Digitala tvillingar omformar tillverkningsindustrin genom att skapa virtuella spegelbilder av fysiska objekt, processer och system. Denna teknik möjliggör ökad effektivitet, smartare produktutveckling och proaktivt underhåll, vilket förändrar spelplanen för företag världen över.
Sammanfattning: Den här artikeln undersöker den snabbt växande tekniken med digitala tvillingar inom tillverkningsindustrin. Från grundläggande principer till konkreta tillämpningar, belyser artikeln hur virtuell modellering revolutionerar sättet företag designar, producerar och underhåller produkter. Genom att kombinera realtidsdata med avancerad simulering, öppnar digitala tvillingar upp för nya möjligheter till effektivitet, innovation och hållbarhet.
Vad är en digital tvilling?
En digital tvilling är en dynamisk, virtuell modell av en fysisk tillgång, process eller ett helt system. Denna virtuella representation uppdateras kontinuerligt med data från sin fysiska motsvarighet, vilket skapar en exakt spegling av dess beteende, tillstånd och prestanda. Detta möjliggör simulering, analys och optimering utan att störa det faktiska systemet. Tekniken bygger på integration av data från sensorer och sakernas internet (IoT-enheter), vilket ger tillverkare en djupare förståelse för sin verksamhet, förklarar IBM.
Från simulering till verklighetskoppling
Till skillnad från traditionella simuleringar, som ofta fokuserar på enskilda processer, ger digitala tvillingar en mer komplett bild. De kan studera samspelet mellan flera processer och, viktigast av allt, utnyttja realtidsdata i båda riktningarna. Sensorer matar in data till den digitala modellen, och insikter från modellen kan sedan återkopplas till den fysiska världen för styrning och optimering. Denna kontinuerliga interaktion, som beskrivs av McKinsey, gör digitala tvillingar till ett kraftfullt verktyg, särskilt för komplexa system.
Olika typer av digitala tvillingar
Inom tillverkning kan digitala tvillingar implementeras på olika nivåer, beroende på behov:
- Komponenttvillingar: Representerar enskilda delar av en maskin.
- Tillgångstvillingar: Avbildar samverkande komponenter, t.ex. en hel maskin.
- Systemtvillingar: Representerar hela system, som en produktionslinje.
- Processtvillingar: Omfattar hela fabriker eller värdekedjor.
Mognadsgrader för digitala tvillingar
För att företag ska kunna dra full nytta av digitala tvillingar är det viktigt att förstå att tekniken utvecklas i olika mognadsgrader. AFRY beskriver en modell med fem nivåer:
- Nivå 0: En icke-uppkopplad simuleringsmodell.
- Nivå 1: Realtidsuppkoppling.
- Nivå 2: Diagnostik.
- Nivå 3: Prognostisering.
- Nivå 4: AI-driven optimering.
- Nivå 5: Den digitala tvillingen tar egna beslut.
Denna stegvisa utveckling gör det möjligt för företag att anpassa implementeringen efter sina specifika behov.
Fördelar och tillämpningar i praktiken
Digitala tvillingar erbjuder en mängd fördelar som sträcker sig över hela produktlivscykeln.
Snabbare och bättre produktutveckling
Genom virtuella tester och analyser kan företag snabba på produktutvecklingen och minska risken för kostsamma fel. Tillverkare kan testa och förfina produktdesigner i en virtuell miljö, vilket leder till högre kvalitet och lägre kostnader. Detta bidrar till en förbättrad och effektiviserad produktdesignprocess, som beskrivs av Medium.
Ökad produktionseffektivitet
Realtidsdata och simuleringar ger möjlighet till kontinuerlig processoptimering. Detta leder till ökad effektivitet, minskat resursspill och en mer strömlinjeformad produktion. Digitala tvillingar kan identifiera flaskhalsar och möjliggöra optimering av flöden, vilket resulterar i minskat materialspill och högre genomströmning. Ett exempel på detta är ett industriföretag som använde en digital tvilling för att omdesigna produktionsschemat, vilket minskade övertidsbehovet och resulterade i månatliga kostnadsbesparingar på 5 till 7 procent, enligt McKinsey.
