Digitaalinen kaksonen konseptina ja valmistavan teollisuuden tukena
Tiura, Tuomas (2021)
Tiura, Tuomas
2021
Teknisten tieteiden kandidaattiohjelma - Bachelor's Programme in Engineering Sciences
Tekniikan ja luonnontieteiden tiedekunta - Faculty of Engineering and Natural Sciences
This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Hyväksymispäivämäärä
2021-05-20
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105195187
https://urn.fi/URN:NBN:fi:tuni-202105195187
Tiivistelmä
Digitaalinen kaksonen (engl. Digital Twin) on virtuaalinen esitys fyysisestä hyödykkeestä. Ideaalissa tapauksessa digitaalista kaksosta on mahdoton erottaa fyysisestä hyödykkeestä niin ulkonäön, kuin käyttäytymisen suhteen. Tämän tutkimuksen tarkoituksena on selvittää, mikä on digitaalinen kaksonen sekä sen käyttämistä eri toimialoilla ja valmistavassa teollisuudessa. Työn tavoitteena on myös selvittää myös digitaalisen kaksosen konseptin haasteita ja mahdollisuuksia sekä tuotekehityksen, ennustamisen kuin myös työntekijöiden näkökulmista valmistavassa teollisuudessa.
Digitaalinen kaksonen ei ainoastaan anna reaaliaikaista tietoa päätöksenteon tueksi vaan se voi myös ennustaa laitteen tulevaa kehitystä tai käyttäytymistä. Tekniikan ja lääketieteen alojen sulautuminen luo älykkään ja yhdistyneen yhteiskunnan perustan. Älykkäät puettavat laitteet, ter-veystietojen järjestelmällinen tallentaminen ja yksilöidyt ja kohdennetut lääkkeet ovat terveysalojen tärkeimmät uudet teknologiat. Psykologit ovat ottaneet käyttöön aktigrafeja ennustamaan kaksisuuntaisen mielialahäiriön eri jaksojen puhkeamista. Meteorologialaitokset hyödyntävät lyhyen ja pidemmän aikavälin sääennusteiden tekemiseen tarvittavia alueiden malleja, täsmällisiä simulaatioita ja monista lähteistä tulevaa isoa dataa. Teollisessa valmistuksesta koituvien kustannuksien laskeminen ja lyhyihin toimitusaikoihin pyrkiminen ovat saaneet teollisuuden ja prosessiteknologia yritykset arvioimaan uudestaan digitaalisen kaksosen konseptia. Digitaalinen kaksonen voi tarjota henkilökohtaisemman ja tehokkaamman koulutuksen erilaisille opiskelijoille ilman lisäkuluja. Se voi myös tarjota älykkäitä ratkaisuja niin rakennus- ja energia-alalla, kuin apua maantiekuljetuksiin minimoimalla polttoaineen kulutusta suunnittelemalla ennalta liikenteen reitit.
Digitaalisen kaksosen haasteena on toimiva kaksisuuntainen yhteys fyysisen hyödykkeen ja siitä mallinnetun digitaalisen kaksosen välillä. Kaksisuuntaiseen yhteyden suurimmat haasteet ovat fyysisen laitteen anturitietojen ajallinen erottelu, viive sekä suuri datan määrä. Toisaalta ongelmia ovat myös digitaalisessa kaksosessa käytettävän datan luotettavuus, oikeellisuus ja sen nopea arkistointi. Fyysiset hyödykkeet, joille voidaan tehdä digitaalisia kaksosia, vaativat korkeaa turvallisuustasoa. Tästä syystä haaste on myös datan avoimuus ja tulkittavuus digitaalisen kaksosen pohjalta tehtävän päätöksenteon tueksi. Digitaalinen kaksonen on esiteltävä käyttäjälle erottamattomana mallina fyysisestä hyödykkeestä. Malli tulee olla loppukäyttäjälle sellainen, jota on mahdollista helposti ja vaistonvaraisesti ohjata. Digitaalisen kaksosen avulla on mahdollista kerätä informatiivista tietoa fyysisen laitteen tilasta, suorituskyvystä, huollon tarpeesta ja prosessin optimoimisesta. Tuotantojärjestelmien turvallisuuden parantamiseksi sekä huoltoaikojen ja -kustannuksien vähentämiseksi on tärkeää, että järjestelmä osaa ennakoida ja ymmärtää prosessissa tapahtuvia muutoksia. Digitaalista kaksosta on mahdollista käyttää koko tuotteen elinkaaren suunnitteluun.
