Digital Twin -koulutusta kehitetään LAB-ammattikorkeakoulussa

Digitaalinen kaksonen on digitaalinen kopio fyysisestä maailmasta. Digitaalisten kaksosten markkinoiden uskotaan yli kymmenkertaistuvan vuoteen 2026 mennessä. LAB-ammattikorkeakoulussa pilotoidaan sähkö- ja automaatiotekniikan näkökulmasta toteutettua Digital Twin -koulutusta kesällä 2022.

Kirjoittaja: Mika Keski-Luopa

Digitaalinen kaksonen eli Digital Twin

Ajattele sinulla olevan digitaalinen kopio fyysisestä maailmasta. Tätä kaksoiskappaletta kutsutaan digitaaliseksi kaksoseksi. Kaksoiskappaleen avulla voit tehdä työtä virtuaalisesti ja simuloida eri käyttöolosuhteita. Voit ymmärtää mitä jos- skenaariot selkeästi, ennustaa tarkasti tuloksia ja tuottaa ohjeita fyysisen kaksoiskappaleen käytön tarpeisiin. (Parrot ym. 2020)

Digitaalisia kaksosia voidaan käyttää koko tuotteen elinkaaren ajan. Niitä käytetään simuloidessa, optimoidessa ja ennustaessa tuotteen ominaisuuksia tai tuotantojärjestelmää ennen kuin investoidaan fyysiseen prototyyppiin ja laitteistoon. Simulaation, data-analytiikan ja koneoppimisen avulla digitaalinen kaksonen lyhentää kehitysaikaa, parantaa prosessin laatua ja parhaimmillaan eliminoi fyysisen prototyypin tarpeen. Digitaalinen kaksonen pystyy kehittymään ja oppimaan koko tuotteen elinkaaren aikana antureista, toimintaolosuhteista ja muutoksista kerätyn tiedon avulla. Näin yritykset voivat jatkuvasti optimoida tuotteitaan, tuotantoaan ja suorituskykyään mahdollisimman pienin kustannuksin. (Siemens 2021)

Digitaalista kaksosta voidaan käyttää monilla aloilla. Keskeisiä työkaluja ne ovat esimerkiksi autoteollisuudessa ja lentokoneteollisuudessa. Valmistavassa teollisuudessa digitaalisia kaksosia käytetään esimerkiksi valmistuksen arvoketjun määrittämisessä ja uusien tuotteiden innovoinnissa. Energia-alalla digitaalisen kaksosen avulla voidaan analysoida esimerkiksi öljynporausreiästä saatavaa dataa ja rakentaa malleja, jotka ohjaavat poraustyötä reaaliajassa. Terveydenhuoltoalalla digitaalisia kaksosia käytetään esimerkiksi diagnooseissa, koulutuksessa ja kirurgisessa harjoittelussa. Singapore käyttää virtuaalimallia kaupunkisuunnittelussa, kunnossapidossa ja katastrofivalmiuden ylläpidossa. Digitaalisilla kaksosilla on monia muotoa, mutta yhdistävänä tekijänä ne kaikki keräävät ja hyödyntävät fyysisestä maailmasta saatua dataa. (Parrot ym. 2020)

On olemassa erityyppisiä digitaalisia kaksosia. Tyyppien käyttö riippuu käyttötarkoituksesta. Yleisesti järjestelmissä tai prosesseissa esiintyy rinnakkain erilaisia digitaalisia kaksosia. Komponenttikaksoset ovat digitaalisten kaksosten perusyksikkö. Ne ovat pienin esimerkki toimivasta komponentista. Osakaksoset tarkoittavat lähes samaa, mutta ne koskevat vähemmän tärkeitä osia. Kun useampi komponentti toimii yhdessä, niin ne muodostavat laitteen tai tuotteen. Tuotekaksosten avulla voidaan tutkia komponenttien vuorovaikutusta ja luoda suoritusdataa. Suoritusdataa voidaan käsitellä ja niistä voidaan oivaltaa käytännön asioita. Järjestelmä- ja yksikkökaksoset tarjoavat näkyvyyttä resurssien vuorovaikutuksesta ja näiden avulla voidaan tehdä suorituskyvyn parannuksia. Prosessikaksoset auttavat hahmottamaan kuinka järjestelmät toimivat yhdessä kokonaisen tuotantolaitoksen luomiseksi ja tuotantolaitoksen huipputehon kasvattamiseksi. (IBM)

