Konseptet om digitale tvillinger og hvordan det fungerer

Implementering av den digitale tvilling (Digital Twin)-kulturen, som omfatter administrasjonsprogramvare for livssyklusen til produkter i den virkelige verden og virtuelle produkter, kraftig redusering av konstruksjonssyklusen, testing og avkastningforbedring. Disse produksjonsforbedringene skjer med en rimelig reduksjon i vedlikeholds- og produktkostnader.

Høres dette attraktivt ut? I løpet av de siste årene har bedrifter sett Industri 4.0 IIoT (industrielle tingenes Internett) gå over til digitale tvillinger. Denne strategien, kombinert med Siemens sine løsninger, forvandler de mange tradisjonelle sekvensielle vidunderøyene fra det 20. ^århundre til sammenhengende start-til-slutt-konstruksjoner for forebyggende vedlikehold, prosessplanlegging og -optimalisering og produktkonstruksjon og virtuell prototyping.

Med disse fordelene fanger digital tvilling-prosjekter interessen til dem som ønsker faktisk nullfeilrate og vedvarende akselerasjon av prosessens fortreffelighet. Kjernen til digitale tvillinger er kombinasjonen av en sanntidsbro mellom den virkelige og digitale verden.

Hva er en digital tvilling?

Et digital tvilling-konsept skaper en svært kompleks og nøyaktig virtuell modell av en fysisk motpart, gjennom hele livssyklusen til produktet. 'Elementet' kan være neste generasjon innen produksjon eller produkt, der planlegging, konstruksjon, bygging, støtte og livslengde er de fem store utviklingsfasene. Digital tvilling-prosessen kobler hele operasjonen sammen ved å fange data for å forutsi futurisme med simuleringsprogramvare (figur 1).

Figur 1: Dette effektive produksjonsutstyret bruker digital tvilling-teknologi til å sammenkoble alle operasjoner, fra begynnelse til slutt. (Bildekilde: Analog Devices)

I figur 1 bruker prosessmonitorene data til å forutsi det endelige elementets utfall for sluttbrukeren. Digital tvilling utnytter implementeringen av disse fasene med selskapets arbeidsstyrke som sin viktigste konkurransefordel. Digital tvilling-versjonen av Industri 4.0 lover å gjøre det enklere for produsenter å produsere egnede produkter på markedsplassen, samtidig som de tiltrekker og beholder de nye ingeniørtalentene som finnes i den kommende Z-generasjonen (Gen. Z).

Slik fungerer digital tvilling

Tilkoblede sensorer på den fysiske ressursen samler inn data som kartlegges til den virtuelle modellen. Alle som ser på den digitale tvillingen vil se viktig informasjon om den fysiske gjenstandens planlegging, opprettelse og bruksområde i den virkelige verden. På denne måten bidrar digitale tvillinger til å forstå nåtiden og forutsi fremtiden. I fronten fastsetter prosessimulering digital tvilling-produktet (figur 2).

Figur 2: Digitale tvillinger bidrar til å forstå nåtiden og forutsi fremtiden. (Bildekilde: Siemens)

I det andre stadiet (figur 2) støtter prosessautomatiseringen og prosesskvaliteten ytelsesdataene under produksjonen av den digitale tvillingen. På dette stadiet er det viktig å merke seg at simulering og datainnsamling fortsetter å forekomme. Produksjonen av det virkelige produktet skjer på det siste stadiet, selv om tidligere simuleringer forutsier egenskapene til det virkelige produktet på forhånd.