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n mukaan digitaalisen kaksosen käytännön sovellukset ovat edelleen harvinaisia. Tämä johtuu edellä mainituista digitaalisen kaksosen haasteista, joita ovat muun muassa reaaliaikaisuuteen sopeutuminen, mallin huoltaminen ja kalibrointi.
Digitaalinen kaksonen ei ainoastaan anna reaaliaikaista tietoa päätöksenteon tueksi vaan se voi myös ennustaa laitteen tulevaa kehitystä tai käyttäytymistä. Tekniikan ja lääketieteen alojen sulautuminen luo älykkään ja yhdistyneen yhteiskunnan perustan. Älykkäät puettavat laitteet, ter-veystietojen järjestelmällinen tallentaminen ja yksilöidyt ja kohdennetut lääkkeet ovat terveysalojen tärkeimmät uudet teknologiat. Psykologit ovat ottaneet käyttöön aktigrafeja ennustamaan kaksisuuntaisen mielialahäiriön eri jaksojen puhkeamista. Meteorologialaitokset hyödyntävät lyhyen ja pidemmän aikavälin sääennusteiden tekemiseen tarvittavia alueiden malleja, täsmällisiä simulaatioita ja monista lähteistä tulevaa isoa dataa. Teollisessa valmistuksesta koituvien kustannuksien laskeminen ja lyhyihin toimitusaikoihin pyrkiminen ovat saaneet teollisuuden ja prosessiteknologia yritykset arvioimaan uudestaan digitaalisen kaksosen konseptia. Digitaalinen kaksonen voi tarjota henkilökohtaisemman ja tehokkaamman koulutuksen erilaisille opiskelijoille ilman lisäkuluja. Se voi myös tarjota älykkäitä ratkaisuja niin rakennus- ja energia-alalla, kuin apua maantiekuljetuksiin minimoimalla polttoaineen kulutusta suunnittelemalla ennalta liikenteen reitit.
Digitaalisen kaksosen haasteena on toimiva kaksisuuntainen yhteys fyysisen hyödykkeen ja siitä mallinnetun digitaalisen kaksosen välillä. Kaksisuuntaiseen yhteyden suurimmat haasteet ovat fyysisen laitteen anturitietojen ajallinen erottelu, viive sekä suuri datan määrä. Toisaalta ongelmia ovat myös digitaalisessa kaksosessa käytettävän datan luotettavuus, oikeellisuus ja sen nopea arkistointi. Fyysiset hyödykkeet, joille voidaan tehdä digitaalisia kaksosia, vaativat korkeaa turvallisuustasoa. Tästä syystä haaste on myös datan avoimuus ja tulkittavuus digitaalisen kaksosen pohjalta tehtävän päätöksenteon tueksi. Digitaalinen kaksonen on esiteltävä käyttäjälle erottamattomana mallina fyysisestä hyödykkeestä. Malli tulee olla loppukäyttäjälle sellainen, jota on mahdollista helposti ja vaistonvaraisesti ohjata. Digitaalisen kaksosen avulla on mahdollista kerätä informatiivista tietoa fyysisen laitteen tilasta, suorituskyvystä, huollon tarpeesta ja prosessin optimoimisesta. Tuotantojärjestelmien turvallisuuden parantamiseksi sekä huoltoaikojen ja -kustannuksien vähentämiseksi on tärkeää, että järjestelmä osaa ennakoida ja ymmärtää prosessissa tapahtuvia muutoksia. Digitaalista kaksosta on mahdollista käyttää koko tuotteen elinkaaren suunnitteluun.
Teknologian tutkimuskeskus VTT Oy:n mukaan digitaalisen kaksosen käytännön sovellukset ovat edelleen harvinaisia. Tämä johtuu edellä mainituista digitaalisen kaksosen haasteista, joita ovat muun muassa reaaliaikaisuuteen sopeutuminen, mallin huoltaminen ja kalibrointi.
Kokoelmat
- Kandidaatintutkielmat [7052]