Digital twin in het bedrijfsleven: een hype of een blijvertje?

Een heleboel bedrijven onderzoeken de kansen van de digital twin technologie, van Tata Steel tot Philips. Ook Croonwolter&dros onderzoekt de mogelijkheden. “Het is een superactueel onderwerp”, zegt Cynthia Nooijens. Zij onderzocht als afstudeerproject de toepassingsmogelijkheid van de digital twin tijdens de exploitatiefase voor Croonwolter&dros.

'Het is een super actueel onderwerp'

Een duidelijke definitie van digital twin kan Nooijens niet geven. “Ieder onderzoek, iedere bedrijfspagina en iedere paper dat ik opende, beschreef digital twin anders”, zegt zij. Bayu Jayawardhana van de Rijksuniversiteit Groningen beaamt dat. “Het is een parapluterm”, zegt de hoogleraar mechatronica en niet-lineaire regeltechniek aan de Rijksuniversiteit Groningen (RUG). Hij leidt een vijfjarig onderzoeksprogramma gefinancierd door NWO, waarin zes verschillende universiteiten en twaalf bedrijven multidisciplinair samenwerken om fundamentele digital twin-technologieën te ontwikkelen.

Zelflerende modellen

Als Jayawardhana ergens een lezing geeft omschrijft hij digital twin meestal als een digitale omgeving waarmee een bedrijf simulaties en optimalisaties kan uitvoeren. Bijvoorbeeld om te voorspellen of bepaalde veranderingen de prestaties van een machine of een product veranderen. Het kan gaan om een digitale kopie van het fysieke object, maar ook om een product dat zich nog in de ontwerpfase bevindt.

Jayawardhana merkt dat veel bedrijven met de digital twin aan de slag gaan en op basis van hun wensen specifieke accenten leggen. Vaak zijn dit nog statische modellen, terwijl hij juist kansen ziet voor een koppeling tussen kunstmatige intelligentie-algoritmen en natuurkundige wetten. “Als we die koppelen, kunnen we aangeven hoe een systeem daadwerkelijk functioneert.” Op die manier ontstaan op den duur digitale kopieën die zichzelf continu verbeteren en aanpassen.

Praktische toepassing

Croonwolter&dros heeft al ervaring met de toepassing van digital twin in de praktijk. Nooijens nam een kijkje bij drie projecten: de sluis bij Eefde, de Rijnlandroute en de eerste energieneutrale tunnel ter wereld in de nieuw aan te leggen A16 bij Rotterdam. De onderzoeksvraag waar zij mee op pad ging: hoe kan Croonwolter&dros digital twins in de onderhoudsfase toepassen?

 De energieneutrale tunnel maakte de meeste indruk op Nooijens. “Dat is binnen Croonwolter&dros op dit moment de meest geavanceerde digitale tweeling.” Of het ook de meest innovatieve van heel Nederland is, vindt zij lastig te bepalen. “Maar ik denk wel dat hij in de top 3 van Nederland staat.”

Bij de tunnel was al in de contractfase besloten met een digital twin te werken. Dat levert verschillende voordelen op. Zo werkten de partijen in de ontwerpfase samen in dezelfde digitale omgeving waardoor iedereen met de meest recente versie werkt. Ook kunnen zij onderdelen die normaal gesproken pas in de fysieke tunnel aan elkaar gekoppeld worden al eerder virtueel koppelen. Daardoor wordt de testtijd in de fysieke tunnel veel korter, waardoor er minder overlast voor het verkeer is. Ook kan het bedrijf de infrastructuur sneller opleveren.

Voorspellen wanneer een installatie gaat falen

Nooijens onderzocht welke digital twin-functies voor Croonwolter&dros de grootste meerwaarde zouden opleveren in de onderhoudsfase. Uit haar onderzoek blijkt bijvoorbeeld dat veel van de toepassingen van de huidige projecten goed in de onderhoudsfase toe te passen zijn. Zo kunnen de tunneloperators en hulpdiensten bij de energieneutrale tunnel (die onderdeel uitmaakt van de A16) alvast oefenen met de besturing van de tunnel, terwijl de fysieke infrastructuur er nog niet ligt. “We kunnen zelfs de mensen die in de toekomst de tunnel gaan opereren al achter de knoppen zetten”, zei innovatiemanager Onno Sminia daar in een eerder interview over. Nooijens geeft aan dat deze toepassing ook in de exploitatiefase van toegevoegde waarde is; de onderhoudspartijen kunnen dan oefenen in de virtuele omgeving. Er hoeft niet gewacht te worden op een onderhoudsnacht, en de werkzaamheden kunnen beter voorbereid worden.

