Digital Twin Deployment at the Department of Mechanical and Industrial Engineering - NTNU

Abstract

Digitale tvillinger er et raskt voksende felt, og det er flere og flere publikasjoner om emnet. Bedrifter bruker en økende mengde ressurser på implementeringen av digitale tvillinger. Spesielt områder innen overvåking av strukturell integritet og forutsigbart vedlikehold kan dra stor nytte av digital tvilling teknologi. Selskaper som Simens, Ansys og IBM jobber med digitale tvillinger, men disse løsningene er proprietære og kostbare. Til tross for denne kommersielle interessen er åpen kilde kode til digitale tvilling løsninger få og ikke godt egnet for applikasjonene ved avdeling for maskinteknikk og produksjon (MTP).

Det pågår et prosjekt på MTP for å utvikle en digital tvilling plattform for akademisk arbeid. Denne avhandlingen bygger på arbeidet som ble gjort i tidligere år og fokuserer på server siden av den digitale tvilling plattformen. Arbeidet gjort i tidligere år er analysert og forbedringsområder er identifisert. Arbeidet sammenlignes med definisjonen av en digital tvilling som er definert i denne oppgaven. Fra denne sammenlikningen blir funksjoner som kan legges til eller forbedres identifisert. Løsningene blir deretter videreutviklet før de evalueres på nytt. En digital tvilling instans blir valgt og deretter testet på plattformene.

Oppgaven omhandler evalueringen av digital tvilling plattformene på MTP samt utviklingen av en ny digital tvilling instans. To plattformer blir gjennomgått. Av disse bruker den ene Azure IoT Hub API og den andre er en eget stående løsning uten eksterne aktører. Oppgaven begrunner hvorfor utviklingen på plattformen som bruker Azure IoT Hub API ikke videreføres. Deretter legges det til toveiskommunikasjon til den interne løsningen og meldingsformatet endres før en ny digital tvilling instans blir testes på plattformen. Oppgaven avsluttes med et avsnitt om fremtidig arbeid på plattformen.

Digital twins is a fast-growing field and publications on the topic are increasing. Businesses are dedicating an increasing amount of resources to the implementation of digital twins. Especially fields such as structural integrity monitoring and predictive maintenance stand to benefit greatly from the digital twin technology. Several companies like Siemens, Ansys, and IBM are working on digital twins, but these solutions are proprietary and expensive. Despite this commercial interest, open-source digital twin solutions are few and not well suited to the applications at the department of mechanical engineering (MTP).

There is an ongoing project at MTP to develop a digital twin platform for academic work. This thesis builds on the work done in previous years and focuses on the backend of the digital twin platform. The work done in previous years has been analyzed and areas of improvement have been identified. The previous work is compared to the definition of a digital twin that is defined in this thesis. Features to add or improve are derived form this comparison. The solutions are then developed further before a digital twin instance is selected and deployed to the platforms.

The thesis reviews the deployment of a digital twin at MTP. Two platforms are reviewed, one utilizing the Azure digital twin API and one in-house solution. The thesis explains why development on the platform using Azure is not continued. Then Bidirectional communication is added to the in-house solution and the message format is changed before a new digital twin instance is deployed to the platform. The thesis concludes with a section on future work on the platform.