Raimond Brookman, Principal Architect, en Michaël Hompes, Software Architect, praten je bij over digital twins. Ze houden zich binnen Info Support onder meer bezig met kunstmatige intelligentie (AI), softwarearchitectuur, (Industrial) Internet of Things en digital twins. Dit is een artikel na aanleiding van de Podcast Business vooruit met IT – 13 – Wat kan Digital Twin voor mij betekenen?
Wat is een digital twin?
Wat is een digital twin?
Michael Hompes: “De woorden digital en tweeling zeggen het al een beetje: het is een digitale kopie of weergave van de werkelijkheid. Die werkelijkheid kan bijvoorbeeld een motor zijn, maar ook een fabriek. Het gaat erom dat je in een computersysteem kunt zien hoe het met de werkelijkheid staat. Bijvoorbeeld met behulp van meetgegevens, maar het kan ook een stukje aansturing zijn.”
Raimond Brookman: “Door alle informatie die beschikbaar is over bijvoorbeeld een fabriek digitaal te reproduceren, kun je gaan simuleren. In het verleden werden allerlei devices aan elkaar geknoopt, maar daarmee loop je het risico dat alles één grote kluwen van signaaltjes wordt die heen en weer gaan. Hoe complexer het wordt, hoe lastiger het wordt om te onderhouden.”
“Laten we een auto als voorbeeld nemen. Alle onderdelen zijn afhankelijk van elkaar”, vervolgt Raimond Brookman. “Als je iets over die auto wilt weten, kun je het toerental van de motor meten, maar de temperatuur van de banden zal óók veranderen als de motor wordt belast. Daar kun je een conclusie uit trekken. Een auto is nog een relatief eenvoudig voorbeeld, maar soms wil je van hele complexe systemen of zelfs een hele fabriek precies weten hoe de verschillende onderdelen op elkaar reageren. Door combinaties te maken, krijg je een integraal beeld. Het grote voordeel van een digital twin is dat je precies kunt simuleren welke processen invloed op elkaar hebben. Daar kan je dan op anticiperen en misschien wel zelfs een designkeuze maken bij het installeren van je systemen. Wat verder erg handig is, is dat je die simulaties versneld kunt uitvoeren.”
Is elk IT-systeem dan niet een digital twin?
Michael Hompes: “Voor mij zit het grote verschil in de virtuele versus fysieke processen. We bouwen al jaren IT-systemen, bijvoorbeeld voor verzekeringspolissen of de zorg. Veel daarvan is gewoon virtueel. Het wordt spannend, als er ook allerlei fysieke processen bij komen kijken. Bijvoorbeeld dat routes gepland moeten worden en dat apparaten ook daadwerkelijk die routes moeten gaan volgen. Voor mij is er sprake van een digital twin als er ergens ook een fysieke component is. Anders is het gewoon een IT-systeem.”
Is een digital twin altijd een 3D-visualisatie?
Raimond Brookman: “Een 3D-visualisatie kan een middel zijn om inzichten te krijgen, maar het kan ook een scherm met getallen zijn. Het gaat er uiteindelijk om dat de fysieke wereld wordt gerepresenteerd. Een fancy 3D-model kan ook, maar dan is het niet meer dan een middel om een digital twin te tonen.”
Michael Hompes: “Vaak wordt er bij simulatie gebruikgemaakt van mooie 3D-tekeningen uit CAD-pakketten. Het is natuurlijk mooi als je die visualisaties dan ook kunt laten zien. Denk aan een klant die een volledig geautomatiseerd warehouse wil. Als je dan kan aantonen hoe dat er straks ‘in het echt’ gaat uitzien in combinatie met al die controleprocessen en de visualisatie daarvan, krijgt iemand al een idee hoe het gaat werken. Zo win je dus al vertrouwen voordat er maar één stukje staal gelast is.”
Kost een digital twin veel extra werk vergeleken met een traditionele IT-oplossing?
Michael Hompes: “Aan de ene kant komen er activiteiten bij, doordat je bijvoorbeeld continu kunt bijsturen. Maar in de doorlooptijd ga je veel tijd winnen. Zeker vanwege de testmogelijkheden.”
Raimond Brookman: “Je kunt je proces beter inrichten en een feedbackloop creëren zonder dat je steeds moet wachten, zoals bij de traditionele waterval-methode. Als je dingen parallel gaat doen, zorgt dat aan de ene kant voor complexiteit, maar aan de andere kant win je een hoop tijd.” Michael Hompes vult aan: “En het mooie is dat je nu dingen virtueel test waar dat vroeger gewoon onmogelijk was. Je voorkomt dan bijvoorbeeld dat er allerlei kinderziektes naar boven komen als de fabriekshal al is ingericht.”
Hoe ga je om met modellen die niet 100% accuraat zijn?
Bij de ontwikkeling van systemen heb je ook te maken met externe factoren, zoals het weer. Hoe ga je om met modellen die nog niet 100 procent accuraat zijn?
