A*STAR heeft een testbed gebouwd voor digitale tweelingen, de virtuele tegenhangers van echte productieapparatuur. Deze fabrieksinnovaties kunnen bedrijven helpen enorme hoeveelheden tijd en geld te besparen door de toestand van hun partnermachine onderweg te voorspellen en aan te passen.

Stel je voor dat een productiegigant een machine op een van zijn fabrieksvloeren heeft staan ​​waarin een spindel op het punt staat te breken. In een conventionele fabriek de zoemende machine waarschuwt niet voor een dreigende storing, en zijn mislukking zal op een willekeurig moment komen. Diagnose en reparatie zullen relatief langzaam zijn, beperkt door het verzamelen van gegevens en het organiseren van menselijke en materiële middelen. Voor een fast-moving consumer goods (FMCG)-bedrijf, de vertraging kan kostbaar zijn. “Vanwege het hoge volume, we hebben het over miljoenen dollars aan verliezen voor elk uur stilstand, " zegt Stuart Wong, de senior groepsmanager bij het Advanced Remanufacturing and Technology Centre (ARTC) in Singapore, waar een aantal bedrijven samenwerken met A*STAR-onderzoekers aan het bevorderen van productietechnologie, inclusief het maken van zeer intelligente, gesensibiliseerde machines.

Digitale tweelingen maken fabrieken slimmer

Met wat hulp van ARTC's model smart factory, een testbed voor productietechnologie dat in augustus werd geopend, knikken kunnen worden genavigeerd met behulp van een concept dat bekend staat als een 'digitale tweeling'. Het idee is dat machines worden gesensoriseerd, zodat de spindel in de machine continu wordt gecontroleerd en de prestatiegegevens naar een centrale controlekamer worden gestuurd. Daar, de gegevens worden ingevoerd in een computer die fungeert als een digitale tweeling van de machine - een virtuele kopie die nauwkeurig de huidige bedrijfsstatus van de machine weergeeft op basis van realtime sensorgegevens en fysica-modellering. De digitale tweeling, het detecteren van een lichte wiebel in de spil, kan de bedrijfsparameters van zijn fysieke tegenhanger aanpassen om de wiebel te corrigeren. Of, als de wiebel niet kan worden gecorrigeerd, het kan waarschuwen voor een dreigende storing.

In de controlekamer zou dan een telefoniste worden getipt, en deze persoon kan dan een gestandaardiseerd antwoord geven. "De digitale tweeling zou dan een onderhoudswerkorder kunnen maken, bepalen of u de productie kunt omleiden zodat de levering niet wordt beïnvloed, het juiste onderhoudspersoneel vinden, en vertel ze waar ze heen moeten, " zegt Anikath Murali Das, een van de programmamanagers van ARTC. Dat onderhoudspersoneel kon de defecte machine snel herstellen of vervangen, begeleid, ofwel door een tablet met een aangepaste datafeed op de getroffen machine, of door een set augmented reality-brillen. Voor FMCG-bedrijven zoals Nestlé, door met ARTC aan technologieën als deze te werken, kunnen ze de uitvaltijd minimaliseren en de prestaties en kapitaalefficiëntie in hun fabrieken verbeteren.

Veel van deze ontwikkelingen klinken misschien een beetje als sciencefiction, maar alle noodzakelijke technologieën zijn in ontwikkeling bij ARTC. Bijvoorbeeld, ARTC bouwt augmented reality-mogelijkheden met behulp van Microsoft's HoloLens, een soort bril die beelden van de echte wereld combineert met digitaal verbeterde overlays. Hiernaast, ARTC-onderzoekers bouwen een reeks webgebaseerde applicaties die zwervende werknemers toegang geven tot dashboards met belangrijke gegevens op hun telefoons en tablets, evenals de middelen om indien nodig in te bellen op virtuele hulp. "Als een onderhouds- of reparatietaak buiten het bereik van een werknemer valt, [met behulp van onze tools] een collega ergens anders kan precies zien wat de werknemer die bij de machine staat, ziet en hen begeleiden bij wat ze moeten doen, " legt Das uit.

Om informatie naar deze applicaties te sturen, de groep onderzoekt actief hoe sensoren kunnen worden toegevoegd aan machines van industriële partners. "We hebben een machine in bruikleen van een bedrijf dat we zelf hebben gesensoriseerd, " zegt Das. "We hebben 43 sensoren geplaatst om naar trillingen te kijken, temperatuur, en akoestische emissies."

ARTC heeft ook een digital-twin van een co-bot ontwikkeld, een robot die is ontworpen om een ​​menselijke operator fysiek te helpen bij taken zoals het verplaatsen van hete of zware voorwerpen. Momenteel, informatie stroomt alleen van de fysieke co-bot naar zijn digitale kopie, maar Wong zegt dat de digitale tweeling van ARTC uiteindelijk bidirectioneel zal zijn, zodat de digitale versie de werking van zijn fysieke tweeling in realtime kan aanpassen, direct reageren op de informatie die het ontvangt.