Prediktivt underhåll och längre livslängd
En av de mest påtagliga fördelarna är möjligheten till prediktivt underhåll. Genom att övervaka prestanda i realtid kan digitala tvillingar förutsäga fel innan de inträffar. Detta minimerar driftstopp och förlänger utrustningens livslängd, vilket leder till förbättrad prestanda och kostnadsbesparingar, som bekräftas av Plant Automation Technology. Tekniken kan också användas för att optimera produkters hela livscykel.
Förbättrad kvalitetskontroll
Digitala tvillingar bidrar till att säkerställa en jämn och hög produktkvalitet. Genom kontinuerlig övervakning och optimering minimeras variationer och defekter.
Exempel på användning
Flera branscher drar nytta av digitala tvillingar:
- Tillverkningsindustrin: Effektiviserar processer och optimerar maskinparker.
- Fordonsindustrin: Utvecklar och testar fordonssystem och förbättrar tillverkningsprocesser. Tesla använder till exempel digitala tvillingar för att övervaka och förbättra prestandan hos sina elfordon, enligt uppgifter från Medium.
- Energisektorn: Övervakar och optimerar kraftproduktion och distribution.
- Flygindustrin: Designar, tillverkar och underhåller flygplanskomponenter. Realtidsövervakning av motorkomponenter gör det möjligt för tillverkare som Rolls-Royce att förutsäga fel, som rapporterats av Medium.
- Processindustrin: Boliden har skapat en digital tvilling av anrikningsprocessen i Garpenberg.
Utmaningar och begränsningar
Trots fördelarna finns utmaningar. Dataintegration kan vara komplext, och det krävs ofta expertis inom dataanalys, simulering och IT. Cybersäkerhet är viktigt, och den initiala investeringen kan vara betydande.
Digitala tvillingars historia
Konceptet har rötter i 1990-talet, men Dr. Michael Grieves introducerade idén formellt 2002. NASA var tidiga användare, med jordbundna repliker av rymdfarkoster redan på 1960-talet. John Vickers på NASA myntade termen ”digital twin” 2010. Idag har det visat sig att digitala tvillingar är ett kraftfullt verktyg (DIVA-portalen) för industrin.
Svenska initiativ och forskning
I Sverige pågår flera initiativ:
Örebro Universitet
Örebro universitet forskar på hur tekniken kan förhindra dyra driftsstopp i samarbete med Epiroc. Projektet fokuserar på att skapa digitala tvillingar av kritiska maskiner och har uppmärksammats av IVA.
Blekinge Tekniska Högskola
BTH bedriver forskning kring digitala tvillingar i samarbete med industrin, bland annat med fokus på fossilfria anläggningsmaskiner i samarbete med Volvo Construction Equipment.
AFRY och Högskolan i Skövde
Företag som AFRY erbjuder lösningar för att skapa digitala tvillingar, medan Högskolan i Skövde fokuserar på återanvändning av virtuella modeller för att spara tid och pengar.
Vinnova och bredare forskning
Flera studier visar att uppkopplade digitala tvillingar är avgörande för industrins konkurrenskraft, och Vinnova har stött utvecklingen av en digital tvilling för mineraltekniska processer (projektet TwinWin). Stora mjukvaruföretag, som Siemens PLM Software, anser att digitala tvillingar utgör grunden i nästa generations tillverkningsindustri (Ny Teknik).
Framtidens digitala tvillingar
Digitala tvillingar representerar en genomgripande förändring för tillverkningsindustrin. Genom realtidsinsikter och virtuell simulering optimerar tekniken processer, produkter och hela livscykler. Framtiden ser ljus ut, med potential för integration med AI och andra avancerade tekniker, vilket skapar en konkurrensfördel (Autodesk). Framtida utveckling, som förutspås av McKinsey, inkluderar integration med AI och generativa AI-tekniker, vilket ytterligare kommer att förstärka deras roll i att forma nästa generations industri. Detta inkluderar AI-språkmodeller som interagerar med fabriksledningen och ger rekommendationer i realtid.