'We kunnen de mensen die in de toekomst de tunnel gaan opereren al achter de knoppen zetten'

Naast de mogelijkheid tot virtueel opleiden en oefenen, vormt het samenbrengen en integreren van verschillende systemen in één centrale omgeving een interessante toepassing. Daarbij kan informatie van de infrastructuur over de gehele levensduur opgevraagd worden uit de verschillende onderliggende systemen. Dat is handig wanneer verschillende onderhoudspartijen met elkaar samenwerken.

Tot slot wijst Nooijens erop dat een installatie tijdens de exploitatiefase software-updates nodig heeft. “Als die vooraf in een veilige digitale omgeving getest en aangesloten kunnen worden om te kijken of het allemaal op elkaar aansluit en werkt, dan hoef je de tunnel natuurlijk veel korter af te sluiten.”

Nooijens concludeert dat er veel voordelen te behalen zijn voor Croonwolter&dros als het bedrijf digital twins inzet in de onderhoudsfase. Op termijn verwacht ze dat de technologie gaat helpen om voorspellend onderhoud te plegen. “Dat je niet wacht tot je installatie kapot is, maar dat je de conditie kan monitoren en voorspellen wanneer een installatie daadwerkelijk gaat falen.”

Dat is voordelig, want voorspellend onderhoud bespaart tijd en geld. Zo worden frequente preventieve onderhoudswerkzaamheden zoals inspecties overbodig. Ook worden onderdelen precies op het juiste moment vervangen. Daardoor wordt hun levensduur optimaal benut en worden boeteclausules voorkomen. Voor succesvol voorspellend onderhoud is een combinatie met slimme sensoren en intelligente algoritmen cruciaal, stelt zij.

Duurzame kansen van digital twin

Wat levert digital twin technologie op qua duurzaamheid? “Dat is precies de vraag die de commissie die onze onderzoeks-aanvraag beoordeelde ons stelde”, zegt Jayawardhana. Hij noemt twee hoofdzaken: CO2-reductie en afvalvermindering. Digital twin-technologie kan helpen om een ontwerp in één keer goed te maken. Dat zorgt ervoor dat er minder materialen nodig zijn. Alles is digitaal getest, dus het fysieke product doet gelijk wat het moet doen.

Croonwolter&dros legt in een document de CO2-voordelen van digital twin technologie voor de infrastructuur als volgt uit: ‘Binnen het kader van CO2 ligt de focus op het reduceren van faalkosten door middel van testen, verifiëren, en valideren in het digitale model. Door dit digitale testen kan falen opgespoord worden voor deze letterlijk in beton gegoten worden. Hiermee wordt veel extra werk bespaard, en in het verlengde hiervan ook CO2-uitstoot.’ Ook maakt het onderhoud mogelijk op het moment dat het nodig is. En is duidelijk wat er precies moet gebeuren. Dat verlengd de levensduur van een object.

Een standaard

Nooijens verwacht dat digital twin, net zoals Building Information Modeling (BIM), een standaard kan worden binnen de infrastructuur. “Het heeft zich denk ik al wel bewezen.” Zij wijst er echter op dat dat grote opdrachtgevers als Rijkswaterstaat uiteindelijk een belangrijke rol spelen bij de standaardisering van dit soort nieuwe technologieën.

Nu ontwikkelt Croonwolter&dros zijn eigen software, net als duizenden andere bedrijven. Samenwerking en sectoroverstijgende standaardisatie lijken logische stappen, maar Jayawardhana ziet dat binnenkort nog niet gebeuren. Bepaalde sectoren werken wel met een standaard, maar een standaard voor alle sectoren verwacht hij niet in de nabije toekomst. De RUG-hoogleraar wijst erop dat Nederland één van de grootste spelers ter wereld is op het gebied van slimme autonome systemen, kunstmatige intelligentie-algoritmes, informatie-communicatietechnologieën en de infrastructuur eromheen. Mocht er ooit een standaard komen, dan is er dus wel een kans dat Nederland het land is waar die standaard wordt ontwikkeld.

Lees ook: “Als de functie van jouw gebouw verandert, dan kunnen de installaties meebewegen”

Hoofdafbeelding: Adobe Stock | Afbeelding in de tekst: Croonwolter&dros