Lekkages opsporen? De conditie van constructies en machines checken? Als monteur hoef je straks nauwelijks je bed nog uit! Via ‘digital twins’ kijk je op afstand live mee in gebouwen, installaties, machines, sluizen en bruggen en nog veel meer. Welkom in de toekomst!
Monteurs die controles moeten uitvoeren bij de Scheeresluis in Kampen, hoeven daarvoor sinds kort de deur niet meer uit. Ze zetten gewoon een VR-headset op, nemen twee controllers in de hand en wandelen virtueel door de sluis. Ze kunnen elk onderdeel bekijken en met data precies zien of alles naar behoren functioneert. En dat allemaal in realtime.
De digitale Scheeresluis, gebouwd door Twinsense360, TAUW en de provincie Overijssel en opgeleverd in januari 2020, is een voorbeeld van een ‘digital twin’: een digitale kopie van een voorwerp of bouwwerk uit de echte wereld. In zo’n live ‘kopie in enen en nullen’ komen alle facetten die in de echte wereld bij het voorwerp horen digitaal terug, van data tot energiestromen van grote en kleine onderdelen.
“Een digital twin helpt je om een fysiek gebouw beter te begrijpen”, vertelt Gaby Abdalla van ingenieursbureau Arup, waar hij de ontwikkeling van digitale kopieën van echte gebouwen overziet. “Zodra je inlogt in de digitale tweeling, zie je alles wat de sensors in het gebouw registreren. Van het energie- en waterverbruik tot de hoeveelheid CO2 die zich in ruimtes ophoopt. En van de druk op een constructie tot de uitslag van een windturbine of de buiging van een brug. Zo kun je de conditie van een gebouw of installatie continu monitoren én de prestaties optimaliseren.”
Input voor voorspellend beheer
Binnen Arup werken Abdalla en zijn collega’s aan geavanceerde monitoringssystemen voor bruggen, die de basis vormen voor digitale tweelingen. “Met een digitale tweeling kun je bijvoorbeeld in realtime zien welke onderdelen zwaar belast worden wanneer er veel auto’s over de brug heen rijden. Dat geeft je beter inzicht in hoe de brug wordt gebruikt en kan de basis zijn voor voorspellend beheer en onderhoud. We focussen ons in de bouwwereld en installatiebranche nu nog veel op visuele inspectie. En we gaan vaak pas over tot onderhoud als een theoretisch model zegt dat het tijd is voor onderhoud of als er zichtbaar iets stuk is. Met digitale kopieën van gebouwen kun je problemen voor zijn en tijdig een monteur sturen.”
Data-goudmijnen
Digital twinning is als het ware een next level van BIM, het Bouw Informatie Model, dat ook in de installatietechniek al goede diensten bewijst. Een BIM is een digitale weergave van de manier waarop een gebouw is ontworpen of is gebouwd. Het is een informatiebank waarin eigenschappen van een gebouw, de gebruikte materialen en de locaties van installaties terug te vinden zijn. Het belangrijkste verschil: een BIM is statisch, een digital twin wordt continu gevoed door data uit sensoren en is interactief. “We gebruiken die informatie om de prestaties van het gebouw te monitoren”, aldus Peter van Leeuwen, directeur BAM Bouw en Techniek in januari in VV+, het vakblad voor de installatiebranche. “Het is heel behulpzaam.”
Digital twins zijn mogelijk van gebouwen, installaties, machines – zelfs van het menselijk lichaam!
Digital twinning helpt niet alleen bij gebouwen en constructies maar ook bij installaties en machines. Het Bredase VDL Steelweld, maker van geautomatiseerde assemblagelijnen voor auto- en vrachtwagenfabrieken, test 95 procent van al zijn productielijnen met een digital twin voordat ze in productie gaan. Bierbrouwer Heineken past de techniek toe in zijn brouwketels en productielijnen en Waterschapsbedrijf Limburg liet RoyalHasKoningDHV Digital een digitale tweeling maken van zijn volledige waterbeheernetwerk. De vliegtuigindustrie is ook fervent gebruiker van digitale kopieën: fabrikanten bouwen complexe vliegtuigmotoren digitaal na om ze virtueel te kunnen testen. Zelfs van het menselijk lichaam zijn al digital twins gemaakt, voor toepassingen in ‘smart healthcare’.