En av de mest betydningsfulle delene av den personlige og programvaretekniske gjelden til den digitale tvillingen, er elimineringen av vegger (virtuelle og virkelige) som skaper siloer mellom avdelinger. For eksempel er konstruksjonsdetaljene til et Industri 3.0-produkt praktisk talt utilgjengelige utenfor veggene til produktutviklingsavdelingen. Det er vanskelig for produksjons-, innkjøps-, salgs- og serviceteam å gjøre jobben sin effektivt og gi tilbakemelding til de andre gruppene for å forbedre produktet og prosessen. For eksempel vet ikke teknikerne i en bedrift hvordan resultatet skal se ut når det er ferdig montert. Serviceteamene går gjennom virtuelle PDF-filer for å forsøke å finne ut hvordan man utfører service på en del de aldri har sett. Salgsteam selger funksjonsalternativer, og forsyningskjedeledere er kun kjent med delenumre. Ikke bare er det utfordrende for hvert teammedlem å gjøre arbeidet sitt, men det betyr også at teknikere ikke får kritiske innspill for å forbedre konstruksjonene sine. Hvis bedrifter kan gjøre konstruksjoner mer tilgjengelige, vil innovasjon skje tidligere, og arbeidsstyrken vil være mer engasjert i prosessen.

Digital tvilling-konstruksjon

Digital tvilling-teknologi gir enestående innblikk i produkter og ressurser for å finne flaskehalser, effektivisere driften og fornye produktutviklingen. De tre primære digitale tvillingene er forebyggende vedlikehold, prosessplanlegging og -optimalisering og produktkonstruksjon og virtuell prototyping.

Forebyggende vedlikehold

Bedrifter finner umiddelbart driftsavvik og vandring i visningen av utstyrets helse og ytelse. Proaktivt planlagt vedlikehold og påfylling av reservedeler minimerer servicetid og unngår kostbar ressurssvikt. Digitale tvillinger sitt forebyggende vedlikehold gir nye tjenestebaserte inntektsstrømmer og bidrar samtidig til å forbedre produktpåliteligheten for OEM-er.

Prosessplanlegging og -optimalisering

En omfattende analyse av de viktigste ytelsesindikatorene (KPI – Key Performance Indicators), for eksempel produktrater og skraptelling, kommer fra et digitalt format med sensor- og ERP-data (ERP – Enterprise Resource Planning). Denne prosessen diagnostiserer hovedårsaken til ineffektivitet og gjennomstrømningstap, og denne diagnosen kan optimalisere avkastning og redusere avfall. I tillegg forbedrer utstyrets historikkdata, prosesser og omgivelser produksjonsplanleggingen, ved å muliggjøre prognoser relatert til nedetid.

Produktkonstruksjon og virtuell prototyping

Virtuelle produktmodeller gir innsikt i bruksmønstre, degraderingspunkter, arbeidsbelastningskapasitet, påløpende feil osv. Forståelse av produktegenskaper og feilmoduser gjør det mulig for konstruktører og utviklere å evaluere produktets brukbarhet og forbedre fremtidig komponentkonstruksjon. På samme måte kan OEM-er levere tilpassede tilbud for forskjellige kundegrupper basert på spesifikke kontekster relatert til brukeratferd og produktimplementering. Digital tvilling-teknologi bidrar også til å utvikle virtuelle prototyper og kjøre robuste stimuleringer for funksjonstesting basert på empiriske data.

Brukstilfeller i den virkelige verden

I den virkelige verden er det viktig å ha kapasitet til å teste produkter, prosesser eller anlegg før de introduseres til produksjonslinjen. Digitale tvillinger oppnår dette formålet. Globalt bruker selskaper digitale tvillinger til å forbedre styring av prosesser, forsyningskjeder, anleggskompleks, med mer. Her er noen eksempler på hvordan digital tvilling-teknologien forvandler en rekke ulike bransjer.

Smartere forsendelsesemballasje med SIMATIC fra Siemens

SIMATIC-teknologien fra Siemens er kjernen i mange innovative emballasjemaskin-løsninger. Disse prosjektene viser hvordan SIMATIC T-CPU gjør det lettere for maskiner å oppnå enklere og mer elegante prosesser, bedre kvalitet og optimal ytelse i alle henseender.

Selskapet TMG produserer emballasjemaskiner for mat- og drikkevare-, kosmetikk- og kjemikalieemballasje (figur 3).

