Digitale tweelingen: wat is het en hoe het werkt

Een digital twin is een virtueel model van een fysiek object dat vaak wordt gebruikt voor simulaties, testen en monitoring van het fysieke object.

Ze maken het gemakkelijker om complexe projecten te visualiseren, zoals grote machines, straalmotoren, slimme steden en nutsinstallaties.

Er kunnen ook digitale tweelingen bestaan ​​voor niet-bestaande objecten – in dat geval worden ze gebruikt voor de planning en ontwikkeling van zo’n object.

In deze blog vindt u alles wat u moet weten over digitale tweelingen en ziet u of dit uw volgende project ten goede kan komen.

Kenmerken van digitale tweelingen

Digitale tweelingtechnologieën onderscheiden zich van andere technologieën met een unieke reeks kenmerken, waaronder:

• modulariteit: Digital twin-technologieën passen vaak een modulaire ontwerpbenadering toe om één machine met meerdere componenten te bouwen. Deze aanpak maakt het gemakkelijk om specifieke componenten te identificeren die op een bepaalde manier kunnen worden verwisseld, verbeterd of aangepast om de gewenste resultaten te bereiken.
• Connectiviteit: Digitale tweelingen zijn ook sterk afhankelijk van connectiviteit en dit wordt meestal bereikt door verbonden sensoren via IoT-apparaten. Deze connectiviteit gaat beide kanten op om communicatie tussen de digitale en fysieke tweelingen mogelijk te maken.
• Slim en herprogrammeerbaar: Digital twin-systemen zijn slim in de zin dat u wijzigingen in verschillende parameters kunt aanbrengen. Informatie van IoT-sensoren kan er bijvoorbeeld voor zorgen dat de digitale tweeling bepaalde parameters aanpast, en deze nieuwe instellingen eveneens naar de fysieke tweeling stuurt om zichzelf aan te passen.
• Homogenisatie: Homogenisatie verwijst naar het stroomlijnen van alle gegevens en invoer van de fysieke machine in een eenvoudig, digitaal formaat dat het gemakkelijk maakt om te delen met andere gebruikers, systemen of teamleden.
• Digitale tracering: Digital twins laten ook sporen achter die het gemakkelijk maken om de status van een machine terug te spoelen, bijvoorbeeld naar een eerder tijdstip voordat er een storing optrad. Dit maakt het gemakkelijk om problemen te diagnosticeren.

Hoe digitale tweelingen werken

Het proces van de functionaliteit van digitale tweelingen is relatief eenvoudig. Hier is het basisproces van 3 stappen.

1. De fysieke tweeling

Ten eerste is er het fysieke object of de machine, die van alles kan zijn, van een V8-verbrandingsmotor tot een straalmotor met turboventilator, een lopende band in een fabriek of een hele toeleveringsketen. Een fysieke tweeling is uitgerust met sensoren die alle vormen van gegevens verzamelen en doorgeven aan zijn virtuele tweeling. Deze gegevens kunnen temperatuur, rotaties per minuut, druk, geluidsniveau, trillingen, enzovoort omvatten.

2. De digitale tweeling

In de computerwereld wordt voor een virtuele simulatie een overeenkomstig virtueel model van de fysieke tweeling gecreëerd. Dit virtuele model kan zo eenvoudig of complex zijn als nodig is. Het zou eenvoudige grafische weergaven kunnen gebruiken of complexere afbeeldingen met fysieke of technische principes die ervoor zorgen dat het zijn fysieke tweeling authentieker nabootst. 

3. De dataverbinding

Het systeem wordt pas compleet wanneer live data van de sensoren in de digital twin worden ingevoerd om een ​​real-time feedbackloop te creëren, waarbij de fysieke twin zijn digitale tegenhanger beïnvloedt, en de digital twin op zijn beurt ook de fysieke prestaties kan monitoren. voer simulaties uit, breng wijzigingen aan in de fysieke tweeling of wordt gebruikt om personeel op te leiden voor werk.

