Ontwikkel 25 procent sneller met een digital twin

Tijdens de Digital Twin Conference vorige maand gaf Guido van Gageldonk van Unit040 een keynotepresentatie over de reële mogelijkheden van wat vroeger virtuele prototyping heette. ‘Digital twinning geeft systeemarchitecten de controle en het overzicht terug, zonder dat het huidige ontwikkelproces op de schop hoeft.’

Alexander Pil
27 november

Vroeger was systeemarchitectuur niet relevant. Systeemontwikkeling was slechts een mechanische uitdaging, waarbij nokkenassen de bewegingen in de machine dicteerden. Toen nam elektronica het over, gevolgd door software om de intelligentie nog verder te stimuleren. Plots konden we slimmere en complexere systemen bouwen.

Het nadeel was echter dat architecten in hun ontwikkelteams een zekere verzuiling zagen optreden: werktuigbouwkundigen versus elektronici versus softwareontwerpers. Een van de grootste obstakels was dat de laatste groep altijd pas aan het einde van het project aanschoof. Software-engineers konden toch niet beginnen met code kloppen voordat de basis van de machine daadwerkelijk was gebouwd. Hoewel de afgelopen jaren veel is verbeterd, is er ook nog veel te winnen.

Guido van Gageldonk: ‘Met een digital twin kun je complexe systemen bouwen die anders simpelweg buiten bereik zouden zijn.’

‘Het leven van systeemarchitecten kan zwaar zijn. De geavanceerde machines die ze willen bouwen, worden met de dag complexer. Zo complex zelfs dat het bijna onmogelijk is om overzicht te houden’, zegt Guido van Gageldonk, cto van Unit040 en eind oktober keynotespreker op de Digital Twin Conference. ‘Er zijn zo veel details die op een of andere manier met elkaar zijn verbonden dat ze hun grip op de vereisten verliezen. Tot overmaat van ramp hebben ze minder middelen voorhanden, zowel mensen als geld, en blijven hun bazen hard aan ze trekken om de kwaliteit van het eindproduct te verhogen.’

Een andere uitdaging is de wens van de architect voor een flexibele ontwerpstroom, met de korte iteratiecycli die ze op de softwareafdeling zien. ‘Zou het niet geweldig zijn om het hele systeem om de paar weken te zien groeien en verbeteren en die vooruitgang aan de klant te kunnen laten zien? Daarvoor hebben ze virtueel staal nodig om hun systeem te bouwen, met virtuele actuatoren en sensoren, en een virtueel platform om de software te testen. De architecten – en de rest van de industrie in hun kielzog – hebben hier steeds meer behoefte aan, maar de traditionele tooling blijft achter’, stelt Van Gageldonk.

Bloedgroepen mengen

De logische volgende stap in systeemontwikkeling – die gelijk antwoord biedt op de bovengenoemde uitdagingen – is digital twinning. ‘Iedereen heeft ongetwijfeld de overgehypete verhalen gehoord, die je gouden bergen beloven wanneer je de technologie gebruikt. Laat me dat gelijk wat afzwakken, want digital twinning is geen revolutie; het is slechts een evolutie van wat we vroeger virtuele prototyping noemden’, aldus Van Gageldonk.

‘Al jaren gebruiken bedrijven fem-analyse of computational fluid dynamics om hun ontwerpen te simuleren, maar dat gebeurde meestal op componentniveau. Dit is zeer nuttig, maar de echte uitdaging is om alle componenten te combineren en de complete machine te simuleren. Dat betekent het koppelen van de tools die elke ontwikkelpijler gebruikt, wat een echte Babylonische spraakverwarring kan opleveren.’

