Digitaalisen kaksosen hyödyt ja käyttökohteet

Digitaalinen kaksonen on houkutteleva investointi, koska sen avulla yritys voi saavuttaa sekä kustannussäästöjä että tuoda asiakkaalle lisäarvoa. Digitaalisesta kaksosesta saatavat ja tavoiteltavat hyödyt riippuvat digitaalisen kaksosen käyttökohteesta, eli siitä, mitä digitaalinen osa mallintaa. Lisäksi hyötyihin vaikuttaa suuresti digitaalisen kaksosen taso, jotka on esitelty tämän blogisarjan edellisessä blogissa. Tässä blogissa esitellään missä valmistavan teollisuuden yritys voi saada hyötyä digitaalisen kaksosen hyödyntämisestä.

Liu et al. (2020) tutkivat satoja digitaalisesta kaksosesta tehtyjä tutkimuksia, ja jakoivat digitaalisen kaksosen käyttökohteet neljään ryhmään. Heidän mukaansa digitaalista kaksosta voidaan valmistavassa teollisuudessa käyttää elinkaaren mukaisista vaiheista suunnittelussa, valmistamisessa, palveluissa ja tuotteen elinkaaren loppupuolella. Elinkaaren loppuvaihetta ei nostettu tässä esiin, koska siihen liittyviä hyötyjä tulee (Liu et al., 2021) mukaan tutkia vielä lisää. Kuvassa 1 on esitetty digitaalisen kaksosen hyödyt käyttökohteittain.

Tuotekehityksessä digitaalisesta kaksosesta saatavat hyödyt liittyvät nopeampaan ja kustannustehokkaampaan suunnitteluvaiheeseen. Lisäksi digitaalisen kaksosen avulla data on yhdessä paikassa ja saatavilla, mikä mahdollistaa informaation pohjalta parempien päätösten tekemisen. Testauksessa ja validoinnissa digitaalinen kaksonen mahdollistaa laajemman testaamisen.

• Iteratiivinen optimointi
  • Iteratiivisen optimoinnin avulla tuotetta voidaan kehittää paremmaksi vähän kerrallaan. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan ennakoida kehityssuuntia ja jäljittää aikaisempia kehityksiä. Tämä lyhentää suunnittelusykliä ja vähentää uudelleen tehtävän työn kustannuksia.
• Datan eheys
  • Datan eheys tarkoittaa sitä, että jos laitteen valmistamiseen liittyy useita sidosryhmiä, digitaalinen kaksonen sisältää kaiken oleellisen tiedon laitteesta eikä data ole pirstaloitunut. Tämä mahdollistaa paremman jäljitettävyyden ja laadukkaamman informaation pohjalta tehtävät päätökset.
• Testaus & Validointi
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan eliminoida myös ei-toivottuja ei-ennakoituja tapauksia. Voidaan käyttää myös virtuaalisena prototyyppinä useiden versioiden ja applikaatioiden skenaarioiden testaamiseen. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan myös testata laitteen ja sen toimintaympäristön välistä mallia.

Valmistuksessa valmistusprosessin tai osaprosessin mallintaminen digitaalisella kaksosella mahdollistaa valmistusprosessin visualisoinnin sekä prosessin tilan ja suunnitelmien vertaamisen. Valmistuksessa suurin hyöty saadaan historiadatan, reaaliaikaisen datan ja simuloinnin tuottaman datan yhdistämisestä. Tämän informaation avulla voidaan tehdä parempia päätöksiä.

• Reaaliaikainen seuranta
  • Digitaalinen kaksonen mahdollistaa reaaliaikaisen seurannan visuaalisena, integroituna 3D-malliin. Reaaliaikaisessa seurannassa ei ole kyse pelkästä datan esittämisestä, vaan digitaalisen kaksosen avulla saadaan kokonaisvaltainen tilannekuva ja ymmärrys päätösten tueksi.
• Tuotannon ohjaaminen
  • Tuotannon ohjaamisessa on tärkeää reagoida poikkeamiin. Digitaalisen kaksosen kokonaisvaltaisen tarkan mallin avulla voidaan vastata nykyisiin monimutkaisiin haasteisiin oikein ajoitettujen toimenpiteiden avulla.
• Suorituskyvyn ennustaminen
  • Suorituskyvyn ennustamiseen vaikuttaa tuotantoprosessin toiminnan lisäksi myös variaatiot raaka-aineissa. Digitaalisen kaksosen jatkuvasti kehittämien mallien avulla voidaan arvioida suorituskykyä ottaen huomioon useat muuttujat ja saavuttaa tarkempia arvioita.
• Ihmisen ja robotin yhteistyö
  • Perinteisesti ihmisen ja robotin välisessä yhteistyössä sekä ihmisen että robotin on tarvinnut muuttaa liikeratojansa yhteensopiviksi. Digitaalisen kaksosen avulla robotin liikerataa ja toimintoja voidaan säätää reaaliajassa sopimaan saumattomasti ihmisen toimintoihin.
• Prosessin optimointi
  • Valmistusprosessien monimutkaisuuden kasvaessa perinteisestä prosessisuunnittelusta tulee yhä vaikeampaa. Prosessin suunnittelussa on vaikea ottaa huomioon oikeat olosuhteet. Prosessin lopputuotokseen vaikuttavat tekijöitä voidaan mitata ja niistä voidaan laatia digitaalisen kaksosen avulla mallinnuksia , jotka toimivat päätösten tukena.
• Resurssienhallinta
  • Läpinäkyvyydellä ja jäljitettävyydellä on kriittinen rooli tuotannon kehittämisessä ja tämän informaation perusteella voidaan paremmin valvoa, suunnitella ja aikatauluttaa toimintoja. Digitaalinen kaksonen tukee resursseihin liittyvää päätöksentekoa dynaamisella ja realistisella digitaalisella mallilla reaalimaailman tuotannosta.
• Tuotannonsuunnittelu
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan optimoida tuotantoa globaalisti ja vastata muutoksiin välittömästi. Digitaalinen kaksonen ilmoittaa välittömästi muutoksista, ja niihin voidaan reagoida tuotannonsuunnittelussa heti.