Figur 3: TMG sin emballasjemaskin. (Bildekilde: Siemens)

I system deres krever de syv SINAMICS S120-stasjonene og formatskiftet svært kort tid. Siemens sitt PROFINET-nettverk integrerer SIMATIC S7-1500TF CPU, komfortpaneler, S120 og G120-stasjoner for å utvikle automatisering, bevegelsesstyring og sikkerhet i et enkelt TIA-portalmiljø (TIA –Total Integrated Automation). Takket være en integrert og allsidig løsning med SIMATIC S7-1500TF og SINAMICS-stasjonsteknologier, scorer TMG høyt når det kommer til konfigurasjonseffektivitet, høy ytelse og ny lettvinn formatkonvertering.

Kunstig intelligens møter bevegelsesstyring (147)

Wittmann Battenfelds styringssystemer griper tak i og setter inn deler i injeksjonsstøpemaskiner, og setter dem deretter inn i en annen maskin. Utstyret beveger seg fritt og roterer det korresponderende objektet for å gi styringssystemet fem akser – tre for bevegelse i rommet og to til for å rotere innsatsene i alle retninger. Styringssystemene øker produktiviteten ved å fullføre denne komplekse oppgaven med raske syklustider, slik at prosessen blir så fleksibel som mulig. SIMATIC, Siemens-løsningen for automatisering, tilbyr kartlegging av alle funksjoner i én styring – bevegelsesstyring, bildegjenkjenning og automatisering. Wittmann Battenfeld implementerer denne funksjonen ved hjelp av standardprogrammet for styring (Handling Standard Application) fra Siemens, som støtter tekniske oppgaver for bevegelsesstyring og visualiseringsmoduler. Pakken inneholder også en sporingsfunksjon hvor Wittmann Battenfeld-utviklere kan spore griperbevegelsen med en 3D-modell.

Figur 4: SIMATIC-styringen kommanderer griperen som griper innsatsene på det vibrerende bordet. AI-modulen behandler dataene fra kameraet. (Bildekilde: Siemens)

Kritiske overveielser for distribusjon av digitale tvillinger

Digital tvilling er et nytt paradigme fra produksjonsmodellen fra det 20. ^århundre. Økonomien påvirker fabrikkens overgang til digital tvilling-modellen. Det er imidlertid en avkastning på digital tvilling-investeringen, ettersom utstyret og produksjonslinjen vil oppleve økt pålitelighet. Digital tvilling-teknologien forbedrer den generelle effektiviteten til utstyret (OEE) takket være redusert nedetid og forbedret produktivitet og ytelse. Konnektiviteten av virtuelle modeller til virkeligheten reduserer risiko på ulike områder, deriblant produkttilgjengelighet og omdømme på markedsplassen.

Den digitale tvillingen er en virtuell representasjon av det faktiske konstruerte, bygde og vedlikeholdte fysiske produktet som er under produksjon. Denne virtuelle representasjonen speiler prosessdata og analyse i sanntid basert på det fysiske produktet, produksjonssystemene eller utstyrskonfigurasjonene. En ytterligere fordel er at digital tvilling gjør det mulig for teknikere å teste konsepter og hypoteser før de bruker dem på en fysisk maskin.

Digital tvilling og Siemens sin digitale imitasjon er en del av den industrielle automatiseringsrevolusjonen. Slik har digital tvilling påvirket bransjen Denne digitale imitasjonen påvirker kontinuerlig fysiske ressurser, operasjoner og rammeverk som produserer data. Digital tvilling er kjernen i Industri 4.0-utviklingen, som omhandler automatisering, datautveksling og produksjonsprosesser, og skaper uendelige muligheter for vekst i bransjene.

Referanser:

1. Videoinnsikt: Banebrytende digitale tvillinger, 6. okt. 2021, En samtale med dr. Michael Grieves, oppfinneren av digital tvilling-konseptet.
2. TMG: mer ytelse, mindre tid – video, Siemens.
3. Kunstig intelligens møter bevegelsesstyring: Teknologien tas et skritt videre, Siemens.