Hvordan digitale tvillinger styrer fremtiden for vedligeholdelse og produktion

Efterhånden som vores verden bliver mere digitaliseret og forbundet, vi kan faktisk lave en virtuel kopi af det. Og sådanne replikaer bliver nu brugt til at forbedre scenarier i den virkelige verden, fra at gøre flyproduktionen mere præcis til at forhindre olieudslip.

En digital tvilling er en virtuel kopi af en virkelighed, såsom en by eller en fabrik, som ofte udvikler sig i realtid sammen med sin fysiske pendant gennem data indsamlet gennem sensorer. Det kan bruges som en testplads til at simulere, hvad der sker under visse omstændigheder eller give advarsler om potentielle problemer takket være forudsigende algoritmer.

En virtuel kopi af en by kan for eksempel, bruge alle slags datakilder, fra bysensorer til meteorologiske data, at simulere en bys transportsystem. En simulering kunne så analysere effekten på luftforurening af at gøre en specifik zone bilfri.

"En digital tvilling er et begreb, der beskriver mange ting, sagde Thomas Leurent, CEO og medstifter af Akselos, en schweizisk virksomhed, der bygger digitale tvillinger til energisektoren. "Det kan være et 3-D-billede, der automatisk afspejler et fysisk objekt (til højpræcisionsfremstilling), men det kan også være en model, der forudsiger, hvornår der skal vedligeholdes en olieplatform."

Brug af sensorer til at måle, for eksempel, belastninger af strukturer eller vindbelastninger, virksomheder som Akselos laver en digital, ofte i realtid, simulering af den fysiske verden. Ideen om digitale tvillinger, som først dukkede op i 2002, har sine rødder i parringsteknologien udviklet af NASA, som implementerede spejlede systemer for at hjælpe med at redde Apollo 13. I dag, virtuelle replikaer har utallige anvendelsesmuligheder.

Smart by-programmer på steder som Portland, USA, for eksempel, bruge digitale tvillinger til at modellere trafikstrømme, Rotterdam, Holland, bygger en af ​​sine havne for i stigende grad at automatisere sine operationer, og der er gjort forsøg på at lave en virtuel kopi af den menneskelige krop til medicinske formål.

Vingekonstruktion

De bliver også brugt til at forbedre produktionen i flyets samlebånd. Dette er formålet med VADIS, et projekt, der udføres af University of Nottingham og luftfartsselskabet Electroimpact, begge i Storbritannien.

"Vi ønsker at forbedre kvaliteten og reducere monteringstiden for vingekonstruktion, " sagde Dr. Joseph Griffin, senior luftfartsingeniør ved University of Nottingham og projektleder for VADIS. "Vi vil måle de huller, der skal bores i et vingeskind, og bruge disse foranstaltninger til at opdatere en digital model. På den måde kan vi tilpasse byggeprocessen til en bestemt komponent."

Selvom mange fly kan se state-of-the-art ud, nogle produktionsprocesser er stadig gammeldags og udføres manuelt på grund af manglende digitalisering i industrien, hvilken, på tur, kan give plads til fejl. I vingeproduktion, for eksempel, hullerne flugter muligvis ikke helt som de skal, som så kræver justeringer i sidste øjeblik på samlebåndet, fører til tab af tid.

For at løse dette, VADIS konstruerer en ramme, hvori flyets skind kan scannes af sensorer. Dette vil derefter blive brugt til at skabe en digital model eller tvilling af vingen, med alle dens overflader og huller registreret i mindste detalje. Denne model vil derefter blive brugt til at bygge de tilsvarende dele, så de passer sømløst til den specifikke vinge.

"Vores nye system vil betyde, at komponenter kan fremstilles meget præcist off-site, og operatørerne behøver kun at bekymre sig om montering, " sagde Dr. Griffin. "De behøver ikke bekymre sig om genboring og genbearbejdning i sidste øjeblik." På denne måde bliver operatørernes arbejde meget lettere, han siger.

VADIS sigter mod at kunne replikere et digitalt vingeskind på op til 10 meter langt, med en nøjagtighed på 0,06 millimeter, ifølge Dr. Griffin. '(Ved at gøre dette) holder vi flyproduktionen opdateret og digitaliserer den, " sagde Dr. Griffin.

Model

Akselos bruger også digitale tvillinger til at forbedre vedligeholdelsen af ​​energiinfrastrukturen. Virksomhedens teknologi, kommercialiseret gennem Akselos Integra Software, modellerer fysik af storskala energiinfrastruktur og kalibrerer modellerne gennem alle slags sensorer. "Vi modellerer alt fra vindmøllevingerne, til (flydende) olie- (og gas)platforme, der er på størrelse med (flere) hangarskibe, sagde Leurent.

De kan bruge en robot til at inspicere skroget af en flydende produktionsopbevarings- og losseenhed (FPSO) for olie eller gas, fastgør accelerometre til vindmøllevinger eller mål højden af ​​bølger, der slår mod metallet i en offshore-installation ved hjælp af sensorer. Alle disse data går derefter ind i deres model, som simulerer fysikken i stykket af infrastrukturen og forudsiger, hvilke dele der er mest sårbare og tilbøjelige til at fejle. Dette giver igen energiselskaber mulighed for mere effektivt at sende vedligeholdelsesmandskab ud.

"Den traditionelle tilgang er at have planlagt vedligeholdelse, " sagde Leurent. "Hvilket giver en enorm procentdel af det, vi kalder falske positiver. Så et vedligeholdelseshold får besked på at inspicere et område, men der er ikke noget for dem at gøre der. Dette er næppe effektivt, fordi du vil lede dine besætninger forkert (som igen taber tid), og du kan gå glip af problemer, fordi du ikke kan se overalt."

Selvfølgelig kan du også statistisk forudsige fejl baseret på tidligere data. Men disse modeller er, 'meget groft, " ifølge Leurent:de kræver en masse data, og stadig give et højt antal falske positiver, især til meget store objekter som FSPO'er.

Ved i stedet at lave meget detaljerede digitale kopier, Akselos bruger komplekse modeller, der viser virksomheder i realtid, hvor de skal sende deres vedligeholdelsespersonale.

"Dette er meget vigtigt, " sagde Leurent. "For hvis du opdager et problem tidligt, det er godt. Men hvis du kommer for sent, du kan have et meget dyrt (reparation eller) olieudslip på dine hænder."