“15 jaar geleden kon - gechargeerd gezegd - iedereen een auto ontwikkelen, met een mooi ontwerp, aandrijflijn en andere onderdelen”, zegt Giacomo Margiotta-Mills, Transportation & Mobility Industry Director for Northern Europe bij Dassault Systemes. “Tegenwoordig is dat heel anders. We kijken als consumenten steeds meer naar mobiliteit, terwijl auto's aan veel meer technische en wettelijke eisen moeten voldoen. Bovendien veranderen de wettelijke eisen steeds sneller. Als gevolg daarvan moet de auto-industrie heel anders gaan werken waarbij virtual twins van producten en processen een absolute hoofdrol spelen.”
De auto-industrie is bezig met een digitale revolutie van ongekende omvang, stelt Margiotta-Mills. Hierbij spelen technologieën als virtual twins een cruciale rol. Deze digitale replica’s bieden autofabrikanten namelijk een allesomvattend systeem om de innovatie te versnellen, complexiteit te beheersen en processen te optimaliseren. Virtual twins hebben hierbij niet alleen betrekking op producten of bijvoorbeeld componenten, maar ook op bedrijfsprocessen en de hele supply chain. Door voertuigen en hun componenten modulair te ontwikkelen, supply chains digitaal te beheren en de volledige levenscyclus van een voertuig – van R&D tot feitelijk gebruik – te simuleren en te verbeteren, transformeren virtual twins de manier waarop auto’s worden bedacht, gebouwd en gebruikt.
Zeker nu voertuigen meer en meer elektrisch, autonoom en verbonden worden, is de snelheid waarmee bedrijven innoveren steeds belangrijker geworden. Een traditionele autofabrikant lukt dat vaak niet of nauwelijks. Een belangrijke reden daarvoor is dat de teams die betrokken zijn bij de ontwerp-, bouw- en gebruiksfase vaak in afzonderlijke silo’s werken. Al die teams moeten juist digitaal met elkaar geïntegreerd worden, waarbij iedereen op een en hetzelfde model van een component, module of zelfs het complete voertuig werkt. Virtual twins bieden de auto-industrie deze mogelijkheid. “Alleen als iedereen met één ‘single source of truth’ werkt is men in staat om wendbaar en responsief te blijven in een snel veranderende markt”, vertelt Margiotta-Mills.
Modulair ontwikkelen
De veranderende markt was voor Volvo Cars de reden om het gebruik van Dassault Systèmes’ 3DEXPERIENCE-platform drastisch uit te breiden. Hierbij groeit men door het gebruik van verschillende softwareapplicaties voor bijvoorbeeld het ontwerpen van mechanische componenten, elektrische bedrading en dergelijke naar één geïntegreerd virtueel model van een voertuig. Daarbij kijkt men dus niet zozeer meer naar individuele componenten maar veel meer naar het ‘system of systems’, zoals Margiotta-Mills het noemt. Daarmee bedoelt hij dat iedere component als een virtueel model beschikbaar is en dat al deze virtuele modellen samen weer een overkoepelend maar volledig geïntegreerd virtueel model van subsystemen en uiteindelijk het volledige voertuig vormen. En daar blijft het niet bij, meent Margiotta-Mills. “In de industrie is het werken met virtual twins steeds meer opgang aan het vinden. Maar vaak kijkt men dan nog voornamelijk naar de techniek. Wat ik zelf heel spannend vind is als we een bedrijf tegenkomen die dit nog veel verder doortrekt. Bijvoorbeeld naar de gebruiksfase van het voertuig waarbij sensoren gebruiksdata naar het virtuele model sturen.”
Nog veel mooier is het als een bedrijf ook het sales & marketing-proces via virtual twins aanpakt, vindt hij. ”De virtual twin is een digitaal model van het voertuig. Dat model kun je ook uitstekend gebruiken voor bijvoorbeeld het creëren van marketingmateriaal. Denk aan die fraaie 3D-modellen die je soms in reclames van auto’s tegenkomt.”
