Digitala tvillingar säkrar kvalitet och sänker kostnader

​Ingen kan ha undgått den digitaliseringvåg som pågår just nu, där förväntningarna är stora på en effektiviserad industri med hjälp av stora mängder data och analys. Även användningen av simuleringar har ökat drastiskt de senaste 20 åren. Modellerna har blivit mer noggranna, algoritmerna snabbare och datorerna kraftfullare.
Professor Rikard Söderberg-    Vi har haft stort fokus på simulering och optimering under många år och är naturligtvis mycket glada för Vinnovas finansieringen av projektet ”Digital tvilling för geometrisäkrad produktion”. Den gör det möjligt att öka användningen av realtids.simulering för att spegla och styra processer, s k digitala tvillingar, säger Rikard Söderberg, professor i produkt- och produktionsutveckling och fortsätter:
-    Vi hoppas även kunna använda metoden i tidiga utvecklingsskeden för att simulera och visualisera effekten av geometrisk variation.

En digital tvilling är en uppkopplad virtuell kopia av en verklig produkt eller process. Den kan ha olika syften och matas därför med olika realtidsdata. De digitala tvillingarna kopplas trådlöst upp till databaser samt fysisk utrustning och förutspås bli vanliga i framtidens produktionssystem.
Stora datamängder kräver snabbare algoritmer
Samtidigt har utvecklingen av simuleringsmodeller för geometrisäkring pågått under många år och gått från enklare simulering där detaljer antagits stela, till mer avancerade finita element (FEM)-baserade simuleringar.

-    De senaste årens arbete har syftat till att i framtiden kunna köra simuleringsmodeller för icke-stel geometrisäkring som digitala tvillingar. Det innebär att en möjlighet att styra både produktionsprocess som produktutveckling på ett mer effektivt sätt, säger professor Söderberg.
 
Men för att fullt ut kunna utnyttja simuleringsmodellerna för geometrisäkring som digitala tvillingar - både i produktion och i tidiga utvecklingsfaser – är det nödvändigt att de vidareutvecklas. Projektet är därför indelat i tre delar:
 
I första delprojektet fokuserar man på att hitta bättre materialmodeller och snabbare algoritmer för användning i realtid. Det innebär en förfining av den digitala tvillingen för att kunna hantera mer avancerade materialegenskaper som multimateriallösningar, dvs lösningar där olika material används i samma delsammansättning eller komponent. Restspänningar, beroende på t ex svetsning av detaljer, inverkar också på geometrisk avvikelse samt variation och måste därför inkluderas i simuleringarna.
-    Det innebär att det blir komplexa och krävande beräkningar. Vi behöver därför utveckla snabbare algoritmer för realtidsanvändning, säger Söderberg.
Visualisering underlättar beslutsstöd
För att använda den digitala tvillingen som beslutsstöd, behöver man visualisera variationen på ett så realistiskt sätt som möjligt. I den andra delen av projektet kompletterar man därför simuleringsmodellerna med Raytracing, 3D-scanning/punktmoln och digitala miljöer.
Raytracing innebär ökad realism vid visualisering av tillverkningsvariation och kan användas för stötta beslutsfattandet i tidiga utvecklingsfaser. Scanning resulterar i punktmoln och används idag för att mäta och verifiera komponenter och produkter med stor noggrannhet. Punktmoln kan användas för att jämföra variation i en batch detaljer, men metoden kräver också snabbare och mer effektiva algoritmer på grund av den stora datamängden.
Slutligen vill man komplettera med modeller för digital miljö som visualiserar tillverkningsvariationens inverkan på upplevd kvalitet.
-    Att effektivt visualisera geometrisk variation kräver ofta att modeller, vyer och data sätts samman till scenarios som sedan utvärderas. Om vi lyckas att automatiskt generera de modellerna skulle vi effektivisera geometrisäkringsprocessen avsevärt. Här har vi stor nytta av den forskning om visuell utvärdering som institutionen bedriver inom Percieved Quality, säger Rikard Söderberg.
 
I det tredje och avslutande delprojektet planeras en förstudie av ett digitalt informationsflöde, en så kallad ”Digital Thread”, för hur framtidens digitala geometrisäkringsprocess skulle kunna se ut.
Industriellt samarbete och avancerad matematik
DigiGeo-projektet, som startade i början av året, sträcker sig över två år och samlar akademiker, forskningscentrum och industri.
 
-    Vi genomför det här projektet i samarbete med Fraunhofer Chalmers Centre som den kompetens inom industriell matematik som krävs avancerade beräkningar och utveckling av algoritmer, säger Söderberg och fortsätter:
-    Projektet skulle inte heller vara möjligt utan samarbete med industripartners som Volvo Cars, IKEA, GKN, VA Automotive och RD&T Technology.

Text: Carina Schultz
Foto: Shutterstock (stor bild) och Ann-Lena Lundqvist
 
Projektledare: Professor Rikard Söderberg, Institutionen för industri- och materialvetenskap
Projekttid: 2018-2019

Publicerad: må 21 maj 2018. Ändrad: on 22 aug 2018