Digitaalinen kaksonen toimii teollisen kasvun tukipilarina

Digitaalinen kaksonen toimii teollisen kasvun tukipilarina

LUT:n tutkija Victor Zhidchenko demonstroi hydraulisen puomin digitaalista kaksosta. Ruudulla on reaaliajassa toimiva virtuaalinen malli, joka kuvaa puomin dynamiikkaa ja hydrauliikkaa.

Digitaalinen kaksonen toimii teollisen kasvun tukipilarina

Virtuaalimallinnuksen avulla mahdollistetaan uusia innovaatioita, joilla edistetään teollista suunnittelua ja valmistusta. Kyseessä voi olla yksittäisen koneen komponentti tai kokonainen tehdas.

Teksti Pekka Säilä  Kuva Ville Tulkki

Digitaalinen kaksonen eli Digital Twin tarkoittaa esimerkiksi tuotantokoneen, kuten satamanosturin virtuaalista kopiota, jota voidaan käyttää, kuten sen oikeaa vastinetta. Tietokoneella tehty 3D-kopio voi toisaalta mallintaa suuriakin kokonaisuuksia, kuten tehdassalia koneineen, tuotantoprosesseineen, järjestelmineen ja työntekijöineen.

LUT-yliopistossa kehitetään MORE SIM -tutkimusalustalla simulointiperusteisia digitaalisia kaksosia teollisuusyritysten kasvun tueksi Digibuzz-hankkeen avulla. Tarkoituksena on mahdollistaa uusia palveluinnovaatioita ja vientiliiketoimintaa suomalaiselle valmistavalle teollisuudelle. Ratkaisujen pohjalta teollisuusyrityksillä on mahdollista luoda palveluliiketoimintaa, joka tukee niiden digitaalista murrosta, kasvua ja kansainvälistymistä. 

– Digibuzz-hankkeen avulla on mahdollista etsiä parhaat ratkaisut digitaalisten kaksosten ja 3D-mallinnuksen hyödyntämiseen. Projektissa kehitetään uusia simulaatiopohjaisia tekniikoita ja hyödyntämismalleja LUT:n tutkimusalustan, VTT:n tuotantotalouden ja tekniikan tutkijoiden yhteisvoimin. Digibuzz-projektin tavoitteena on edistää teollista suunnittelua, valmistusta ja käsittelyä, kiteyttää LUT:n professori Juhani Ukko. 

Simulointi tuo monia hyötyjä

Simulointimallin on vastattava tarkasti todellisen laitteen tai prosessin toimintaa, jotta tuloksia voidaan hyödyntää päätöksenteossa. Niiden käyttö laitteen tai prosessin ohjauksessa vaatii simuloinnin tuloksen laskemista reaaliajassa – tai nopeammin. Tutkimuksen keskiössä on saada reaaliaikainen simulointimalli vastaamaan todellisen tuotteen käyttäytymistä käytön aikana.

Esimerkiksi metsäkonetta suunnitellessa voidaan havainnoida, minkälainen dynamiikka laitteella on ja miten tietyt muutokset vaikuttavat kokonaisuuteen. Samalla saadaan kokonaiskuva laitteen toiminnasta, käytettävien materiaalien kestävyydestä ja voidaan etsiä mahdollisimman energiatehokkaita toimintatapoja. Suunnittelutyössä syntyy säästöjä, kun koneiden protoversiot voidaan valmistaa virtuaalisesti ja etsiä parhaita yhdistelmiä eri komponenttien, materiaalien ja ajonopeuksien suhteen. Tarkka data edistää toisaalta myyntiä ja markkinointia, kun toiminnallisuus on mahdollista todentaa myös asiakkaalle simuloinnin keinoin.

– Käytännössä digitaalinen kaksonen voi olla yhtä hyvin yksittäisen koneen komponentti kuin vaikkapa kokonainen tehdas, jonka reaaliaikaista toimintaa halutaan simuloida. Digitaaliset kaksoset voivat toimia myös vaikkapa työturvallisuuden tukena, koska simulointimallien avulla voidaan valmistautua paremmin varsinaiseen työympäristöön, jossa voi olla korkeita lämpötiloja, melua ja vaarallisia aineita, toteaa LUT:n tutkija Emil Kurvinen.

REAALIAIKAINEN SIMULOINTI vastaa pitkälti todellisen lopputuotteen käyttäytymistä.

Suunnittelua datan avulla

Digitaalisen kaksosen avulla voidaan suunnitella ja testata kustannustehokkaasti ja turvallisesti myös sellaista, mikä on vasta suunnitteilla. Mallinnuksista nähdään, miten esimerkiksi tehtaan tuotantolinjat, työntekijät ja koneet mahtuvat toimimaan suunnitellussa tilassa.

Digitaalinen ekosysteemi voi rakentua myös tehdasjärjestelmästä, jota ovat kehittämässä niin laitetoimittajat, suunnittelijat kuin asiakkaatkin. Datasta koko suunnittelutiimi voi nähdä, miten koneiden käyttöastetta tehostetaan tai kuinka voidaan varautua häiriötilanteisiin.

– Suomessa on paljon korkean teknologian tuotantoa, jossa tuotantomäärät ovat pieniä ja räätälöintiaste korkea. Näissä ympäristöissä voidaan tehdä virtuaalisia kokeiluja, tutkia laitteiden käyttäytymistä ja optimoida valmistusprosesseja. Samalla säästetään energiaa, luontoa ja raaka-aineita. Virtuaalimallit voidaan myös myydä tehtaan tai laitteen mukana yritykselle, joka saa niistä parhaan hyödyn myös tuleviin tarpeisiin, Ukko sanoo.

Reaaliaikaisesta simuloinnista on ilmestynyt tänä vuonna myös kirja, Real-time Simulation for Sustainable Production, joka tarjoaa yleiskatsauksen reaaliaikaiseen simulointiin liittyvistä mahdollisuuksista esimerkiksi tuotantotavoissa. 

moresim.fi