Een digital twin is niets anders dan een digitaal evenbeeld van het warehouse of een andere installatie. Dat evenbeeld kan levensecht op het origineel lijken, zodat gebruikers zich door de virtuele ruimte kunnen bewegen en zich daadwerkelijk in het warehouse wanen. Maar belangrijker nog dan een visuele gelijkenis is een gelijkenis op het gebied van gedrag.
Als de digital twin op dezelfde manier reageert op veranderingen in goederenstromen, fluctuaties in orderpatronen en interventies van mensen als het echte warehouse, kan dit digitale model gebruikt worden voor bijvoorbeeld simulaties. Wat gebeurt er als het aantal orders met twintig procent groeit? Wanneer ontstaan problemen als één van de kranen in het hoogbouwmagazijn uitvalt? De uitkomsten van simulaties kunnen worden gebruikt om in te grijpen en toekomstige problemen te voorkomen.
“Een digital twin is een realistische kopie van de fysieke installatie. Een kopie van de lay-out, maar ook van de processen en besturingssystemen. Dat betekent bijvoorbeeld dat de algoritmes uit het warehousemanagementsysteem (WMS) en de logica uit de programmable logical controllers (PLC’s) in de digital twin zijn opgenomen”, vertelt Tim Hoebeek, managing partner van Quinaptis.
Volume- en stresstesten
Quinaptis is een Belgische ICT-dienstverlener die gespecialiseerd is in optimalisatie, automatisering en digitalisering van warehouses die draaien op SAP-software. Samen met PLC-fabrikant Siemens en Thomas More Hogeschool in Geel ontwikkelde Quinaptis vorig jaar een digital twin van een miniatuurwarehouse. Daarin werkt het warehousemanagementsysteem SAP EWM samen met de PLC’s van Siemens.
“Met de digital twin zijn we erin geslaagd om fouten in de besturing van het miniatuurwarehouse sneller te ontdekken en te verhelpen. We konden fouten in scène zetten en daardoor proactief bugs in de software opsporen”, vertelt functioneel consultant Dieter Baert, die het project namens Quinaptis heeft begeleid.
Die mogelijkheid is er ook voor echte warehouses. Met een digital twin kan voor ingebruikname worden getest of alle kranen, liften, conveyors en andere machines en systemen functioneren zoals de bedoeling was. “Daarmee kunnen we doorlooptijd van automatiseringsprojecten aanzienlijk verkorten. Volumetesten en stresstesten zijn in een digital twin een stuk gemakkelijker te organiseren dan in een echt warehouse. Ook kunnen we in een digital twin incidenten creëren zonder goederen of systemen daadwerkelijk te beschadigen”, legt Hoebeek uit.
In een digital twin kunnen bijvoorbeeld de ontwerpspecificaties van de palletstellingen worden vastgelegd, zoals het maximale gewicht per ligger. Normaal gesproken zorgen de inslagregels in het WMS ervoor dat het maximale gewicht niet wordt overschreden. Als de digitale reachtruckchauffeur, aangestuurd door het WMS, per ongeluk toch een te zware pallet op een ligger legt, zal de digitale ligger het begeven en zien de mensen tijdens het testen daadwerkelijk pallets vallen. “Op die manier kunnen we testen of de juiste inslagregels in het WMS staan. In het echte warehouse zouden we een dergelijk scenario natuurlijk nooit kunnen testen”, aldus Hoebeek.
Blinde vlekken
Behalve Quinaptis onderzoekt ook Hardis Group de mogelijkheden van digital twins. De leverancier van Reflex WMS – het systeem dat onder meer wordt gebruikt door Bol.com – doet dat in het innovatielab, waar ook technologieën zoals internet of things, artificial intelligence en blockchain worden onderzocht. “Een digital twin weerspiegelt de fysieke staat en het gedrag van het fysieke object en kunnen we gebruiken voor visualisatie, analyse en simulatie”, verklaart Ariel Maor, senior product owner.
Omdat een digital twin afzonderlijke machines, systemen en processen met elkaar verbindt, ontstaan nieuwe inzichten die bestaande data uit bijvoorbeeld een WMS niet kunnen bieden. ‘Blinde vlekken’ worden opeens zichtbaar, bijvoorbeeld door data van andere apparaten of sensoren te gebruiken. “Neem bijvoorbeeld bewakingscamera’s. In veel warehouses hangen ze al bij de docks, alleen worden ze nog niet gebruikt voor logistieke doeleinden”, vertelt Maor.
In de eerste digital twin van Hardis Group, ontwikkeld in samenwerking met Schneider Electric, spelen bewakingscamera’s een belangrijke rol. “Schneider Electric had in een warehouse een probleem bij goederenontvangst. Een van de docks was bestemd voor spoedleveringen. Binnenkomende pallets moesten binnen twee uur zijn afgevoerd, maar dat was manueel lastig te managen. Dan had iemand van elke pallet het tijdstip van binnenkomst moeten noteren en voortdurend checken of de twee uur nog niet verstreken zijn. Daarom hebben wij de beelden van de bewakingscamera’s gebruikt om te registreren welke pallets op welk moment binnenkwamen. Op grote schermen in het warehouse konden de medewerkers zien welke pallets te lang bleven staan.”
Preventief onderhoud
Een digital twin kan niet alleen worden gebruikt om problemen te signaleren, maar ook om processen te optimaliseren. Baert noemt het voorbeeld een volautomatisch palletmagazijn met twee gangen en twee palletkranen. Als één van beide kranen in storing schiet, zijn de artikelen in die gang niet bereikbaar. Dat kan betekenen dat een groot deel van de orders niet kan worden uitgeleverd. “Met simulatie kunnen we onderzoeken hoe we de artikelen over de twee gangen moeten verdelen om de kans daarop te minimaliseren. Ook kunnen we de digital twin inzetten om te ontdekken met welke procedure de kraan na het verhelpen van de storing zo snel mogelijk weer productief is”, legt Baert uit.
