Projektets bakgrund
Sverige har många väletablerade industriföretag som ligger i framkant som leverantörer och exportörer av komplexa tekniska system, inte minst inom energi- och processindustri. Med ny och miljövänlig teknik har de dessutom god potential att öka sina marknadsandelar globalt. I industrin idag byggs sällan helt nya anläggningar, istället utökas och uppdateras ofta de befintliga. I det här sammanhanget avser termen digital tvilling (DT) en interaktiv 3D modell av en industriell installation där ett flertal datakällor från den verkliga anläggningen fusioneras och visualiseras. Den digitala tvillingen är sedan avsedd att vara centralt stödjande under hela livscykeln för hela värdekedjan från åtaganden och tjänsteleveranser från leverantören, men också för direkt nyttjande av kunden. Den låter oss interagera med vår miljö på ett mer sammankopplat, dynamiskt och responsivt sätt. Genom att använda en DT kan vi bättre förstå och optimera systemens prestanda samtidigt som vi får insikt i dess beteende och förenklar driften. Konceptet med DT har sett betydande framsteg de senaste åren, med DT teknik som används inom en mängd olika industrier, från hälso- och sjukvård till energi och transport. Inom TWIN generator är tanken att en DT ska fungera som interaktiv modell av en existerande kraft och energianläggning, då dessa ofta helt eller delvis saknar digital dokumentation och särskilt där flera leverantörer engagerats samt bytts ut över tid. Genom att använda denna typ av DT förväntas effektivare utnyttjande av anläggningar som leder till stärkt konkurrenskraft och grönare industri. Användandet av DT som beskrivet ovan har bland annat visat sig kunna minska tiden att få en industriell anläggning i drift med upp till 50%. Vidare kan stopptiden för underhåll och reparationer minskas med 15%.
Projektets mål
Målet med projektet är att utveckla och integrera olika AI- och digitaliserings-tekniker för att gå från en 3D-skanning av en anläggning till en visuell och funktionell DT (se bilden nedan). Praktiskt inkluderar detta olika steg där en anläggning ska 3D-skannas, komponenter i miljön ska identifieras och klassificeras, och dessa ska sedan matchas mot ett biliotek av existerande 3D- och funktionella modeller. Innan digitala tvillingar skapas kan det även behövas ett steg för kontroll av modellen och eventuell komplettering av modeller som av någon anledning saknas i komponent-biblioteket.
Slutligen skapas en DT i en interaktiv spelmotormiljö där geometri och funktion (flöde, sensorer, rörelser etc.) visualiseras. För att åstadkomma denna vision syftar TWIN generator till att skapa nya AI lösningar som tar data från olika källor för att skapa den information som krävs för att bygga digitala tvillingar. Detta inkluderar följande fokusområden:
- Automatisk identifiering och klassificering av enskilda komponenter från en 3D-skanning av en anläggning, baserat på ett bibliotek med 3D modeller.
- Hantering av osäkerheter och verifiering av de identifierade komponenterna.
- Komplettering av data då CAD modeller saknas i biblioteket.
- Effektiv konstruktion av avancerad CAD assemblies i 3D miljö.
När punkterna ovan är lösta så kan de kombineras med existerande tekniker för att bygga en komplett DT.
Projektets målsättning är vidare att skapa en demonstrator för en automatiserad process som tar fram en DT från en 3D-skanning. Att skapa DT för nya väldefinierade anläggningar är ett relativt väl undersökt problem där det idag finns standardiserade lösningar. Utmaningen i detta fall är att ta fram en process som enklare kan få fram tvillingar för befintliga anläggningar, trots att alla detaljer inte dokumenterats. För att lösa detta kommer olika typer av AI och maskininlärningslösningar att utvecklas och appliceras. TWIN generator kommer att fokusera på olika typer av AI lösningar för att möjliggöra detta.
Projektets potential
Projektet har potential att genomgripande påverka den svenska industrin på flera nivåer. På en systemnivå förväntas resultatet av projektet öka tillgängligheten till att använda digitala tvillingar vilket ger nytta för den industriföretaget. Vidare ger möjligheten att enklare och billigare erbjuda digitala tvillingar en konkurrensfördel vid försäljning av hårdvara för leverantörer av industriutrustning. Den tekniska innovationen och algoritmerna som utvecklas ägs av forskarna med potential till nya företag, med stöd från bland annat LEAD företagsinkubator.
Genom att automatiskt skapa digitala tvillingar kan även äldre anläggningar, som saknar modern dokumentation, inkluderas. Dessa anläggningar, där behovet av övervakning och service ofta är störst, kan därmed gynnas av teknologins förbättringar. För denna typ av anläggningar finns det antal olika användningsområden som skapar värde för industrin. Vid ombyggnad av industriella anläggningar kan digitala tvillingar användas för att påskynda och säkra driftsättningen. Personal kan interagera med DT:n för att lära sig drift och underhåll redan innan anläggningen är färdig, och även träna på nödsituationer utan verklig fara. DT kan även användas för distanssupport, där detaljerad hjälp och instruktioner kan levereras i realtid från hela världen. Vid uppdatering eller förnyelse av en anläggning, till exempel med förnybar energi, kan DT användas för att simulera olika scenarier och utvärdera lösningar ur ekonomiska och hållbarhetsperspektiv. DT, som visualiserar data från sensorer, kan även användas för löpande översyn och övervakning, vilket möjliggör förutsägelse av underhållsbehov och därmed undvikande av driftsstopp, vilket i sin tur ökar effektiviteten, minskar kostnaderna och optimerar energianvändningen och utsläppen. Användandet av DT som beskrivet ovan har visat sig kunna minska tiden att få en industriell anläggning i drift med upp till 50%. Vidare kan stopptiden för underhåll och reparationer minskas med 15%.
Vill du veta mer om projektet?
Anton Wiberg, Postdoktor vid Linköpings universitet
013 – 28 10 27
anton.wiberg@liu.se
Projektet drivs av
Linköpings universitet
Deltagare
Siemens Energy, Advantek Group & Astacus