Het idee van digital twinning bestaat al ruim twintig jaar. Dat het juist nu zo’n vlucht neemt, komt vooral door ontwikkelingen op het gebied van kunstmatige intelligentie, digitalisering en datawetenschap. Algoritmes zijn de laatste paar jaren in rap tempo stukken beter geworden in het herkennen en analyseren van patronen. En dankzij de toenemende digitalisering en de snelle opkomst van het internet of things zijn sensoren steeds makkelijker op afstand uit te lezen.
De provincie Zuid-Holland bespaart door slim meten met real-time data 30% energie.
De data die al die sensoren verzamelen zijn een goudmijn, zei Strukton Workspace-directeur Evert Lemmen in februari 2021 in het tijdschrift E&W Installatietechniek. Lemmens bedrijf ontwikkelde een digitaal platform – Strukton Pulse – waarop alle data uit gebouwen binnenkomen. Die data worden voor meer gebruikt dan alleen monitoring. Slimme algoritmes proberen ermee te voorspellen wat bewoners of bedrijven in een gebouw doen, zodat de beheerder daarop kan inspelen. Lemmen: “En we voorkomen er storingen en faalkosten mee, door vooraf simulaties te draaien.”
Ook voor de klanten van bouw- en installatiebedrijven bieden de technologie voordelen. Zo slaagt de provincie Zuid-Holland er bij zijn provinciehuis in 30% energie te besparen door slim te meten en realtime data te verzamelen. “Je kunt dit soort systemen ook gebruiken om voorspellingen te doen”, aldus Gaby Abdalla. Zijn werkgever Arup bouwde in Groot-Brittannië een twin van watermanagementsystemen. Die zijn onder meer gekoppeld aan de weersvoorspellingen. Als het heel hard regent, kunnen ze op basis van historische data voorspellen waar en wanneer het riool het regenwater niet meer aan kan. En waar er dus mogelijk overstromingen gaan plaatsvinden. Abdalla: “Dankzij die kennis kunnen lokale autoriteiten al vroegtijdig ingrijpen en maatregelen treffen.”
Digital Twinning helpt om beter te beslissen en onderhoud flexibeler te plannen.
Digital twins kunnen, net als bij de Britse watermanagementsystemen, bedrijven en instanties helpen betere beslissingen te nemen, denkt Bayu Jayawardhana, hoogleraar mechatronica en non-lineaire regeltechniek aan de Rijksuniversiteit Groningen. In 2019 ontvingen Jayawardhana en zijn team een subsidie van vier miljoen euro van de Nederlandse Organisatie voor Wetenschappelijk Onderzoek (NWO) voor het onderzoeksproject DIGITAL TWIN, waarin zes universiteiten samen methoden onderzoeken om digitale tweelingen van hightech systemen beter te maken.
Mede dankzij onderzoeksproject DIGITAL TWIN is het mogelijk minder afval en CO2-uitstoot te produceren met de inzet van digitale tweelingen.
Dankzij realtime metingen kun je aflezen wanneer een fout eraan zit te komen. En kun je precies op het juiste moment onderhoud inplannen.
“Een groot voordeel van digital twins is dat ze onderhoud vergemakkelijken”, zegt Jayawardhana. Als voorbeeld noemt hij de hightech apparatuur van de Veldhovense chipmachinefabrikant ASML. In de meeste gevallen is het onderhoud ervan specialistisch werk, dat alleen ASML-monteurs voor hun rekening kunnen nemen. “Idealiter wil je niet te vroeg onderhoud plegen. Het is zonde om aan een apparaat te gaan sleutelen als dat nog niet nodig is”, aldus Jayawardhana. “Maar je wil ook niet te laat zijn. Door te kijken naar foutmeldingen die machines in het verleden gaven en constant realtime metingen te doen in de apparaten, kun je aflezen wanneer een fout eraan zit te komen. En kun je precies op het juiste moment onderhoud inplannen.”