Er zijn veiligheidsimplicaties van gegevens die uit slimme controlekamers stromen die rechtstreeks miljoenen dollars aan dure, precisieapparatuur waar ARTC zich mee bezighoudt. "De veiligheid van de gegevens is het enige waar iedereen zich zorgen over maakt, ", zegt Das. Naast de beveiligingsvragen die worden gesteld door het hebben van een gecentraliseerde controlekamer, zijn er algemene zorgen over het hebben van oneindig veel gegevens. Maar deze gegevens kunnen erg handig zijn bij het opsporen van oude fouten. wanneer bedrijven van hun klanten horen dat hun producten kwaliteitsproblemen hebben. Typisch, tegen de tijd dat een klant dit soort feedback geeft, het kan moeilijk zijn om vast te stellen wat het probleem zou kunnen hebben veroorzaakt. Dus, Das legt uit, de ARTC digital twin model factory wil alle relevante data behouden. "We kunnen teruggaan naar een bepaalde dag, kijk naar alle dashboards, inzoomen, diagnosticeren en het probleem oplossen." Maar bij het bedenken van deze systemen, Wong zegt dat het van vitaal belang is om je te concentreren op het ontwerpen van software-architectuur die zeer veilig is, evenals schaalbaar, betrouwbaar, en lag-vrij.

Machines zullen met machines praten

Op korte termijn, slimme fabrieksontwikkelingen bij ARTC zullen zich richten op het helpen van bestaand fabriekspersoneel. "Het doel is om mensen te helpen door gegevens te verzamelen en te verwerken, daaruit inzichten te creëren, " zegt Wong. "De controlekamer geeft informatie en voorspellingen, maar de mens moet de beslissing nemen." Uiteindelijk, Hoewel, Wong verwacht dat kunstmatige intelligentie (AI) een groter deel van de besluitvormingslast op zich zal nemen. "Naarmate de systemen intelligenter worden, we kunnen overstappen op volledige automatisering door AI. Dat kan mensen ontlasten om zich te concentreren op dingen die AI niet kan:relaties, problemen met de toeleveringsketen of klanten, en het aansturen van werknemers."

En data stromen niet alleen binnen individuele slimme fabrieken, Das zegt, maar ook tussen hen. "Machines zullen rechtstreeks met machines kunnen praten, " ze legt uit, en dat geldt ook voor machines die zich buiten de fabriek bevinden. Netwerkmachines werken samen om storingen te voorspellen, en om ze te beantwoorden. Bijvoorbeeld, "de machine in mijn fabriek zou kunnen zeggen dat een machine in een externe fabriek 'uitschakelt, Ik wil het deel dat je maakt niet', "zegt Das.

Geavanceerde digitale tweelingen worden op sommige van deze manieren al gebruikt bij NASA, die ruimtevaartuigen volgt met behulp van digitale tweelingen, en tot op zekere hoogte ook bij General Electric, die een digitale tweeling creëert van sommige van zijn windturbines en straalmotoren om hun prestaties te controleren en preventief onderhoud uit te voeren. Echter, er moeten nog veel meer op maat gemaakte versies worden gemaakt om deze technologie voor productie te benutten.

Helaas, bedrijven zijn soms terughoudend om de technologie alleen te testen omdat ze hun eigen faciliteiten niet wilden verstoren. Het is ook gewoon moeilijk zegt Wong, om experts in productie samen te brengen met het brede scala aan analytische wetenschappers die nuttige input kunnen leveren.

Daarom Wang, Das en hun collega's willen bedrijven de middelen bieden om proof of concept-testen te doen, so that they can make the case to extend their Industry 4.0 investments to their boards and shareholders. "There is so much potential, " Wong explains of the motivation for the project. "But there was no showcase or test data that proved that this new technology can really be used to optimize smart factories."

The model factory sandbox built by ARTC provides industry with the freedom to experiment and build, then to take back new technologies and best practices to their factory lines. In addition to FMCG companies like Nestlé, these collaborations have already attracted significant interest from aerospace and heavy industry corporations, onder andere. "We are bridging the gap between pure research and product development, " Das explains. As of today, 69 industries have joined ARTC in doing just that.

Industry 4.0 – Singapore's smart factory advantage

It is an era that is less than 10 years old, but Industry 4.0 ambitiously imagines a new kind of factory that merges the cyber world – with its rich information flows, data visualization, and artificial intelligence – and the physical world, with its spindles, machines and presses.

In January, a World Economic Forum analysis of 100 countries placed Singapore at the forefront of this changing landscape, listing it among the 25 countries best positioned to benefit from Industry 4.0. In hun bespreking its authors pointed to Singapore's strong competencies in research and development, economic complexity, and openness to trade as major factors.

Media analyses have noted a push by the Singapore government to bolster this enviable position, noting a carrot and stick approach with grants and levies being bestowed on manufacturers, and strong financial backing for a series of support systems that including A*STAR's two model factories initiatives. Singapore has also recently launched of the Singapore Smart Industry Readiness Index, a tool to help industrial companies measure their progress towards Industry 4.0 standards.

A*star's model factory initiative

A*STAR's Model Factory Initiative aims to bridge technological gaps so businesses can reinvent themselves through technology co-innovation and adoption. There are two locations – one in A*STAR's Advanced Remanufacturing and Technology Centre (ARTC) and the other in A*STAR's Singapore Institute of Manufacturing Technology (SIMTech). The two play complementary roles to demonstrate the efficacy of advanced manufacturing technologies and guide companies on different legs of their technology adoption journey.

Core technologies in development at ARTC include:

• Connected sensors inside machines;
• A central control room in which factory-wide information is collected and visually represented;
• Digital replicas or 'twins' of physical machines that can predict and control machine behavior;
• Software that can model and respond to production failures and delays;
• Mobile data displays and augmented reality technology to assist maintenance and repair staff.

Underlying all of these technologies is a scalable, secure and lag-free data architecture.