Of wat te denken van een product configurator waarmee de klant een auto op basis van allerlei opties samenstelt en dit in de vorm van een 3D-model online gevisualiseerd wordt. Dezelfde virtual twin die tijdens engineering en bijvoorbeeld compliance werd gebruikt, kan ook worden ingezet voor dit soort toepassingen. De innovatiesnelheid kan hiermee enorm omhoog omdat veel activiteiten dan parallel in plaats van sequentieel kunnen worden aangepakt. “Bovendien”, zo stelt Margiotta-Mills, “als een reclamebureau niet langer zelf een 3D-model van de auto hoeft te maken voor een coole animatie, scheelt dat natuurlijk ook flink in de kosten.”
Wat Margiotta-Mills bij fabrikanten als Volvo Cars ziet is de opkomst van modulair ontwikkelen. Volvo spreekt hierbij van een modulaire architectuur die zij ‘Superset Tech Stack’ noemen. Andere fabrikanten gebruiken weer andere termen. De belangrijkste winst voor autofabrikanten - en daar is de auto-industrie natuurlijk niet uniek in; hetzelfde geldt voor veel andere branches binnen de industrie - is dat zij voertuigen niet langer als één geïntegreerd systeem behoeven te ontwerpen. In plaats daarvan kunnen afzonderlijke modules worden ontworpen, zoals de elektrische aandrijflijn, batterijmanagementsystemen, autonome rijtechnologieën en infotainmentsystemen, die ieder als een digitale tweeling worden gemodelleerd en getest. Door duidelijke interfaces te creëren kunnen deze modules op tal van manieren met elkaar worden samengebouwd, zonder dat iedere keer het spreekwoordelijke wiel moet worden uitgevonden.
Elke module wordt in detail ontworpen, gesimuleerd en geoptimaliseerd, met als resultaat dat nieuwe technologieën eenvoudiger kunnen worden geïntegreerd. Dit maakt het bijvoorbeeld mogelijk om conflicten vroegtijdig te detecteren. Dat kunnen technische conflicten zijn, maar bijvoorbeeld ook technische keuzes die wat wet- en regelgeving betreft niet toegestaan zijn. Een virtual twin kan volgens Margiotta-Mills dus ook heel goed worden ingezet om ontwerpen te toetsen aan wet- en regelgeving in bepaalde geografische regio’s.
“Simulaties in een virtual twin detecteren potentiële problemen al in een heel vroeg stadium. Doe je dat goed, dan kun je modules optimaal herbruikbaar maken. Hierdoor zijn ontwerpen op meerdere voertuigmodellen toe te passen, waardoor de ontwikkelingskosten en -tijd drastisch afnemen. Hierdoor kun je als fabrikant dus veel sneller reageren op marktveranderingen. Maar ook het invoeren van nieuwe innovaties kan hierdoor aanzienlijk versneld worden. “Je past een module aan, maar hoeft niet het volledig voertuig aan te passen. Of als gevolg daarvan andere modules aanpassingen nodig hebben kun je via simulaties al in een vroegtijdig stadium vaststellen.”
Virtual twins in de supply chain
De supply chain van de auto-industrie is een van de meest complexe ter wereld. Fabrikanten zijn afhankelijk van een wereldwijd netwerk van partners en toeleveranciers, wat leidt tot kwetsbaarheden zoals vertragingen of tekorten. Virtual twins kunnen uitkomst bieden door de volledige supply chain digitaal te modelleren en te beheren.
Margiotta-Mills: “Met een virtual twin van de supply chain kunnen autofabrikanten bijvoorbeeld disrupties voorspellen en oplossen. Ook kunnen zij scenario’s zoals een tekort aan halfgeleiders, een natuurramp in een cruciale regio, of een faillissement van een belangrijke leverancier simuleren. Dit helpt bij het identificeren van zwakke schakels en het ontwikkelen van robuuste noodplannen.”
Ook kan de samenwerking binnen de supply chain aanzienlijk worden verbeterd. Virtual twins bieden een gedeeld platform waarop OEM’s en leveranciers data en modellen kunnen uitwisselen. Hierdoor worden fouten geminimaliseerd en processen versneld. Ook kan de productiecapaciteit worden geoptimaliseerd. Bijvoorbeeld door simulaties uit te voeren om de impact van productieaanpassingen te voorspellen en de efficiëntie van productielijnen te verbeteren.