Een digital twin doorbreekt de muren tussen de verschillende afdelingen en ontgrendelt de mogelijkheid om alle bloedgroepen te mengen. ‘Prespective, onze realtime simulatietool, kan gebruikmaken van alle datamodellen en bronnen die de verschillende specialisten creëren’, vertelt Van Gageldonk, die gelijk toegeeft dat er ook andere digital twin-oplossingen op de markt zijn. ‘Prespective begrijpt cad-modellen die zijn getekend in bijvoorbeeld Autodesk, Dassault of Siemens-software. Het accepteert fysieke modellen gemaakt met tools zoals Comsol, Matlab of Wolfram. Je kunt zelfs de embedded software op de digital twin in Prespective draaien, omdat deze precies hetzelfde reageert als het echte systeem.’

Met een digital twin kunnen ontwerpers met verschillende achtergronden een gemeenschappelijk model maken, zodat ze gemakkelijk met elkaar kunnen communiceren. Zonder dat ze het hele ontwikkelproces op z’n kop hoeven zetten, hebben ze een virtueel product waaraan ze parallel kunnen werken zodat ze snel en goedkoop prototypes kunnen maken. ‘Daarbij kunnen ze het op hun eigen afdeling gebruiken om de aannames die ze in hun model hebben gedaan virtueel te verifiëren’, vult Van Gageldonk aan. ‘En als ze willen, kunnen ze al beginnen met de basisiteratie na de eerste ontwerpbrainstorm.’

Speedboten

Digital twin-tools zijn er in twee smaken. Grote bedrijven zoals Siemens en Dassault bieden oplossingen, maar deze hebben het potentiële gevaar van vendor lock-in. ‘Ze beweren open te zijn, maar deze tools werken niet erg goed met software van derden’, stelt Van Gageldonk. ‘Dit is bijzonder onpraktisch omdat de verschillende ontwikkelsilo’s over het algemeen niet met matchende tools werken.’

‘Grote bedrijven beweren open te zijn, maar die tools werken niet goed met software van derden’, stelt Van Gageldonk.

Naast de software van deze olietankers bestormen verschillende speedboten de markt. Kleinere, dedicated deelnemers passen zich sneller aan en zijn volledig open. ‘Klein betekent echter zeker niet zwak’, benadrukt Van Gageldonk. ‘Toen we onze reis zeven jaar geleden begonnen, stonden we voor het dilemma om zelf een engine te ontwikkelen of een sterke bestaande basis te gebruiken. Het was een no-brainer dat een gespecialiseerd ontwikkelteam van minstens honderd ingenieurs buiten onze mogelijkheden zou liggen. Daarom hebben we ervoor gekozen om ons Prespective-platform te bouwen op Unity3D – de grootste gaming-engine ter wereld. Dagelijks verbeteren, updaten en finetunen meer dan tweeduizend engineers deze engine. Zelfs Siemens kan niet zeggen dat het zo veel gespecialiseerde ontwikkelaars heeft.’

‘Ons digital twin-platform is echt open’, gaat hij verder. ‘Niet alleen accepteert het input van een breed scala aan bronnen, maar ingenieurs hebben ook toegang tot de engine. Door wijzigingen aan te brengen in Unity3D hebben ze meer opties de hindernissen te overwinnen die ze tegenkomen bij het oplossen van zeer complexe fysische problemen.’

Minder kosten

Van Gageldonk benadrukt het nogmaals: ‘Digital twinning hoeft je huidige proces niet te verstoren. Je hoeft het niet weer helemaal anders te doen. Het hele idee is juist om systeemarchitecten te helpen de controle en het overzicht terug te krijgen.’

Digital twinning is een nieuwe manier van prototyping. Het is een nieuwe laag boven op de bestaande modellen, waardoor je mogelijkheden worden uitgebreid. ‘Ik schat op basis van ervaringen dat je 25 procent sneller kunt ontwikkelen met realtime simulatiesoftware zoals Prespective’, claimt Van Gageldonk. ‘Met minder kosten, minder fouten, kleinere teams, minder fysieke prototypes en minder problemen na inbedrijfstelling. Door inzicht te geven in de requirements verbeter je de communicatie met je leveranciers en vooral met je klanten. Met een digital twin kun je complexe systemen bouwen die anders simpelweg buiten bereik zouden zijn.’