Digitaalisista kaksosista on puhuttu jo useita vuosia. Tällä hetkellä useimmat mallit ja sovelluskohteet ovat vielä näyttäviä demonstraatioita, joissa esitellään esimerkiksi tulevan tehtaan toimintoja animoidun 3D-mallin kautta. Tämä on myös tärkeä ominaisuus, jolla pystytään esimerkiksi suunnittelemaan tehtaan pohjapinta-alan hyödyntämistä ja kuinka todellinen laitteisto saadaan sinne sopimaan. Lisäksi voidaan tarkastella kuinka operaattoreille jää tilaa liikkua turvallisesti tai kuinka tavaravirta karkeasti kulkee ja missä kukin operaattori työskentelee linjalla. Lisäksi malli antaa tilaajalle havainnollisen kuvan toiminnoista ja näin ollen mahdollisuuden puuttua esimerkiksi työjärjestyksen osalta toimimattomiin ratkaisuihin. Myös näyttävän demonstraation käyttö markkinointimateriaalina on melko yleistä ja antaa monesti havainnollisemman kuvan koneen toiminnasta kuin esimerkiksi video.
Digitaalisen kaksosen tuleva suunta
Kaikkea yllä olevaa digitaalisilla kaksosilla jo tehdään, mutta nyt en ajatellut puhua enempää siitä. Aion puhua seuraavasta isosta askeleesta ja lupauksesta, joista on puhuttu digitaalisen kaksosen yhteydessä. Industry 4.0 puhuttiin kyberfyysistä järjestelmistä, jota digitaalinen kaksonen toteuttaa osaltaan. Tässä käsittelen digitaalista kaksosta koneenrakentajan näkökulmasta ja erityisesti digitaalisen kaksosen hyödyntämistä osana koneen suunnittelua. Digitaalinen kaksonen nimensä mukaisesti pyrkii olemaan täysin samanlainen kuin sen oikea fyysinen kaksonen tai tuleva fyysinen kaksonen. Koneenrakentajaa erityisesti kiinnostaa tuleva fyysinen kaksonen.
Koneen suunnittelun vaiheet
Tyypillinen nykyinen tapa suunnitella konetta lähtee mekaniikasta. Mekaniikkaa suunnitellaan ja muokataan, jotta saadaan rakennettua toimiva kone. Se tekee halutut mekaaniset toiminnot muokaten tai muuten käsitellen kappaletta tai materiaalia. Automaation kehitys kulkee yleensä tässä rinnalla, ainakin antaen palautetta millaisia toimilaitteita ja antureita mekaniikan lisäksi tarvitaan. Ohjelmiston kehitys myös yleensä nytkähtää käyntiin, mutta lopullista ohjelmaa koneen ohjaukseen ei vielä tehdä. Ehkä ohjelman runko, tärkeimmät toiminnot ja rajapinnat antureille sekä toimilaitteille mietitään. Iso osa ohjelman kehityksestä jää siihen vaiheeseen, kun koneesta on proto valmiina ja päästään ajamaan ohjelmaa sitä vasten. Tai jos puhutaan yksittäisestä koneesta, niin lopullinen ohjelmiston kehitys jätetään käyttöönottovaiheeseen. Tällä tavalla kone kyllä saadaan valmiiksi, mutta iteraatiokierrokset loppupäässä korostuvat. Tätä havainnollistetaan kuvassa 1.
Vanha vai digitaalinen malli?
Digitaalinen malli häviää lähdössä, mutta maalissa ollaan aikaisemmin. Mikä tähän sitten johtaa? Kyllä, testivaiheessa konetta voidaan ajaa digitaalista mallia vasten, vaikka PLC tasolta asti. Kaiken näköiset ajatus- ja ajoitusvirheet ja väärinymmärrykset saadaan korjattua ennen kuin fyysistä laitetta aletaan rakentamaan. Tietysti tämä edellyttää, että malli on rakennettu riittävän tarkasti kuvaamaan oikeaa fyysistä konetta. Tähän tarvitaan riittävän suorituskykyinen ja joustava digitaalisen kaksosen ympäristö. Schneider Electric tuo tätä varten markkinoille Machine Expert Twin ohjelmistoa, jossa tarvittava suorituskyky ja joustavuus löytyy.
Ihan alkuun huomioitavat asiat!
Nyt kun työkalut löytyvät niin päästäänkin itse asiaan. Miten lähteä määrittämään digitaalista mallia, jotta siitä saadaan hyöty irti mahdollisimman tehokkaasti. Mitä pitää huomioida, millä tarkkuudella malli pitää rakentaa jne. Miten esimerkiksi rakentaa muokkautuvaa materiaalia ja kuinka sitä digitaalisessa maailmassa muokataan siten, että se vastaa todellisuutta. Digitaalisen mallin lähtökohtana pitää olla fyysinen maailma, koska lopputuote on fyysinen kone, jonka suunnittelua nyt vain tehdään digitaalisessa maailmassa. Aivan kuten oikeassakin koneessa, niin siinä käsiteltävää kappaletta pitää pystyä liikuttamaan, siihen pitää pystyä tarttumaan, sitä pitää pystyä tunnistamaan ja siihen kohdistuvat voimat vaikuttavat siihen halutulla tavalla. Kappaleeseen pitää vaikuttaa gravitaatio, kitkavoimat ja liikemäärä pitää säilyä jne. Fysiikka pitää olla digitaalisessa maailmassa voimassa riittävällä tarkkuudella.
Lyhyt video mitä digitaalisessa ympäristössä pystyy tekemään esimerkiksi materiaalin muokkauksen osalta. Vaikka malli on karkea, niin se kuvastaa hyvin Machine Expert Twinin teknologista kyvykkyyttä ja ruokkii mielikuvitusta lähteä viemään omaa suunnittelua oikeaan tulevaisuuden suuntaan.
Jatkoblogissa tulen kertomaan vielä tarkemmin suunnittelun eri vaiheista ja kuinka Twin mallia kannattaa lähteä viemään eteenpäin.
Blogin on kirjoittanut vieraskynäilijä Heikki Hietanen.
Heikin lukutärpit:
5 ways digital twin help OEMs bring value across the entire machine lifecycle – Schneider Electricin globaalissa blogissa
Shaping the future for digital twins – IECn eTech julkaisun artikkeli
Lisää kommentti