| dc.description.abstract | Digital tvilling-teknologi er forventet å oppleve kraftig vekst. Mye av trekkraften springer
ut i den fjerde industrielle revolusjonen ved cyber fysiske systemer som slår bro mellom
den fysiske og virtuelle verden. En bro som vil revolusjonere vedlikehold og produktutvikling.
Definisjonen av en digital tvilling er brukt på tvers av plattformer som prosesser,
produkter og tjenester. I strukturell mekanikk er definisjonen begrenset til en virtuell
gjengivelse av en fysisk struktur med identisk strukturell adferd.
Denne masteroppgaven presenterer en «ende til ende» digital tvilling-løsning. Implementerte
løsninger med tilhørende metode og teori er beskrevet i detalj. Instrumentering,
modellering, system-kobling, sanntidssimulering, skybasert overvåkingssystem og
restlevetid estimeringer er inkludert. Den digitale tvillingen referert til i denne oppgaven
er et system av en kran og en flåte. Kranen befinner seg på det marintekniske senteret ved
NTNU, Trondheim. Den fysiske flåten ble aldri realisert i løpet av oppgaven. Fokuset
er på den anvendte inversmetoden og den foreslåtte co-simuleringsimplementeringen. En
inversmetode i strukturell dynamikk er metoden for å identifisere laster basert på målte
responser på et fysisk system. En inversmetode basert på elementmetoden ble anvendt. En
co-simulering er en transient simulering av koblete subsystemer. Uavhengige dynamiske
simuleringssubsystemer fra Fedem Technology ble sammenkoblet gjennom Functional
Mock-up Interface (FMI), en verktøyuavhengig standard for modellutveksling mellom
plattformer. Siden den fysiske flåten aldri realiserte seg i løpet av oppgaven er konseptene
og løsningene for co-simulering beskrevet testet og validert kun i virtuelle omgivelser.
Strekklapper ble brukt til å måle responser til bruk i inversmetoden. Resultatene viste at
nøyaktigheten på metoden var høyst avhengig av mengden elektrisk støy på det fysiske
oppsettet. Likevel, dersom støynivåene var lave nok, er inversmetoden med sine quasistatiske
antagelser konkludert som velformulert for tilfellet ved en digital tvilling av en
kran alene. Co-simuleringen testet i de støyfrie virtuelle omgivelsene viste lovende resultater.
De identifiserte lastene, samt resulterende tøyninger var tilfredsstillende nøyaktige.
Videre testing i fysiske omgivelser er avgjørende for videre validering. Resultater er imidlertid
lovende, og et sterkt grunnlag for videre utvikling av en sanntids digital tvilling
med co-simulering har blitt lagt. | |
| dc.description.abstract | Digital twin technology is forecasted to experience substantial growth. Much of the traction
originates from the fourth industrial revolution of cyber-physical systems, bridging
the gap between the physical and virtual worlds, a bridge that will revolutionize maintenance
and product development. The definition of a digital twin is used across various
disciplines such as processes, products and services. In structural mechanics, however, the
definition is limited to the generation of a virtual replication of a physical structure with
identical structural behavior.
This master thesis presents an end to end digital twin solution. Implemented solutions
with accompanying methods and theories are described in detail. Instrumentation, inverse
method, modeling, subsystem coupling, real-time simulation, cloud-based monitoring
system (CBMS) and remaining useful life estimations are considered. The digital twin
referred to in this thesis is a system of a barge and a crane. The crane is located at the center
of Marine Technology at Tyholt, Trondheim. The physical barge was never realized during
the thesis. Focus is given to the applied inverse method and the proposed co-simulation
implementation.
An inverse method in structural dynamics is the identification of loads based on measured
responses on a physical system. An inverse method based on finite element beam theory
was applied. A co-simulation is a transient simulation of coupled subsystems. Independent
dynamic simulation subsystems powered by Fedem technology were coupled through
the use of the Functional Mock-up Interface (FMI), a tool-independent standard created
for cross-platform model exchange. As the physical barge was never realized in the thesis,
the concepts and proposed solutions for co-simulation are described, tested and validated
in a virtual environment only.
Strain gauges were used to measure the responses used in the inverse method. Results
show that the accuracy of the method is highly dependent on the electrical noise in the
physical setup. However, for the case of satisfactory noise levels, the inverse method with
its quasi-static assumption is assumed to be well formulated for the standalone crane digital
twin. The co-simulation tested in the noise-free virtual environment showed promising
results. The identified loads, as well as resulting strains, were satisfactory accurate. Further
testing in a real-life application will be essential for further validation. Results are
however promising, and a strong foundation for further development of a real-time structural
digital twin co-simulation has been laid. | |
