Digital twins: investeer vooral in simpele modellen

0

Het industriële Internet of Things (IIoT) ontwikkelt zich ondanks de technische complexiteit sneller dan het gelijknamige loT uit de consumentensfeer. De industriële toepassingen breiden zich uit en worden steeds vaker aangestuurd door een zogenoemde ‘digital twin’: een dynamisch software­ model dat gebouwd wordt met behulp van kunstmatige intel­ligentie. De digital twin blijkt een exacte voorspeller te zijn van systeemuitval.

Onderzoeksbureau Gartner voorspelt een glorieuze toekomst voor de digi­tale tweelingen en nam ‘digital twins’ daarom op in de top 10 van strategische technologietrends voor 2017. Een digi­tale tweeling is een dynamisch softwaremodel dat vertrouwt op sensorgegevens om de status van een bestaand object of systeem te begrijpen, hierop te reageren, de werking te verbeteren en waarde toe te voegen. Een digital twin vertegen­woordigt ‘het brein van een machine’.

De digital twin is net als een menselijke operator in staat om te reageren op veran­deringen of verstoringen in het productie­proces. Een digitale tweeling combineert metadata met omgevingsfactoren (zoals locatie, vochtigheid en temperatuur), ge­gevens over incidenten (bijvoorbeeld tijd­reeksen) met analytics (zoals algoritmen en regels). Digital twins zijn een digitale representatie van traditionele technici en fysieke machines met bijhorende meetapparatuur zoals drukmeters, drukkleppen, ventielen enzovoorts.

De analisten van Gartner voorspellen dat in 2020 er meer dan 21 miljard verbon­den sensoren en endpoints zijn en dat er digitale tweelingen bestaan voor miljar­den dingen. Bedrijven zullen de digitale tweelingen gebruiken voor het repareren van machines en om servicebeurten in te plannen. Maar ook om uitval van machines te voorspellen, om de operationele efficiency te verbeteren, voor het plannen van fabricageprocessen, om hele fabrie­ken effectief en efficiënt te laten draaien en om de ontwikkeling van nieuwe producten te verbeteren.

Digital twin slaat brug tussen fysieke en digitale wereld

Fabrieksma­nagers zullen de digital twins in eerste instantie inzetten voor de meest kostbare machines, maar naarmate het gebruik van digital twins gemeengoed wordt, zullen ook de andere minder bedrijfskritische productiemiddelen met de kunstmatige intelligentie worden uitgerust.

Overengineering

Digital twins komen niet zomaar met de ooievaar aanvliegen. Organisaties zoals de NASA en het leger werken al jaren aan complexe digitale modellen die een exacte kopie zijn van de werkelijke ruimte- en legervoertuigen, inclusief alle onderdelen. De meeste ondernemingen zullen in eerste instantie echter op bescheiden schaal met relatief eenvoudige modellen aan de slag gaan. Ze zouden kunnen beginnen om het meest cruciale en kostbare onderdeel te modelleren, bij­ voorbeeld een compressor in een aircon­ditioninginstallatie. Dat kan potentieel al veel voordelen opleveren.

Bij het model­leren van digital twins is de neiging groot om de zaken gelijk grootscheeps aan te pakken, terwijl simpele modellen vaak volstaan. ‘Overengineering’ is een potentiële valkuil die tot onnodige extra kosten leidt in termen van extra sensors en oplopende investeringen in processen als dataverzameling en analyses. Onder­nemingen die waardevolle bedrijfsmid­delen hebben, zullen digital twins de komende vijf tot tien jaar inzetten om het beheer, de flexibiliteit, betrouwbaar­heid en efficiency van het machinepark te vergroten.