De voordelen van digitale tweelingen

De voordelen van digitale tweelingen zijn talrijk en hier zijn er een paar:

• Voorspellend onderhoud: Door de apparatuur en de prestaties ervan voortdurend te monitoren, maken digitale tweelingen voorspellend onderhoud mogelijk en kunnen ze dure apparatuurstoringen en ongeplande downtime helpen voorkomen.
• Verbeterde operationele efficiëntie: Door inzichten te bieden om processen te optimaliseren en middelen optimaal toe te wijzen op basis van realtime gegevens, kunnen digitale tweelingen ook tot aanzienlijke productiviteitswinsten leiden.
• Verbeterd veiligheids- en risicobeheer: Gevaarlijke scenario's kunnen worden gesimuleerd met een digitale tweeling om potentiële gevaren te identificeren en de juiste stappen te nemen.
• Innovatie & Productontwikkeling: Digitale tweelingen kunnen innovatie helpen faciliteren door een virtuele omgeving te bieden voor het testen en verfijnen van ideeën voordat ze tot fysieke productie overgaan. Dit kan het innovatie- en productontwikkelingsproces versnellen, waardoor producten sneller op de markt kunnen worden gebracht.
• Verbeterde besluitvorming: Digitale tweelingen bieden realtime, datagestuurde inzichten in de status en prestaties van fysieke systemen. Deze informatie kan besluitvormers in staat stellen weloverwogen keuzes te maken, de processen van hun systeem te optimaliseren en gemakkelijker op onvoorziene omstandigheden te reageren.
• Kostenbesparingen: Digitale tweelingen kunnen bijdragen aan kostenbesparingen in een organisatie door voorspellend onderhoud, procesoptimalisatie en verbeterd algemeen resourcebeheer.

Soorten digitale tweelingen

Er zijn verschillende soorten digitale tweelingen, afhankelijk van hun toepassing of reikwijdte. Dit zijn de belangrijkste:

• Component-tweelingen: Ook wel de parts twin genoemd, dit is een digitale tweeling die overeenkomt met het kleinste element van een systeem. Een voorbeeld is een enkele zuiger van een 6-cilindermotor. Component-tweelingen kunnen specifieke parameters zoals trillingen en temperatuur bewaken.
• Producttweelingen: Een product- of asset-tweeling combineert doorgaans meerdere componenttweelingen om dit model met een hogere complexiteit te bereiken. Productdubbels vertegenwoordigen doorgaans fysieke producten, zoals een motor, een ventilator, enzovoort.
• Tweelingen verwerken: Wordt gebruikt voor het modelleren en simuleren van de bewerkingen of workflows binnen een systeem. Processtwins kunnen worden toegepast om industriële processen zoals productie en supply chain management te optimaliseren of te monitoren.
• Systeem tweelingen: Combineert meerdere processen of producttweelingen om een ​​complex systeem te creëren dat wordt gebruikt om de interacties van verschillende virtuele modellen als één eenheid te analyseren of te simuleren.

Toepassingen in alle sectoren

Bedrijven passen digitale dubbele technologieën toe in verschillende industrieën over de hele wereld. Hier zijn enkele van deze belangrijke toepassingen:

• Productie: Digitale tweelingen helpen het productieproces in fabrieken te optimaliseren en daardoor de uitvaltijd te minimaliseren, de gezondheid van apparatuur te bewaken en de algehele operationele efficiëntie van het bedrijf te verbeteren.
• Aerospace: Luchtvaartfabrikanten maken gebruik van digitale tweelingen voor het ontwerpen en testen van vliegtuigonderdelen. Anderen gebruiken het voor realtime monitoring, zoals Rolls-Royce doet met zijn motoren.
• Slimme steden: Slimme steden maken gebruik van digitale tweelingen bij verkeersoptimalisatie, energiemonitoring, -beheer en het nemen van verschillende weloverwogen beslissingen waar de inwoners van de stad van zullen profiteren.
• Energie & Nutsvoorzieningen: Digital Twin-technologie helpt bij het beheren van hernieuwbare energiebronnen, elektriciteitsnetwerken en elke complexe mix van energiesystemen. Ze kunnen helpen bij het optimaliseren van de toewijzing van hulpbronnen, het voorspellen van de energievraag, enzovoort.
• Constructie: Dankzij digitale tweelingen kunnen architecten en ingenieurs verschillende opties visualiseren en simuleren voordat ze baanbrekend zijn. Bovendien kunnen ze een gebouw ook na de bouw monitoren.
• Voorraadketenbeheer: Complexe toeleveringsketens kunnen digitale dubbele technologie gebruiken om goederen en materialen in realtime te volgen, transportroutes te optimaliseren, potentiële vertragingen te identificeren en de algehele efficiëntie van de toeleveringsketen te verbeteren.
• Product ontwikkeling: Digitale tweelingen kunnen worden gebruikt bij het virtueel testen en verfijnen van nieuwe producten voordat ze op de markt worden gebracht, waardoor de ontwikkelingskosten worden verlaagd.

