Digital twin suunnittelussa ja valmistuksessa

Abstract

Teollisuus 4.0 tuo digitaalisuuden ja palvelut tuotteisiin sekä niiden suunnitteluun ja valmistukseen. Digitaalisuus tuo datan louhinnan ja koneoppimisen avulla mahdollisuuden optimoida tuotantoa ja suunniteltavaa tuotetta. IoT taas mahdollistaa teollisuus 4.0 tuoman muutoksen. Koneoppimisen, koneälyn ja big datan avulla voidaan IoT:n keräämää dataa käyttää tuotteiden ja tuotannon parantamiseen sellaisilla asioilla, joiden havaitsemiseen menisi ihmisellä pitkään tai ne, jäisi jopa huomaamatta.

Digitaalinen kaksonen yhdistää tuotteen tai tuotantolaitoksen ja niistä tehdyn digitaalisen mallin ja niiden matemaattiset mallit yhteen. Kun tuotteesta kerätty IoT tieto ja matemaattiset mallit on yhdistetty digitaaliseen kaksoseen, mahdollistetaan tuotteen tai tuotannon simulointi reaaliajassa vaikuttamatta tuotantoon. Näin tuotanto voi toimia kulloinkin parhaalla mahdollisella teholla. Digitaalinen kaksonen nopeuttaa tuotantoa ja vähentää tuotantovirheitä. Suunnittelussa Digitaalinen kaksonen mahdollistaa suunnittelun kustannuksien vähentämisen, kun fyysisten prototyyppien rakentaminen vähenee tai sillä vältytään kokonaan varsinaisen tuotantoversion rakentamiselta.

Digitaalista kaksosta pidetään koneoppimisen ja tekoälyn kanssa yhtenä merkityksellisempänä digitalisoitumisen tuomana tekniikkana. Tässä opinnäytetyössä on tarkoitus selvittää digitaalisen kaksosen käyttöä suunnittelussa ja tuotannossa, mikä selvitettiin kirjallisuustutkimuksella. Digitaalisen kaksosen tunnettavuutta yritysmaailmassa selvitettiin kyselytutkimuksella. Tavoitteena oli myös tehdä digitaalisen kaksosen demo Tampereen ammattikorkeakoululla olevaan työstökeskukseen. Tuloksena on opetusmateriaali Tampereen ammattikorkeakoululle. Digitaalisen kaksosen demo jäi kesken, kun selvisi koneistuskeskuksen valmistajan tekemät rajoitukset.

Industry 4.0 brings digitalization and services to products as well as their design and manufacturing. Digitalization provides an opportunity to optimize the design and production through data mining and machine learning. IoT, on the other hand, enables the change brought about by industry 4.0. With the help of machine learning, machine intelligence and big data, the data collected by the IoT can be used to improve products and production as it reveals things that would take a long time to detect or even go unnoticed by a human.

The digital twin connects a product or production plant and the digital model and mathematical theories made from them together. When the IoT data and mathematical models collected from a product are combined with a digital twin, realtime simulation of the product or production is enabled without affecting production. In this way, production can operate at the best possible efficiency at any given time. The digital twin speeds up production and reduces production errors. In design, the digital twin makes it possible to reduce design costs when the construction of physical prototypes is not always required or the building of an actual production version can be avoided altogether.

With machine learning and artificial intelligence, the digital twin is considered to be one of the more significant technologies brought about by digitalization. The purpose of this thesis is to find out with the use of the Digital Twin in design and production, which was elucidated in the literature research. The known in of the digital twin in the corporate world was used survey research. As a goal this thesis was doing digital twin demo at the machining center at Tampere university of applied sciences. Result this thesis was teaching material. The demo of the digital twin was interrupted, when the limitations made by the machining center manufacturer became clear.