Olisitko tyytyväinen, jos pystyisit puolittamaan uuden laitteen kehityksessä tarvittavien prototyyppien kustannukset ja lyhentämään tuotekehitysaikaa kolmanneksen? Entä jos voisit diagnosoida kentällä olevien laitteiden ongelmat etänä ja testata uudet tuotepäivitykset luotettavasti ja automaattisesti? Miltä kuulostaa, jos voisit digitaalisesti hallita laitteita niiden koko elinkaaren ajan?
Digitaalinen kaksonen tarkoittaa fyysisestä ympäristöstä tai laitteesta tehtyä digitaalista/virtuaalista mallia. Vaikka määritelmä on selkeä, termi on kuitenkin epämääräinen ja sitä voidaan käyttää monilla eri tasoilla ja eri tarkoituksissa. Useimmilla aiheen parissa työskentelevilläkin on huomattavasti toisistaan poikkeavia näkemyksiä aiheesta.
Digitaalinen kaksonen voi auttaa yrityksiä luomaan parempia laitteita nopeammin, tehokkaammin ja ympäristöystävällisemmin. Samalla se muuttaa myös yritysten tuotekehitystyötä, tuotantoa, huoltotoimintaa ja tuotteiden elinkaaren hallintaa.
Kustannussäästöjä ja tehokkaampaa tuotekehitystä
Tuotekehitysvaiheessa rakennetaan ensin prototyyppi digitaalisesta kaksosesta. Siksi on järkevää käyttää tuotekehitysvaiheen mallista termiä digitaalinen tai virtuaalinen prototyyppi. Digitaalista prototyyppiä voidaan hyödyntää tuotteen kehittämiseen ja testaamiseen ennen fyysisen prototyypin valmistamista, jolloin iteraatioiden määrää voidaan vähentää ja automaattista testausta kasvattaa. Digitaalisen prototyypin avulla tehtävä tuotekehitys ja testaus vähentää tutkimusten mukaan prototyyppivaiheen kustannuksia jopa 30–50 % ja tuotesuunnittelun läpimenoaikaa 20–30 %.
Varsinainen digitaalinen kaksonen syntyy, kun tuotannossa valmistetusta oikeasta laitteesta luodaan digitaalinen kopio. Digitaalisessa kaksosessa oleellisena osana on mallipohjainen suunnittelu ja simulointi, ja sen luominen vaatii, että laitevalmistajan tietojärjestelmät kykenevät tekemään laitteesta 3D-mallin, fysikaalisen mallin sekä ohjausjärjestelmän ohjelmisto- ja konfiguraatiodatan.
Digitaalisen kaksosen avulla voidaan tehdä vikadiagnostiikkaa, kehittää ja testata uusia ohjelmistoja tai toimintoja, suunnitella päivitys- ja huoltokohteet sekä hallita tuotteen elinkaarta. Pitkällä aikavälillä digitaalisen kaksosen suurimmat hyödyt ovat uusien tuotesukupolvien suunnittelussa ja käyttöönotossa sekä laitteen koko elinkaaren hallinnassa. Suurimmat edut saavutetaan, jos kommunikointi fyysisen laitteen ja digitaalisen kaksosen välillä tapahtuu automaattisesti koko elinkaaren ajan ja kerätyn datan analysoinnissa hyödynnetään koneoppimista ja generatiivista tekoälyä.
Entä jos voisit digitaalisesti simuloida ja optimoida etukäteen jokaisen vaiheen tuotteesi elinkaaren aikana?
Digitaalisen kaksosen rakenne ja käsitteet
Digitaalisella kaksosella voi olla erilaisia kypsyystasoja, jolloin sen rakenne muodostuu halutun toiminnallisen tason ja fyysisen vastaavuuden mukaan, todelliseen esikuvaansa verrattuna.
Tyypillinen kerroksittain muodostuva rakenne koostuu ytimenä olevasta laitteen järjestelmämallista ja sen päälle rakentuvista fysiikkamallista, grafiikkamoottorista, käyttöliittymästä sekä liitynnöistä ulkoiseen rautaan, ja myös AR/VR/XR voidaan tarvittaessa liittää mukaan.
Digitaalisen kaksosen käsitteiden välillä ilmenee eroavaisuuksia myös sen osalta miten fyysinen ja virtuaalinen malli kommunikoivat keskenään. Digitaalisen kaksosen käsite ja nimeäminen voidaankin jaotella kommunikaatiomenetelmien mukaan:
- Digital Model: Kevyimmissä tapauksissa digitaalisen kaksosen pääasiallinen käyttötarkoitus on ylläpitää fyysisen laitteen syntymätodistusta sekä huolto- ja päivityshistoriaa. Tällöin kyseessä on fyysisen laitteen digitaalinen malli, jota päivitetään pääasiassa manuaalisesti.
- Digital Shadow: Kehittyneemmässä tapauksessa digitaalinen malli päivittyy automaattisesti fyysisestä laitteesta kerättyjen tietojen perusteella, jolloin kyseessä on fyysistä laitetta seuraava digitaalinen “varjo”.
- Digital Twin: Aito digitaalinen kaksonen vastaa toiminnallisuudeltaan täysin fyysistä mallia ja data liikkuu automaattisesti molempiin suuntiin. Kommunikointi ja datan siirtäminen digitaalisen ja fyysisen laitteen välillä on oleellinen osa kokonaisuutta. Digitaalisen kaksosen kautta voidaan joissain tapauksissa myös säätää tai ohjata fyysistä laitetta.
Digitaalista mallia käytetään yleensä tuotteen suunnitteluvaiheissa, konseptien kehityksessä ja visuaalisena apuvälineenä. Digitaalisen varjon pääasiallisia käyttökohteita ovat laitteen käytöstä saatavan datan analysointi, trendien tunnistaminen ja järjestelmän toiminnallisuuden ymmärtäminen. Digitaalista kaksosta käytetään pääosin laitteen reaaliaikaiseen seurantaan, ohjaukseen, päivitykseen, analyysiin sekä suorituskyvyn ja toimintojen optimointiin.
Käytettävän mallin valinta riippuu projektin ja toimialan vaatimuksista. Jos korostetaan reaaliaikaista seurantaa ja analyysiä, digitaalinen kaksonen on todennäköisesti oikea valinta. Historiallisen näkökulman tarpeessa digitaalinen varjo on yleensä riittävä. Konseptointiin ja suunnitteluun keskittyvissä tilanteissa digitaalinen malli voi olla optimaalinen vaihtoehto.
