa een digitale tweeling opgezet bij een fabrikant van plastic verpakkingen. Het doel op lange termijn: beslissingen kunnen nemen op basis van data om de kwaliteit van hun producten te verhogen. Dit begon met een proof-of-concept waarbij gegevens van energiesensoren en het ERP systeem beschikbaar worden gemaakt om realtime energiebesparingen door te voeren. Medewerkers op de werkvloer zijn zo in staat om onmiddellijk te handelen in geïdentificeerde situaties voor mogelijke energiebesparingen. In latere fasen zullen meer sensor gegevens worden toegevoegd aan het model om de digitale twin uit te breiden.
Toepassingen in de echte wereld en vooruitzichten voor de toekomst
De wijdverspreide toepassing van digital twins in de productie-industrie laat momenteel op zich wachten en dit kan worden toegeschreven aan verschillende uitdagingen:
- Allereerst is er het aspect van een solide data infrastructuur. De meeste productiebedrijven vertrouwen op enterprise resource planning (ERP) en product lifecycle management (PLM) systemen om de dagelijkse activiteiten te beheren. Het integreren van deze systemen met digital twin technologieën is een complexe taak, die naadloze data stromen en data verbindingen vereist, wat vaak gepaard gaat met hoge kosten en tijd.
- Een ander obstakel is dat sommige productieprocessen moeilijk te vangen zijn in deterministische modellen. Digitale tweelingen zijn gebaseerd op het principe van close approximation, maar in werkelijkheid kunnen sommige processen complexe, niet-lineaire variabelen bevatten die moeilijk te voorspellen zijn.
- Bovendien bevatten machines vaak enorme hoeveelheden gegevens, maar het ontsluiten en effectief gebruiken van deze gegevens kan moeilijk zijn.
Het overwinnen van deze obstakels vereist een strategische aanpak, waarbij investeringen in data infrastructuur en digitale competenties vertaald moeten worden in concrete financiële voordelen. Zo investeren verschillende partijen in digital twin technologie, zoals Siemens, General Electric (GE), Microsoft Azure en Amazon Web Services. Een interessant voorbeeld is de samenwerking tussen Siemens, een elektronica en elektrisch engineering bedrijf gespecialiseerd in de manufacturing industrie, en NVIDIA, een pionier in graphics en kunstmatige intelligentie. Samen werken ze aan een 'industriële metaverse' om fotorealistische digitale tweelingen op grote schaal te ontwikkelen. Emixa volgt deze ontwikkelingen op de voet en speelt in op mogelijke kansen die dit onze klanten biedt.
