Digital Twins concepten

Digital Twins zijn een nieuw concept in de modellering van de fysieke werkelijkheid. Een digital twin is de combinatie en interactie van een fysiek systeem (zoals een autofabriek), een virtuele representatie van dit systeem (vaak een computermodel) en de gegevensuitwisseling tussen deze twee. De digital twin wordt gevoed met continue datastromen vanuit het fysieke systeem, zodat een accurate en actuele, virtuele representatie van het systeem ontstaat. Deze digitale kopie communiceert op haar beurt weer met het fysieke systeem om zo controle uit te oefenen en het systeem naar een gewenste toestand te sturen, zoveel mogelijk zonder tussenkomst van de mens.

Ook kan een digital twin virtueel verschillende scenario’s analyseren, zodat men weet wat te doen indien deze scenario’s optreden in het fysieke systeem. Het verschil met een traditioneel model is dus de stroom van gegevens van de virtuele twin naar het fysieke object en de geautomatiseerde besluitvorming die daarmee gepaard gaat. 

Oud concept, bredere toepassing

Het concept digital twin heeft de laatste jaren snel aan terrein heeft gewonnen. Eigenlijk bestaat het al decennia, maar door recente ontwikkelingen op het vlak van dataopslag, sensoren en dataverwerking is het in een stroomversnelling gekomen.

Waar digital twins hun oorsprong hebben in de hoogwaardige productie en testen van producten, zoals lucht- en ruimtevaart en autotechniek, wordt het idee steeds meer toegepast in andere werkvelden. Voorbeelden zijn ‘the Internet of Things’ (denk aan de slimme thermostaat) en supply chain management, zoals geautomatiseerde goederenoverslag in havens.

Ook in het waterbeheer worden steeds meer digital twins ontwikkeld. Waar dit begon in de goed gecontroleerde en bemeten omgeving van waterzuiveringsinstallaties, wordt het nu ook toegepast in de uitdagende buitenomgeving. Onze thema’s waterkwaliteit en droogte zijn hier voorbeelden van.

‘Towards a Digital Twin’

Digital twin is een buzzwoord. Veel ontwikkelingen rondom het gebruik van real time data, modelleren en simulaties worden zo aangeduid.

Een voorbeeld zijn 3D-modellen van fysieke omgevingen waar geen daadwerkelijk rekenmodel met terugkoppeling van informatie en besluitvorming naar de fysieke omgeving plaatsvindt zonder tussenkomst van de mens. Een ander voorbeeld zien wij in ons eigen project, bijvoorbeeld op het onderwerp waterkwaliteit. In dit domein is slechts beperkte data beschikbaar met relatief grote meetonzekerheden.

Het is moeilijk om processen die zich afspelen tussen input van bijvoorbeeld nitraat en kwaliteit van het water verderop, voldoende betrouwbaar te simuleren. Hierdoor is het nemen van besluiten over ingrepen zonder tussenkomst van de mens riskant. Desondanks worden hiervoor digital twins ontwikkeld, want het heeft ook nut. Door haalbare ontwikkelstappen in de richting van een pure digital twin worden concrete, nuttige en leerzame stappen genomen op het vlak van digitalisering. Wij spreken dus liever over ‘towards a digital twin’.

Maturity levels

Om de opzet van een digital twin van verschillende niveaus te ondersteunen heeft Wageningen University & Research een maturity levels-systeem’ ontwikkeld. Dit helpt bij het bepalen van de stappen om tot een digital twin van een haalbaar en wenselijk niveau te komen. Dit heeft onder andere betrekking op het automatiseren van bepaalde werkprocessen en besluitvorming. Het maturity levels-systeem zie je in dit figuur. Het geeft in grote lijnen weer welke handelingen door een mens (groen) of computer (blauw) worden genomen, op verschillende maturity levels.

Andere digital twins in waterbeheer zijn een samenwerking: Aquaconnect, nDTFL-samenwerking, WUR flagships.