Praktijkvoorbeeld

Er komt een oproep binnen op een tablet. Het is een digitale stem die een update geeft over een stoomturbine die elektriciteit produceert. Er wordt mel­ding gemaakt van een verandering in het operationele profiel van de turbine. Deze verandering wordt veroorzaakt doordat een cruciaal onderdeel sneller slijtage vertoont dan normaal. Dat leidt niet noodzakelijkerwijs vandaag of zelfs in de komende maanden tot een probleem, vertelt de boodschapper, maar op lange termijn zal dit de gehele prestatie van de elektriciteitscentrale verminderen en zorgen voor duurder onderhoud. Het is geen menselijke operator die deze update stuurt, maar het is de digitale tweelingbroer van de turbine.

Een exacte, digitale replica van de fysieke machine die werd gebouwd met behulp van kunstmatige intelligentie en algoritmes. Deze algoritmes maken het mogelijk om te zien, te denken en te handelen exact zoals mensen. In een gesprek van tien minuten met de digitale twin wordt een oplossing bedacht die uiteindelijk maar liefst 12 miljoen dollar zal besparen. Deze besparing is mogelijk als gevolg van een eenvoudige aanpas­sing in de werking van de turbine die zorgt voor optimalisatie.

Digital twins zullen geen banen doen sneuvelen

De digitale twin kan deze berekening maken dankzij de beschikbaarheid van historische gegevens, informatie over de werking van vergelijkbare andere turbines in de machinevloot en een diepgaande kennis van de fysieke belasting van de turbine. Mogelijke downtime of hogere onderhoudskosten worden op deze manier vermeden dankzij de tijdige waarschuwing van de digital twin, die ook aanbevelingen doet en razendsnel scenario’s met financiële berekeningen kan presenteren.

Toekomstmuziek? Geenszins, bedrijven als GE hebben inmiddels operating sys­tems en platformen gebouwd waarbinnen digital twins en industriële apps zorgen voor gestroomlijnde productieprocessen.

Zelflerend

Een digital twin is zelflerend. Dankzij machine learning en kunstmatige intelligentie zullen de replica’s zich continu aanpassen, zelfs als de fysieke machi­nes en hun omgeving veranderen. Een 20-jarige tweeling van een vliegtuigmo­tor zal dus anders handelen en denken dan een ‘pasgeboren’ versie. Een digital twin is zelflerend.

De impact van de digitale twins op de industriële werk­nemer en de organisatie van productie­ omgevingen is groot. In eerste instantie lijkt het misschien alsof de digital twin het werk doet dat voorheen door een mens werd gedaan. Maar in geen enkel bedrijf heeft een werknemer de tijd om uren te kijken naar de werking van één turbine, windmolen of vliegtuigmotor en daarvan vervolgens een diepgaande analyse te maken. Technici worden pas opgeroepen als er al schade is aangericht aan een machine. De digital twin zal dat probleem voor zijn.

Cultuur

Digitale twins zullen dus geen banen doen sneuvelen, maar het voor werk­nemers mogelijk maken om zich te concentreren op interessantere taken. Er ontstaat ruimte voor creatieve ideeën. De komst van de digital twin zal de industriële IoT-revolutie sterk beïnvloeden. De digital twin is nog maar net geboren, maar de toekomstige invloed op de industrie is niet te onderschatten. “Of het nu gaat om het softwaremodel van een vliegtuig of een stoomturbine, het toont aan hoe industriële IoT de industrie en de hele wereld zal verande­ren”, aldus Colin J. Parris, vice president Software Research bij het GE Global Research Center.

Een cultuurverandering is hierbij onvermijdelijk. Traditionele technici, ingenieurs en operators uit de ‘echte’ wereld, die verstand hebben van fysieke machines, hydraulische en pneumatische installaties, moeten leren samenwerken met data scientists en andere typische IT-professionals die met hun digital twins steeds meer zeggenschap krijgen over het verbeteren van de veiligheid, betrouwbaarheid en de prestaties van productieprocessen. Dat zal wel even wennen zijn, maar de voordelen van de inzet van digitale tweelingen zijn dermate groot dat een lang gewennings­proces geen optie lijkt.

Redactie
Dit is het vaste redactieaccount van IT Executive. Hierachter gaan meerdere redacteuren schuil. Je bereikt ons op redactie[at]it-executive.nl.