Michael Hompes: “Inderdaad, in de fysieke wereld tellen ook dingen als zwaartekracht, de hoek van zonlicht inval of wat dan ook. Het enige wat je daaraan kunt doen, is toch zoveel mogelijk nadenken over waar je in het verleden al last van hebt gehad en dat soort factoren dan ook in je simulatie inbouwen. Dan doe je verschillende what if-analyses en kan je er zo op anticiperen. Wat je ook kunt doen, is zorgen dat je zo veel mogelijk randomization in zo’n simulatie stopt. Juist om ervoor te zorgen dat het niet allemaal netjes na elkaar gebeurt, maar dat dingen tegelijkertijd gebeuren en dat ze zeker niet altijd in dezelfde volgorde gebeuren. Dat zet je systeem wel onder stress.”
Michael Hompes vervolgt: “Het is verder belangrijk dat je in je ontwerp aan de fysieke kant failsaves en fallbacks inbouwt: wat als de werkelijkheid niet helemaal klopt met wat we dachten? Hoe komen we weer in sync met de werkelijkheid? Denk aan warehouse-automatisering, waar ergens een bak van de lijn gepakt wordt, zomaar tussentijds, zonder instructie. Het systeem mist dan in één keer een onderdeel. Wat ga je dan doen? Valt dan alles meteen stil of heb je een alternatief pad? Net zoals dat we dat in softwareland qua robuustheid hebben, heb je dat natuurlijk ook aan de OT-kant. Dat zijn ook de factoren die je met je simulaties wilt testen. Gooi er maar eens een fysiek component uit. Wat doet je software dan? Ook dat zijn dingen die je graag in de virtuele wereld wilt testen voordat die hele fabriek gebouwd is.”
Raimond Brookman: “We hebben het nu over het ontwikkelproces, maar de digital twin is natuurlijk ook heel belangrijk op het moment dat het eenmaal gerealiseerd is. Juist dan wil je ook weer die meetgegevens binnenkrijgen en zien wat de staat is van de werkelijkheid. Die gegevens kun je weer gebruiken om je simulatie te verbeteren. Uiteindelijk is het altijd beter om met echte meetgegevens te werken dan met schattingen of verwachtingen.”
Michael Hompes: “Dat is wel de essentie van digital twins. De wisselwerking tussen dingen die in de fysieke wereld gebeuren en wat er in de digitale wereld gebeurt.”
Raimond Brookman: “Dan kom je ook in de wereld van predictive maintenance. Over een langere termijn gaan onderdelen slijten. Als je precies op het juiste moment kunt meten wanneer die onderdelen moeten worden vervangen, kun je dat doen zonder verstoring in het systeem, maar bijvoorbeeld tijdens het onderhoud.”
Kan een digital twin een eigen leven gaan leiden?
Raimond Brookman: “Het ligt eraan hoeveel controle je zo’n ding geeft en in welke mate je het de mogelijkheid geeft om zelf te leren. Zoals we dingen nu ontwikkelen, willen we dat de systemen zich binnen een bepaalde set aan parameters blijven gedragen. We willen niet dat een smart factory bijvoorbeeld ineens zelf producten gaat verzinnen. Uiteindelijk gaat het er natuurlijk maar net om hoeveel vrijheidsgraden je in het systeem bouwt. Wat wel geldt, is dat AI en machine learning ervoor kunnen zorgen dat je veel meer policy-based processen gaat sturen en dat die slimmere keuzes maken om het proces te optimaliseren. Keuzes die je misschien niet van tevoren ingebouwd had. Maar ook hier geldt dat wij uiteindelijk nog steeds de vrijheidsgraden bepalen waarbinnen dat gebeurt.”
Michael Hompes: “Ik denk de meeste problemen nog steeds door menselijke falen worden veroorzaakt en dat het nog even duurt voordat de techniek ons daarin inhaalt.
Voor machine learning is de input natuurlijk essentieel. Als je met een digital twin veel data genereert, kun je met machine learning je modellen goed trainen. Daar valt veel winst te halen.”
Raimond Brookman: “Wat hierbij ook belangrijk is om te noemen, is dat een digital twin je ook de mogelijkheid geeft om het hele systeem in deelsysteempjes op te delen, zodat de fysieke concepten ook weer digitaal herkend worden. Je kunt dat geheel als een blokkendoos opbouwen, want een gemiddeld fysiek apparaat bestaat uit allerlei onderdelen. Als je van al die onderdelen ook weer een digital twin hebt, ben je niet alleen fysiek een product aan het bouwen, maar kun je de software van het product ook als een blokkendoos opbouwen. Dat heeft weer raakvlakken met Domain Driven Design. We denken dat ook het onderhoud van zo’n complex systeem beter te regelen is omdat je het kunt opdelen in blokken. We hebben dat ook vormgegeven in onze IoT-referentiearchitectuur. Daarin hebben we al die onderdelen benoemd en gepositioneerd welke onderdelen er in zo’n digital twin zitten.”