Eliciting and Analyzing the Requirements of Industrial Digital Twin

Abstract

The advances in technology have caused products and manufacturing systems to become increasingly complex which is why new tools are required to improve the efficiency of the industrial processes and their development. Digital Twin is a promising digitalization technology recently adopted in industry that can be used for improving the performance and the development of the system through its whole lifecycle. However, there are countless ways in which the Digital Twin can be used, and its use cases are unique for every company which makes developing a Digital Twin challenging. The requirements for the Digital Twin must be carefully determined in order to ensure the success of its development and maximize its benefits for the company. This thesis determines the first set of requirements of a Digital Twin for a case company as the beginning step of its development process and analyzes these requirements in order to define the best practices to implement the Digital Twin. The requirements were elicited by interviewing 14 experts inside the case company. Use cases were used as a help to write the interview questions and a semi-structured interview was used as an interviewing method. All the stakeholders were interviewed individually, and the average duration of the interview was approximately 55 minutes. Three interviews were conducted by web meetings and the rest face-to-face. The requirements were determined from the interview results and finally analyzed to find the best way to implement the Digital Twin. A list summarizing the best practices to implement the Digital Twin and their benefits and requirements was created as a result of the research. The study shows that the most beneficial way to implement the Digital Twin for the case company is to build an information model as the basis of the DT on top of which all the tools and functionalities would be added. 3D and simulation models are an essential part of the Digital Twin in addition to the information model.

Teknologian kehittymisen myötä tuotteista ja tuotantosysteemeistä on tullut entistä monimutkaisempia, minkä vuoksi uusia työkaluja tarvitaan teollisten prosessien ja niiden kehitystyön tehostamiseksi. Digitaalinen kaksonen on hiljattain teollisuuden alalla yleistynyt digitalisaatioteknologia, jota voidaan käyttää koko systeemin elinkaaren ajan parantamaan systeemin tehokkuutta ja helpottamaan sen kehitystä. Kyseiselle teknologialle on kuitenkin olemassa lukemattomia eri käyttötarkoituksia, jotka riippuvat täysin yrityksen tarpeista, mikä tekee digitaalisen kaksosen kehittämisestä erityisen haastavaa. Kaksosen vaatimukset tulee määrittää tarkasti, jotta yrityksen siitä saamat hyödyt saadaan maksimoitua ja voidaan siten taata kehitystyön onnistuminen. Tämä diplomityö määrittelee ensimmäisen erän vaatimuksia digitaaliselle kaksoselle osana erään yrityksen kehitysprojektin alkuun saattamista sekä analysoi näitä vaatimuksia parhaiden toteutustapojen löytämiseksi kaksoselle. Vaatimukset kerättiin haastattelemalla 14 yrityksessä työskentelevää asiantuntijaa. Digitaalisen kaksosen yleisiä käyttötapauksia käytettiin apuna haastattelukysymysten kirjoittamisessa. Haastattelutapana käytettiin puolistrukturoitua haastattelumenetelmää. Jokainen haastatteluun osallistunut haastateltiin erikseen ja haastatteluiden keskimääräinen pituus oli noin 55 minuuttia. Kolme asiantuntijaa haastateltiin verkkotapaamisen muodossa ja loput kasvokkain. Digitaalisen kaksosen vaatimukset määritettiin haastattelutulosten perusteella ja lopulta analysoitiin parhaiden toteutustapojen löytämiseksi. Tutkimuksen tuloksena luotiin yhteenveto parhaista käytännöistä toteuttaa digitaalinen kaksonen sekä niiden hyödyistä ja vaatimuksista. Tutkimustuloksista kävi ilmi, että paras tapa toteuttaa digitaalinen kaksonen kyseisen yrityksen tapauksessa on rakentaa tietomalli kaksosen pohjaksi, jonka päälle muut työkalut ja toiminnallisuudet lisätään. 3D- ja simulaatiomallit ovat välttämätön osa digitaalista kaksosta tietomallin lisäksi.