Benefits and Usability of a Digital Twin System

Abstract

This thesis was done for UPM Kymmene's pulp mill in Pietarsaari. The Pietarsaari pulp mill produces mainly raw materials for papermaking (pulp) and is capable of producing about 800T of paper pulp per year. The pulp mill has been in use for several decades and a problem they have found is that the information needed for everyday work can be difficult to find as the mill has grown and become more advanced over the years.

The purpose of this thesis was to investigate about Digital Twin to find out the benefits and usage of a Digital Twin for the Pietarsaari Pulp mill. With the help of the Digital Twin, the Pietarsaari pulp mill would be able to retrieve existing information and data about an object to the Digital Twin, such as piping systems, machine data and, use the data to find out, for example, when the machine needs maintenance. This would create a virtual simulation model from the production line that could be used for various stakeholders such as operation, maintenance, and project supervision.

This thesis work includes an interview with different Digital Twin manufacturers, about their definitions of Digital Twin and how their Digital Twin program could help Pietarsaari pulp mill. Several interviews were also conducted with UPM staff to find out what challenges they faced during the working day and how they could use Digital Twin as a tool in their work.

The result is based on interviews and the Digital Twin literature, which shows how Digital Twin can be of use to UPM employees and a comparison between two different Digital Twin programs.

Detta examensarbete gjordes åt UPM Kymmenes cellulosafabrik i Jakobstad. Jakobstads cellulosafabrik producerar råvaror för papperstillverkning, som kallas för cellulosamassa. Jakobstads cellulosafabrik kan producera cirka 800 ton cellulosa per år.

Cellulosafabriken har varit i bruk i flera decennier och ett problem som man har märkt är att information som behövs för det dagliga arbetet kan vara svår att hitta eftersom fabriken har växt och blivit mer avancerad med åren.

Syftet med detta examensarbete har varit att studera Digital Twin och att ta reda på fördelarna och användningsmöjligheter för Digital Twin.

Med hjälp av Digital Twin skulle Jakobstads cellulosafabrik kunna föra in befintlig information och data om ett föremål till Digital Twin, såsom rörsystem, maskindata och använda den data för att ta reda på till exempel när en maskin behöver underhållas. Detta skulle skapa en virtuell simuleringsmodell från produktionslinjen som skulle kunna användas för olika avdelningar som projektplanering, underhåll och drift.

I detta examensarbete intervjuades flera Digital Twin-tillverkare om deras definitioner av Digital Twin och hur deras Digital Twin-program kunde hjälpa Jakobstads cellulosafabrik. Flera intervjuer genomfördes med UPM-personal för att ta reda på vilka utmaningar de möter under arbetsdagen och hur de kan använda Digital Twin som verktyg i sitt arbete.

Resultatet baserades på intervjuer och på Digital Twin-litteraturen, resultatet visar hur Digital Twin kan användas för att hjälpa UPM-anställda en jämförelse mellan två olika Digital Twin-program.

Tämä opinnäytetyö tehtiin UPM Kymmenen selluloosatehtaalle Pietarsaaressa. Pietarsaaren selluloosatehdas tuottaa raaka-aineita paperinvalmistukseen, raaka-aineen nimi on sellu. Pietarsaaren selluloosatehdas pystyy tuottamaan noin 800 tonnia selluloosaa vuodessa.

Selluloosatehdas on ollut käytössä useita vuosikymmeniä ja ongelmana he ovat todenneet, että arjen työssä tarvittavia tietoja voi olla hankala löytää tehtaan kasvaessa ja kehittyessä vuosien varrella.

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on ollut tutkia Digital Twiniä ja selvittää Digital Twinin hyödyt ja käyttömahdollisuudet. Digital Twinin avulla Pietarsaaren selluloosatehdas pystyisi viemään olemassa olevia teknisiä piirustuksia ja prosessi dataa Digital Twiniin, kuten putkijärjestelmiä ja konetietoa ja näiden avulla selvittämään esimerkiksi, milloin kone tarvitsee huoltoa. Ohjelman avulla voidaan tehtaasta rakentaa 3D-malli ja yhdistää siihen tehtaasta kerättyä tietoa ja näin saadaan tehtaasta luotua virtuaalinen malli. Tämän rakennetun mallin avulla voidaan jäljitellä yksittäisen koneen ja prosessin kuntoa sekä löytää teknisiä tietoja ja dokumentteja, jotka on liitetty aikaisemmin rakennettuun malliin.

Tässä opinnäytetyössä haastateltiin useita eri Digital Twin -ohjelman valmistajia. Eri valmistajat saivat kertoa miten heidän Digital Twin -ohjelmansa voisi auttaa sellutehtaan arkipäivää. Opinnäytetyössä haastateltiin myös UPM:n henkilökuntaa. Haastatteluissa pyrittiin selvittämään minkälaisia haasteita ja ongelmia heillä oli työpäivän aikana. Ongelmaksi muodostui usein se että teknisiä dokumentteja oli vaikea löytää nopeasti ja se vaati usein paljon aikaa.

Lopputulos perustuu Digital Twin -valmistajien sekä yhden käyttäjän haastatteluihin ja Digital Twin -kirjallisuuteen. Työssä selvitetään miten Digital Twiniä voidaan käyttää apuvälineenä tehtaalla. Työssä vertailtiin myös kahta eri valmistajan Digital Twin-ohjelmaa ja selvitettiin ohjelmien ominaisuuksia ja hyötyjä Pietarsaaren tehtaalle.