Voorbeeldapplicaties

Hier zijn enkele gedenkwaardige voorbeelden van de verschillende manieren waarop bedrijven digital twin-technologie gebruiken.

• GE-windturbines: GE gebruikt digitale tweelingen van windturbines voor prestatiemonitoring en voorspellend onderhoud.
• SpaceX: Met een digitale tweelingbroer van de Dragon-capsule kunnen operators trajecten, ladingen en voortstuwingssystemen monitoren en aanpassen voor veiligheid en betrouwbaarheid.
• Slimme stad Singapore: Singapore ontwikkelt een digitale tweeling van de hele stad, inclusief gebouwen, infrastructuur en transportnetwerken om het energieverbruik, de luchtkwaliteit en het verkeer in realtime te monitoren.
• Schneider Electric-netwerken: Schneider Electric maakt gebruik van digitale tweelingen van elektriciteitsnetwerken voor de optimalisatie van de energiestroom, voorspellingen van potentiële uitval en de veerkracht van het elektriciteitsnet.
• AB InBev: De grootste brouwer ter wereld maakt gebruik van digital twins-technologie om zijn toeleveringsketens en productielijnen te beheren.
• Rolls Royce: Het bedrijf Rolls-Royce gebruikt digitale tweelingen van zijn vliegtuigmotoren voor realtime motortracking, optimalisatie en brandstofefficiëntie.
• Unilever: Deze productiegigant maakt gebruik van digitale dubbele technologie voor procesoptimalisatie en maximalisatie van hulpbronnen in hun fabrieken.
• Boston Consulting Group: De Boston Consulting Group (BCG) maakt gebruik van digitale tweelingen van bedrijfsprocessen om inefficiënties te identificeren en op te lossen, knelpunten in processen te voorspellen en de toewijzing van middelen in de bedrijven van hun klanten te optimaliseren.

Digitale tweelinggerelateerde technologieën

Digitale tweelingtechnologieën ontwikkelen zich niet in een vacuüm. Ze zijn het resultaat van interactie met meerdere andere technologieën, waaronder de volgende:

• AI & ML: Kunstmatige intelligentie (AI) en machine learning (ML) zijn gebieden van de computerwetenschappen die het voor ingenieurs gemakkelijk maken om de sensor- en gegevensinvoer van digitale tweelingsystemen te gebruiken en deze om te zetten in bruikbare inzichten of andere waardevolle zakelijke toepassingen.
• IoT: Het Internet of Things (IoT) is het groeiende web van onderling verbonden apparaten die met elkaar en met andere computerplatforms kunnen communiceren. IoT-toepassingen en innovaties zijn nog steeds in opkomst.
• Uitgebreide realiteit: Uitgebreide realiteit is een overkoepelende term die verwijst naar toepassingen van virtual reality, augmented reality en mixed reality.
• Wolk en rand: Cloudplatforms maken de homogenisering van gegevens eenvoudiger edge computing systemen helpen bedrijven hun infrastructuur en gegevensverwerkingsmogelijkheden te optimaliseren.
• simulators: Van 3D-modelleringssystemen tot fysica-engines, visualisatietools en andere platforms die de creatie en visualisatie van digitale tweelingen mogelijk maken.
• Blockchain: Sommige digital twin-toepassingen, zoals supply chain-oplossingen, zijn van toepassing Blockchain-technologieën voor nauwkeurig en betrouwbaar gegevensbeheer.

Informatiebronnen

• Wikipedia-artikel over digitale tweelingen: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM over digitale tweelingen: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• De Azure Digital Twins-service van Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Digitaal tweelingconsortium: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Digitale dubbele hub: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Industriële IoT Insights Hub: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Conclusie

Je hebt gezien hoe digitale tweelingen de manier waarop we de fysieke wereld waarnemen en ermee omgaan, transformeren en revolutioneren. Van productontwerp tot de orkestratie van hele stedelijke ecosystemen: digitale tweelingen bieden ongeëvenaarde inzichten, efficiëntie en innovatie.

Digitale tweelingen verbinden ook de fysieke en digitale wereld met realtime data-analyse en voorspellende mogelijkheden, waardoor industrieën eenvoudig processen kunnen optimaliseren en de besluitvorming kunnen verbeteren. Dit kan u en uw bedrijf helpen nieuwe mogelijkheden te ontsluiten.