Voorbeelden uit de praktijk tonen aan dat virtual twins kunnen helpen bij het beheren van kritieke verstoringen, zoals de wereldwijde tekorten aan halfgeleiders na de COVID-19-pandemie. Door alternatieve scenario’s door te rekenen, konden fabrikanten leveringen prioriteren en verliezen minimaliseren.
Van R&D tot gebruikerservaring
Virtual twins beperken zich niet tot ontwerp en productie, stelt Margiotta-Mills vast. “Ze bieden een end-to-end oplossing die de volledige levenscyclus van een voertuig omvat.” Hij noemt een aantal voorbeelden:
R&D en Engineering
In de ontwikkelingsfase combineren virtual twins de traditionele mechanische en elektrische engineering met softwareontwikkeling. Dankzij de integratie van disciplines kunnen teams parallel werken aan verschillende aspecten van een project:
- Simulaties van fysieke en softwarematige componenten identificeren mogelijke conflicten vroegtijdig.
- Software Bill of Materials (SBOM): virtual twins bieden inzicht in softwarecomponenten, wat essentieel is in een tijdperk van connected en autonome voertuigen.
- Realtime samenwerking: teams wereldwijd kunnen gelijktijdig werken aan modellen in een gedeelde digitale omgeving.
Manufacturing
Virtual twins transformeren het productieproces, meent Margiotta-Mills. Door productielijnen virtueel te modelleren, kunnen fabrikanten:
- Simulaties uitvoeren om knelpunten te identificeren en optimalisaties door te voeren.
- De impact van veranderingen in het ontwerp op de productie in kaart brengen, voordat ze fysiek worden geïmplementeerd.
- Duurzaamheid verbeteren door efficiënter om te gaan met grondstoffen en energie.
Sales en marketing
Margiotta-Mills noemde het hiervoor al even, maar een vaak over het hoofd geziene toepassing van virtual twins is in sales & marketing. Dankzij digitale modellen kunnen marketingteams direct toegang krijgen tot engineering-data, wat leidt tot:
- Hoge kwaliteit marketingmaterialen: zoals visuele product configurators en realistische 3D-modellen.
- Lagere kosten: vermindering van dubbel werk tussen engineering- en marketingteams.
- Snellere lanceringen: nieuwe modellen kunnen direct worden gepresenteerd aan consumenten zodra ze in ontwikkeling zijn.
Gebruik en onderhoud
Door voertuigen te verrijken met real-world data, kunnen fabrikanten:
- Prestaties monitoren en verbeteren: feedback van voertuigen in gebruik helpt bij het optimaliseren van toekomstige ontwerpen.
- Voorspellend onderhoud implementeren: problemen kunnen worden opgespoord en opgelost voordat ze optreden, wat de levensduur van voertuigen verlengt.
- De gebruikservaring van de eigenaar verbeteren: Virtual twins maken personalisatie mogelijk door data-analyse van gebruikersvoorkeuren en rijgedrag.
Margiotta-Mills is ervan overtuigd dat virtual twins hiermee een fundamentele verschuiving betekenen in de wijze waarop voertuigen worden ontworpen, geproduceerd, verkocht en gebruikt. Door elk aspect van een voertuig en de bijbehorende processen te modelleren, te simuleren en op basis van gebruiksdata te optimaliseren, bieden ze autofabrikanten een ongeëvenaard niveau van controle en flexibiliteit.
Wat de opkomst van virtual twins zo interessant maakt, is dat zij zeker niet alleen relevant zijn voor grote autofabrikanten, vliegtuigbouwers, defensiebedrijven en dergelijke. Ook voor kleine bedrijven in de maak- en procesindustrie bieden zij in principe dezelfde kansen. Sterker nog, de toeleveranciers van de manufacturing- en procesindustrie kunnen veel baat hebben van de opkomst van virtual twins. Wie eenmaal als toeleverancier of partner toegang heeft tot dit virtuele ‘system of systems’ dat virtual twins vormen, kan de samenwerking met andere partners volledig optimaliseren. En dat biedt ook nog eens financiële voordelen - voor alle betrokken partijen.