Van digitaal model tot volledige Digital Twin: de toekomst van simulatietools

Hoewel de term ‘Digital Twin’ momenteel een trendwoord lijkt te zijn en de betekenis ervan soms vertroebeld is, verwijst het over het algemeen naar een digitale representatie van een fysiek proces of systeem inclusief de daarbij horende technische data. In de voedingsmiddelenindustrie betreft dit vaak een digitale weergave van een fabriek, proces of logistieke beweging. Ondanks de uiteenlopende interpretaties heeft de aandacht voor deze term ook voordelen. Door de aandacht wordt het concept, zoals doorgaans omschreven, steeds belangrijker. De opkomst van Artificial Intelligence en de groeiende behoefte om het ontwerpen van processen en productielocaties duurzamer en efficiënter aan te pakken, dragen daar ook aan bij.

Digitale tools voor masterplanning, operationeel beheer, logistiek en supply chain-optimalisatie evolueren snel. NIRAS, een onafhankelijk engineeringsbureau gevestigd in Nederland met eveneens kantoren in landen als Denemarken, het Verenigd Koninkrijk, Ierland, Polen, Zuid-Afrika en Australië, staat midden in deze ontwikkelingen. Wat NIRAS onderscheidt, is niet alleen het vermogen om simulatiemodellen te creëren, maar ook de aanwezige expertise om hiervoor cruciale gegevens te verzamelen, het detailniveau te identificeren en relevante scenario’s te ontwikkelen. Wat het bedrijf echt uniek maakt, is de mogelijkheid om deze resultaten later om te zetten in concrete stappen zoals engineering, projectmanagement, aanbestedingen en andere vervolgstappen, bij het realiseren of optimaliseren van processen en fabrieken.

NIRAS Nederland is al decennia actief binnen de voedingsmiddelenindustrie. Binnen het bedrijf zijn process en packaging engineering, inclusief bijbehorend projectmanagement, stevig verankerd. Naast deze specialismen biedt NIRAS ook diensten op het gebied van digital design, bouwkunde en energiemanagement aan. Wat het bedrijf kenmerkt, is de diepgaande (voedings-)technologische kennis en aandacht voor hygiënisch ontwerp en duurzaamheid.

Momenteel wordt er in de praktijk nog niet volledig gebruikgemaakt van wat NIRAS beschouwt als een Digital Twin. Wat vaak als een Digital Twin wordt aangeduid, blijkt in feite vaker een simulatiemodel te zijn dat eerder als een Digital Model kan worden geclassificeerd. Beide, een Digital Twin en een Digital Model, zijn digitale representaties van fysieke processen of systemen, ontworpen om begrip en modellering mogelijk te maken. Het onderscheid tussen de twee zit ‘m in de mate van complexiteit. Een Digital Twin onderscheidt zich als de meest geavanceerde van de twee, omdat deze in verbinding staat met de echte wereld en realtime data kan uitwisselen met het digitale model en de real life processen. Een Digital Model is iets minder geavanceerd doordat data-uitwisseling plaatsvindt door middel van menselijke invoer en analyses, en dus niet automatisch. Niettemin biedt een Digital Model evenzeer mogelijkheden voor visualisatie, toetsing en analyse van scenario’s, wat het waardevol maakt voor het verkrijgen van inzichten die kunnen worden toegepast voor real life voorspellingen en optimalisatie.

Simulaties, digitale modellen, spelen een cruciale rol bij het beoordelen van de impact van onzekere factoren, het verbeteren van KPI’s, het identificeren van problemen en het verminderen van onnodige marges in de engineering. De inzet van een dergelijke simulatie maakt het ontwerpproces kostenefficiënt, minder risicovol en beter te begrijpen, wat de nauwkeurigheid van daadwerkelijk doorgevoerde wijzigingen verbetert.

Binnen een capaciteitsproject heeft NIRAS simulatiesoftware ingezet om diverse concepten van een nieuwe sorteerlijn te evalueren. “De simulaties boden waardevolle inzichten in de prestaties van het ontworpen systeem, waardoor we aanpassingen konden maken in zowel de besturingsfilosofie, als in de lay-out van de nieuwe lijn. Deze virtuele aanpak bleek cruciaal om potentiële uitdagingen te identificeren en op te lossen alvorens de fysieke implementatie.”

Zowel bestaande als nieuwe productie-installaties en logistieke systemen kunnen gesimuleerd worden. Simulatiemodellen kunnen continu worden aangevuld met gegevens, waardoor voortdurende optimalisaties, nieuwe planningen en aanpassingen gemakkelijk kunnen worden getoetst.

Simulaties bieden helderheid bij het kiezen van verschillende apparatuur doordat zij de effecten van diverse parameters op een proces- of verpakkingslijn, evenals logistieke bewegingen, kunnen testen. Dit stelt ons in staat om te observeren hoe systemen zich gedragen.Het gebruik van simulaties resulteert in verkorte opstarttijden en vermindert de noodzaak voor uitgebreide fysieke testen of kostbare aanpassingen zodra de installatie eenmaal is opgezet. 

Het huidige aandachtsgebied binnen productieprocessen is efficiënt gebruik van energie. Simulatiemodellen bieden de mogelijkheid om energieverbruikers in kaart en onderling met elkaar in verband te brengen. Door rekening te houden met diverse factoren en door deze parameters te toetsen, is het mogelijk om het meest energie-efficiënte proces te ontwerpen. Dit kan aanzienlijke besparingen opleveren als het gaat om uitstoot, maar zeker ook om kosten.

In vergelijking met conventionele scenario-beoordelingsmethoden en calculaties onderscheiden simulaties zich door een grondig inzicht in de situatie te bieden. Op dit moment richten de simulaties van NIRAS zich voornamelijk op specifieke aspecten van processen in de voedings- en drankindustrie, life sciences en logistieke sectoren. Er wordt gekeken naar de mogelijkheid om daadwerkelijk te bewegen naar het Digital Twin principe waarbij data-uitwisseling de toevoeging zal zijn. Vooral in sterk geautomatiseerde omgevingen profiteert NIRAS van de overvloed aan beschikbare gegevens, waarbij een simulatie kan controleren of een installatie haar potentieel volledig benut of nog onbenutte kansen biedt. De beschikbaarheid van deze data wordt door AI, automatisering en de connectiviteit van apparatuur steeds groter en kwalitatief beter.

In het kader van een project om warmte terug te winnen heeft het gebruik van simulaties significante resultaten opgeleverd. De uitdaging lag in het optimaliseren van het gebruik van warmte en koude stromen, met aandacht voor seizoenen en temperaturen. Een simulatie maakte het mogelijk een maximaal rendement te realiseren, overschotten aan warmte en koude stromen strategisch in te zetten en kritieke processtappen te herzien. Deze resultaten omvatten niet alleen verbeteringen in operationele efficiëntie en kostenbesparingen, maar ook het verstrekken van overtuigend bewijs voor de waarde van simulatie in de vroege stadia van complexe projecten.