Palvelupuolella digitaalista kaksosesta voidaan saada hyötyä erityisesti toimintavarmuuden parantamisessa. Liu et al. (2020) nostivat palveluista esiin huoltotarpeen ennakoinnin, viantunnistuksen ja diagnosoinnin, suorituskyvyn ennustamisen, laitteen tilan seurannan ja virtuaalisen testauksen. Näiden palveluiden rahalliset hyödyt on osoitettavissa asiakkaalle helposti laskemalla kuinka paljon seisonta-aikaa voidaan vähentää digitaalisen kaksosen avulla. Suurin digitaalisen kaksosen hyöty teollisissa palveluissa tulee siitä, että digitaalisessa mallissa otetaan huomioon juuri tietyn laitteen ominaisuudet ja käyttö aina suunnittelusta ja valmistuksesta käyttöön asti. Digitaalista mallia myös päivitetään jatkuvasti uudella datalla ja siksi malli osaa ennakoida juuri tietyn laitteen käyttäytymistä.

• Huoltotarpeen ennakointi
  • Huoltotarpeen ennakointi voidaan digitaalisen kaksosen avulla tarjota vastaamaan juuri kyseisen laitteen huoltotarvetta. Tämä poistaa tarpeen varmuuden vuoksi tehtävillä määräaikaishuolloille, parantaa toimintavalmiutta ja tuo kustannussäästöjä
• Viantunnistus & Diagnosointi
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan yhdistää fyysisestä osasta saatava data digitaalisen mallin tuottamaan informaatioon. Nämä yhdistämällä voidaan tunnistaa aikaisempaa luotettavammin missä vika on.
• Suorituskyvyn ennustaminen
  • Laitteen suorituskykyyn vaikuttavat useat tekijät, joista voidaan saada tarkempaa tietoa laitteen käytön ja siitä kerätyn datan avulla.
• Laitteen tilan seuranta
  • Laitteen tilan seurannassa voidaan yhdistää fyysisestä osasta kerättävä data virtuaalisen mallin datan kanssa. Laitteen tilan seuranta päivittyy ja tarjoaa tietoa laitteen tilasta reaaliajassa myös etäyhteyden välityksellä.
• Virtuaalinen testaus
  • Digitaalisen kaksosen avulla voidaan testata mahdollisia suuria tappioita aiheuttavia toimintoja etukäteen. Simulaatioon verrattuna digitaalinen kaksonen antaa realistisemman ja tarkemman lopputuloksen.

Digitaalisen kaksosen hyödyt riippuvat käyttökohteen lisäksi digitaalisen kaksosen tasosta. Korkeamman tason digitaalinen kaksonen mahdollistaa autonomisen operoinnin, kun digitaalisen kaksosen esiastetta voidaan käyttää esimerkiksi markkinoinnissa ja koulutuksessa. Digitaalisen kaksosen avulla yhtä mallia voidaan hyödyntää myös useammassa käyttötarkoituksessa ja sitä voidaan muokata vastaamaan päivitettyä fyysistä mallia.

Alkuperäisen digitaalisen kaksosen idean kehitti Grieves (2014) vastaamaan tarpeeseen entistä paremmasta tuotetiedonhallinnasta. Digitaalisen kaksosen avulla voidaan kuitenkin saavuttaa hyötyjä myös monessa muussa asiassa. Parhaimmillaan digitaalisen kaksosen avulla voidaan saavuttaa samanaikaisesti sekä kustannussäästöjä että tarjota lisäarvoa asiakkaalle!

• Grieves, M. (2014). Digital Twin: Manufacturing Excellence through Virtual Factory Replication. In A Whitepaper by Dr. Michael Grieves.
• Liu, M., Fang, S., Dong, H., & Xu, C. (2021). Review of digital twin about concepts, technologies, and industrial applications. Journal of Manufacturing Systems, 58(1), 346–361.