Digitaalisten kaksosten historia

2000- luvun alusta lähtien yritykset ovat tutkineen digitaalisten mallien hyödyntämistä tuotteidensa ja prosessiensa parantamiseksi. Jo silloin huomattiin digitaalisten kaksosten potentiaali, mutta liitettävyys prosessiin, tietojenkäsittely ja tiedon tallennuskapasiteetti sekä valtavat tietomäärät aiheuttivat liikaa kustannuksia. Digitaalisten kaksosten trendi saa vauhtia nopeasti kehittyvistä simulointi- ja mallinnusominaisuuksista ja paremmasta yhteensopivuudesta. Myös IoT- antureiden, työkalujen ja laskentainfrastruktuurin saatavuus on parantunut. (Parrot ym. 2020)

MarketsandMarkets- tutkimuksen mukaan globaalien digitaalisten kaksosten markkinoiden arvioitiin olevan vuonna 2020 3,1 miljardia dollaria. Digitaalisten kaksosten käytön kasvua nopeuttaa COVID-19- pandemian aiheuttama kasvava kysyntä terveydenhuollossa ja lääketeollisuudessa sekä laitteiden ylläpidon tapojen muuttuminen. Markkinoiden ennustetaan nousevan 48,2 miljardiin dollariin vuoteen 2026 mennessä. (MarketsandMarkets 2020)

Sähkö- ja automaatio-osaamisen kehittäminen Lahden seudulla

SÄHÄKKÄ -hankkeen tavoitteena on sähkö- ja automaatioalan työllisyyden edistäminen Päijät-Hämeessä. Hanke toteutetaan työelämän ja oppilaitosten (LAB ja Salpaus) yhteistyönä 1.4.2021 – 31.3.2023 välisenä aikana. Hankkeessa kehitetään ja pilotoidaan laadukasta koulutustarjontaa kotimarkkinoilla sekä globaalisti toimivien yritysten tarpeisiin. Koulutuksissa otetaan huomioon henkilöstön ja työttömien lisäkoulutustarpeet sekä tutkinto-opiskelijat. (LAB 2021)

Hankkeessa toteutetaan osana koulutuskokonaisuuksia myös pilottiympäristöjä, joissa Digital Twin- teknologiaa voidaan demonstroida esimerkiksi kuvan 1 mukaisilla järjestelyillä. Siinä pilottiympäristön laite on mallinnettu Siemens NX- ohjelmistolla virtuaaliseksi ja tätä virtuaalilaitetta ohjataan Siemensin ohjelmoitavalla logiikalla.

Kuva 1. Virtuaalista laitetta voidaan ohjata logiikkaohjaimella. (Kuva: Sami Viinikka)

LABin toimenpidepakettiin kuuluu mm. Digital Twin -koulutuksen pilotointi ja hankkeen jälkeen lisääminen LABin koulutustarjontaan. Koulutus järjestetään virtuaalitoteutuksena. Koulutusta pilotoidaan kesällä 2022.

Lähteet

IBM. What is a digital Twin? [Viitattu 24.11.2021]. Saatavissa: https://www.ibm.com/topics/what-is-a-digital-twin

LAB. 2021. Sähkö- ja automaatio-osaamisen kehittäminen Lahden seudulla – SÄHÄKKÄ. [Viitattu 25.11.2021]. Saatavissa: https://www.lab.fi/fi/projekti/sahko-ja-automaatio-osaamisen-kehittaminen-lahden-seudulla

MarketsandMarkets. 2020. Digital Twin Market by Technology, Type (Product, Process, and System), Application (predictive maintenance, and others), Industry (Aerospace & Defense, Automotive & Transportation, Healthcare, and others), and Geography – Global Forecast to 2026. [Viitattu 23.11.2021]. Saatavissa: https://www.marketsandmarkets.com/Market-Reports/digital-twin-market-225269522.html

Parrot, A. Umbenhauer, B. & Warshaw, L. 2020. Digital twins – Bridging the physical and digital. Deloitte insights. [Viitattu 23.11.2021]. Saatavissa: https://www2.deloitte.com/us/en/insights/focus/tech-trends/2020/digital-twin-applications-bridging-the-physical-and-digital.html

Siemens. 2021. Digital Twin. [Viitattu 25.11.2021]. Saatavissa: https://www.plm.automation.siemens.com/global/en/our-story/glossary/digital-twin/24465

Kirjoittaja

Mika Keski-Luopa toimii TKI-asiantuntijana SÄHÄKKÄ- ja METE- hankkeissa. Lisäksi kirjoittaja toimii LABin ja Heinolan kaupungin välisen BioHub -yhteistyön koordinaattorina.

Artikkelikuva: https://pixabay.com/fi/illustrations/monitori-bin%c3%a4%c3%a4ri-binary-j%c3%a4rjestelm%c3%a4-1307227/ (Pixabay Licence)

Julkaistu 1.12.2021