Het is zelfs mogelijk om storingen in de installatie te voorspellen. Daarvoor zijn behalve de data over de goederenbewegingen ook data over de toestand van de kranen, liften, conveyors en andere machines nodig. Denk aan data over het stroomverbruik en de motortemperatuur, maar bijvoorbeeld ook data van sensoren die trillingen in de masten van kranen meten. Als de motortemperatuur stijgt en het aantal trillingen toeneemt, kan dat een aanwijzing zijn dat de kraan een onderhoudsbeurt nodig heeft. Op basis van historische data kan dat worden geverifieerd. Als op deze manier storingen kunnen worden voorspeld, zijn ze eenvoudig te voorkomen door preventief een onderhoudsbeurt in te plannen. Predictive maintenance noemt Hoebeek dat. “En als een machine toch stilvalt, kunnen we diezelfde data analyseren om de oorzaak te achterhalen. We kunnen met de digital twin controleren of we daadwerkelijk de oorzaak hebben gevonden zonder in het echte warehouse een nieuwe stilstand te triggeren.”
Realtime data
Een andere toepassing betreft de monitoring van processen en systemen. Als de digital twin voortdurend wordt gevoed door real-time data, kunnen managers en supervisors op hun scherm zien hoe de actuele operatie verloopt. Artificial intelligence (kunstmatige intelligentie) helpt om de real-time data razendsnel te analyseren en afwijkingen te detecteren. Als bijvoorbeeld blijkt dat een afdeling achterloopt, kan de supervisor besluiten om extra mensen in te zetten.
Extra mogelijkheden ontstaan als de digital twin onderdeel is van een volledig gedigitaliseerde supply chain. Dan kunnen bijvoorbeeld de gevolgen van een vertraagde levering voor de operatie in het warehouse real-time in kaart worden gebracht. Kan het kwaad als die vrachtauto een uur later komt? Of is het handiger om andere taken dan naar voren te halen? “Of neem het voorbeeld het verzenden van pallets met zowel zware als lichte dozen. Als de lichten dozen onderop belanden, kunnen die bezwijken onder het gewicht van de zware dozen. Een digital twin kan een alert versturen als op basis van beeldherkenning blijkt dat de zware dozen onverhoopt toch bovenop belanden. Daarmee kan een claim worden voorkomen”, stelt Maor, die adviseert om verder te kijken dan de vier muren van het warehouse. “De toepassing van een digital twin wordt zoveel interessanter als we kijken naar de hele supply chain in plaats van alleen het warehouse.”
Dronebeelden
Hardis Group maakt bij het bouwen van een digital twin gebruik van Vision Insights, een eigen platform met functionaliteit op het gebied van beeldherkenning en machine learning. De technologie van het internet of things wordt gebruikt om de digital twin te verrijken met data van sensoren, kranen, conveyors en robots of bijvoorbeeld van de RFID-tags in kunststof kratten. Ook externe data over bijvoorbeeld weer of verkeer kunnen worden toegevoegd. Maor: “Daarnaast gebruiken we al drones voor het inventariseren van de voorraad in de stellingen. De beelden van die drones kunnen we ook toevoegen aan de digital twin en vervolgens analyseren. Op die manier kunnen we bijvoorbeeld beschadigde dozen of inzakkende pallets detecteren. Of informatie over verschillende palletformaten toevoegen.”
Hardis Group adviseert om vooraf goed na te denken over het probleem dat een digital twin moet oplossen. Wat is de scope van de digital twin? Moet het hele warehouse digitaal worden afgebeeld? Of alleen een bepaald gebied of proces? Vervolgens komt de functie van de digital twin aan bod. Een digital twin kan alle data analyseren, maar wat is noodzakelijk? Tenslotte moet een digital twin zowel technologisch als economisch levensvatbaar zijn. “Als het bijvoorbeeld nodig is om extra data te verzamelen door alle ladingdragers te voorzien van een dure sensor, wordt het al snel te kostbaar. Maar als de oplossing minder kost dan de schade die het probleem oplevert, staat niets in de weg om een digital twin te bouwen.”
Interessant verdienmodel
Quinaptis heeft inmiddels voor twee klanten een digital twin van hun warehouse gebruikt. Was die inspanning lonend? “Het modelleren van het warehouse vergt de nodige tijd. Daarvoor zijn gedetailleerde CAD-tekeningen van het warehouse en de systemen nodig. In de toekomst zal het modelleren steeds minder tijd vergen als de bibliotheken met digitale objecten groeien”, legt Hoebeek uit. “Of die inspanning loont, hangt af van de toepassing. Voor een bestaand warehouse van beperkte omvang is het opstellen van een digital twin waarschijnlijk niet zinvol. Maar bij nieuwbouw kan het bouwen van een digital twin alleen voor de implementatie van systemen al lonend zijn. Als de digital twin dan daarna ook nog wordt gebruik voor predictive maintenance, wordt het verdienmodel alleen nog maar interessanter.”
Maor wil het platform Vision Insights op termijn als een dienst (software as a service) aan klanten ter beschikking stellen. Die kunnen dan zelf eenvoudige oplossingen configureren door bijvoorbeeld de beelden van hun bewakingscamera’s te ontsluiten. “Dan komt de digital twin-technologie ook binnen bereik van kleinere bedrijven.”