Een andere sector waarin dat goed van pas komt is die van de offshore windturbines. Jayawardhana: “Windparken op zee zijn bij storm en slecht weer vaak moeilijker bereikbaar. Als je de conditie van een windturbine op afstand kunt aflezen, kun je daar rekening mee houden in je planning. Ga je nú onderhoud plegen? Of kun je wachten tot na het stormseizoen? Met een digital twin zie je dat live – en kun je veel besparen.”
Groot en klein
Naast optimalisatie van onderhoud kijken Jayawardhana en het DIGITAL TWIN-team ook naar kansen voor procesverbetering. Hoewel het project nog volop bezig is, ziet Jayawardhana al goede mogelijkheden om dit concept in de hele waardeketen te integreren. “Een elektronicabedrijf maakt nu doorgaans één model van een scheerapparaat en baseert daar zijn hele productieproces op. Dat model kun je met gebruikersfeedback verbeteren. Als je die informatie in een digitale kopie stopt en die direct deelt met leveranciers en fabrieken waar je grondstoffen en onderdelen inkoopt, kun je sneller schakelen. En dus flexibeler produceren. Dat is nu nog toekomstmuziek, maar wordt straks gewoon realiteit.”
Een andere mogelijke toepassing zijn digital twins van complete wijken, dorpen of steden. In de Brabantse steden Eindhoven en Helmond wordt binnen het Digital City Program al aan zulke modellen gewerkt. De gemeenten maken digitale kaarten van hun stad, met informatie over verkeersbewegingen, aantal woningen, bouwprojecten en groenvoorziening. Daar kunnen vervolgens allerlei scenario’s op losgelaten worden. Wat gebeurt er bijvoorbeeld als de binnenstad autovrij wordt gemaakt? Welk effect heeft dat op de uitstoot van fijnstof?
Digital City Program maakt complexe stedelijke vraagstukken mogelijk met Digital Twinning.
Vraagtekens over de prestaties van je warmtepomp? De digital twin geeft direct antwoord.
Digitale tweelingen kunnen een grote rol spelen bij het oplossen van de grote uitdagingen van deze tijd. Ook bij de energietransitie, waar we nu middenin zitten. Peter Zwakhals, vakspecialist digitalisering bij Techniek Nederland: “In de ontwerpfase van een gebouw kun je met je digital twin doorrekenen welk effect een alternatief energiesysteem op je gebouw heeft. Zo kun je precies bepalen wat voor die situatie de beste installatie is.”
Naast grote projecten ziet Zwakhals ook mooie mogelijkheden bij kleinere toepassingen – ook op het niveau van individuele woningen. “In feite zijn slimme energiemeters al eerste stapjes richting een digital twin”, aldus Zwakhals. “Ze verzamelen gegevens van een fysiek gebouw, in dit geval het energieverbruik, en maken die op afstand inzichtelijk. Monteurs zouden met die data afwijkingen kunnen signaleren en storingen voorspellen. Als een woning plots aanzienlijk meer stroom of gas gaat verbruiken, zou dat kunnen komen doordat er ergens een storing zit in de opwekking van zonnestroom of in de afstelling of regeling van een apparaat.”
Een ander voorbeeld zijn de warmtepompen. Zwakhals: “Dat is nog relatief nieuwe technologie en installatiebedrijven die ze plaatsen, willen graag weten hoe de warmtepompen presteren. Om die prestaties te meten kun je met regelmaat bij klanten langsgaan, maar je kunt ook een manier bedenken om ze op afstand uit te lezen. Vaak is die mogelijkheid al door de fabrikant ingebouwd. Met de data die die sensoren verzamelen en versturen, krijgen installateurs niet alleen inzicht in storingen, maar kunnen ze ook anticiperen op het moment waarop onderhoud nodig is. Het zijn de verborgen parels van digital twinning.”
Heb jij ‘n tip voor deze rubriek? Stuur je suggestie naar demakersvanmorgen@technieknederland.nl!
