Processen efficiënt sturen en optimaliseren met digital twin

(Branded content)

Met complexere systemen, meer aandacht voor veiligheid, een stevige duurzaamheidsopgave en een nieuwe generatie technici die vooral digitaal is ingesteld, is in de industrie de traditionele werkwijze behoorlijk aan het veranderen. Een antwoord op deze ontwikkelingen is de digital twin. Deze digitale kopie van de werkelijkheid biedt de mogelijkheid om continu te verbeteren en tegelijkertijd kosten en risico’s te reduceren.

‘Het beste is om een digital twin zo vroeg mogelijk in te richten, eigenlijk op het moment dat een fabriek wordt gebouwd’, legt Jacqueline de Waal uit. Zij is business manager lifecycle services bij Emerson Automation Solutions. Maar dit advies betekent niet dat een digital twin helemaal niet kan worden toegepast op een bestaande plant. ‘Zeker niet. Ook wanneer een digital twin later wordt ingericht, op basis van een plant die al lange tijd draait, kunnen aanzienlijke verbeteringen worden bereikt.’

Digitale transformatie

Acteren in een digitale wereld is niet nieuw. De introductie van de vierde industriële revolutie en de hiermee gepaard gaande opkomst van internet of things, sensortechnologie en big data, tonen aan dat we midden in een digitale transformatie zitten. De Waal: ‘We kunnen op basis van deze nieuwe technieken beter monitoren, bijsturen en heel gericht beslissingen nemen om productie- en onderhoudsprocessen te optimaliseren.’ Dat er grootse dingen mogelijk zijn, had Emerson al snel in de gaten. Het automatisering- en engineeringbedrijf heeft dan ook haar bedrijfsportfolio toegespitst om oplossingen te leveren die zorgen voor meer waarde. ‘Als je meer inzage hebt in de dynamische procescondities, kun je hier veel beter op sturen. Dankzij deze informatie is het mogelijk om ongeplande downtime te voorkomen en om geplande shutdowns efficiënter en sneller te laten verlopen. Met het oog op productie kunnen deze nieuwe technieken zorgen voor een constante kwaliteit en meer efficiëntie. Daarnaast heb je hiermee concrete handvaten om veiliger te werken en om zo duurzaam mogelijk te produceren.’

Trainen en kennis delen

De ontwikkelingen gaan razendsnel en er is nu al aanzienlijk meer mogelijk dan vijf jaar geleden. Emerson was een van de eersten die, op basis van de mogelijkheden van digitalisering, simulatiesoftware beschikbaar stelde om trainingen te kunnen geven in een nagebootste, digitale wereld. ‘Dit OTS, Operator Training Systeem, bood medewerkers van bijvoorbeeld chemiebedrijven of raffinaderijen de mogelijkheid om trainingen te volgen of werkzaamheden uit te voeren in een kopie van de werkelijkheid’, legt De Waal uit. Je zou dit een voorloper van de digitale twin kunnen noemen. ‘De technologie was toen nog niet toereikend om deze up to date te houden. Dit kunnen we nu wel, waardoor de digital twin real-time informatie deelt.’ Mimic simulatie software is toegevoegd aan het portofolio en kan gekoppeld worden aan iedere DCS om een volledige digital twin mee op te bouwen.
OTS is dus een van de toepassingsmogelijkheden van een digital twin, of het nu gaat om (bij)scholing of het trainen van nieuwe medewerkers die te zijner tijd zelfstandig gaan werken op een site. ‘Safety is in de industrie een groot goed. In een digital twin kan naar hartenlust en zonder risico worden getraind en geoefend. Het is zelfs mogelijk om scenario’s in het veld of in de controlekamer te simuleren die zelden voorkomen, maar waar het van levensbelang is dat medewerkers weten wat ze wel en niet moeten doen. Op deze manier kan een beginnend monteur stap voor stap, module voor module, worden opgeleid tot senior operator.’ Om welke informatie het gaat, en hoe dit wordt toegepast, bepaalt een asset owner zelf. De Waal: ‘Iemand kan met behulp van de twin door de fabriek navigeren. De twin kan dankzij AR en/of VR integratie instructies geven op een specifiek onderdeel, waaraan bijvoorbeeld onderhoud moet worden gepleegd. Welke werkinstructie ligt er, welke veiligheidsmaatregelen zijn belangrijk en wat is de status van dit onderdeel? Alles kan in de twin worden ingevoerd. Heeft iemand meer informatie nodig, dan vindt hij bijvoorbeeld instructies die door de fabrikant van een machine zijn aangeleverd of hij kan vanuit de twin schakelen met een expert die op een hele andere locatie zit.’

Gehele levensduur

De Waal begon haar verhaal met het advies om de digital twin zo vroeg mogelijk aan te schaffen. ‘Wie een fabriek eerst virtueel opbouwt, kan in deze fase veel makkelijker aanpassingen doorvoeren. In dat geval is de digital twin een soort ontwerptool.’ Deze kopie van de toekomstige werkelijkheid biedt ingenieurs de mogelijkheid om potentiële problemen, zoals knelpunten in het proces en hun impact op de productie, te kunnen tackelen ruim voor de plant is gebouwd. Emerson heeft een samenwerking met AspenTech om in deze fase ook gebruikt te maken van HYSYS software.
Een van de diensten van Emerson is het verzorgen van de inrichting van fabriekssoftware (DCS). ‘Daarmee ligt er, na een procesautomatiseringsproject, een goede basis om een twin op te bouwen’, legt De Waal uit. ‘De dynamische reacties van een fabriek zijn hier niet standaard in gebouwd. Deze worden uiteraard wel onderdeel van een digital twin, evenals uitgebreide proceskennis en kennis over de grondstoffen.’ Een digital twin geeft dan gedurende de gehele levensduur informatie die kan worden gebruikt om continu te verbeteren.

Optimaliseren

De vraag of het mogelijk is om met de huidige assets meer te produceren, is voor bedrijven een belangrijke vraag. Iedere onderneming wil het maximale uit de assets halen. Met de digital twin is het mogelijk om een idee voor een optimalisatie eerst uit te testen in een simulatiemodel. De Waal: ‘Wijzigingen in het proces gaan effect hebben, maar welk effect? Gaat een bepaalde aanpassing bijvoorbeeld helpen om cavitatie te voorkomen? Test het uit. Een nieuw product introduceren in een batchproces? Test en valideer het eerst met de twin.
Ook duurzaamheidsvraagstukken kunnen worden uitgetest: hoe kunnen we produceren met minder energie? Kan de CO2 uitstoot omlaag? Dit kan allemaal worden getest in een veilige omgeving.’
De Waal is ervan overtuigd dat we naar een tijdperk gaan waarin het testen in de digital twin een voorwaarde wordt voor optimalisatie. ‘Voordat een wijziging wordt doorgevoerd, wordt de vraag gesteld: is het getest op de digital twin? Zo niet, dan zijn de uitkomsten onzeker. Gaat de wijziging dan wel een verbetering opleveren? We hebben noch de tijd, noch de capaciteit om dit in de praktijk te testen, om van de risico’s maar niet te spreken. Een digital twin biedt uitkomst.’