Model-based system engineering: Towards a digital twin platform
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Insinööritieteiden korkeakoulu |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2020-10-19
Department
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Master's Programme in Mechanical Engineering (MEC)
Language
en
Pages
53
Series
Abstract
Nowadays product development processes are often time-consuming, and information is scattered to different locations and software. There is also commonly a need for multiple physical prototypes. By using the so-called digital twin approach, a virtual representation of a physical product, it is possible to gather all information to the same location and simulate the whole system without building several prototypes. Thus, the product development process shortens, and significant cost savings can be achieved. A digital twin is a virtual representation of a real-life object, physical twin. A digital twin exchanges data, preferably on-line, with the P, providing feedback, tracking, and controlling the physical twin. However, in the scope of this thesis, the digital twin is examined in the product development environment in which there is no physical product yet available. In this context, the most important part is the digital twin design process. Moreover, the focus is on the early stage of the build process including modeling of the digital twin platform and establishing data connections to supporting systems. A high-level design of the digital twin platform is constructed in digital twin platform implementation trial, the practical part of this study. When modeling systems, there are 3 things that must be first addressed. The chosen language, method, and tool. For modeling language in this study, SysML is chosen since it is nowadays de facto standard for graphical modeling of systems. SysML uses diagrams to represent different abstraction levels in the design: requirements, behavior, and structure. As for the method in this thesis, a combination of existing frameworks, MagicGrid and RFLP-T is designed to better answer the needs of this thesis work. A commercial modeling tool is used to design the system model. In the digital twin platform implementation trial, high-level design of the digital twin platform is created using the combined framework, RFLP-T Grid. This includes firstly, the design of the platform’s system model and information model. Secondly, digital twin build process construction and thirdly, examining the needed connections across the platform utilizing the OSLC standard. Finally, the possibility of PLM structure generation from the system model is examined.Nykyään tuotekehitysprosessit ovat usein hyvin aikaa vieviä ja tuotetieto on hajallaan eri järjestelmissä. Usein tarvitaan myös monta fyysistä prototyyppiä tuotteen vaatimuksenmukaisuuden testaamiseksi. Käyttämällä ns. digitaalisen kaksosen menetelmää, fyysisen tuotteen virtuaalista esitystä, on mahdollista kerätä kaikki tieto samaan paikkaan ja simuloida koko järjestelmää rakentamatta useita prototyyppejä. Näin tuotekehitysprosessi lyhenee ja voidaan saada aikaan huomattavia kustannussäästöjä. Digitaalinen kaksonen on virtuaaliesitys reaalimaailman tuotteesta, fyysisestä kaksosesta. Digitaalinen kaksonen vaihtaa tietoja fyysisen kaksosen kanssa, mieluiten online-tilassa, samalla seuraten ja ohjaten fyysistä kaksosta. Tämän työn puitteissa digitaalista kaksosta tutkitaan kuitenkin tuotekehitysympäristössä, jossa fyysistä tuotetta ei vielä ole olemassa. Näin ollen työssä keskitytään digitaalisen kaksosen alustan luomisprosessiin. Vielä tarkemmin työ rajautuu luomisprosessin alkuvaiheeseen, digitaalisen kaksosen mallintamiseen ja datayhteyksien luomiseen digitaalisesta kaksosesta sen tukijärjestelmiin. Korkean tason malli digitaalisesta kaksosesta luodaan tämän työn käytännön osuudessa, digitaalisen kaksosen alustan toteutuksen koeprojektissa. Systeemiä mallinnettaessa on ensin päätettävä kolme asiaa. Käytettävä kieli, menetelmä ja työkalu. Tämän tutkimuksen mallinnuskieleksi on valittu SysML, koska se on nykyään de facto -standardi järjestelmien graafisessa mallinnuksessa. SysML käyttää erilaisia kaavioita edustamaan abstraktiotasoja, vaatimuksia, käyttäytymistä ja rakennetta. Tämän tutkielmaa varten luodaan uusi menetelmä, RFLP-T Grid, yhdistämällä olemassa olevia toimintamalleja, MagicGrid:iä ja RFLP-T:tä, jotta pystyttäisiin paremmin vastaamaan tutkimuksen tarpeisiin. Systeemimallin suunnittelussa käytetään kaupallista mallinnustyökalua. Digitaalisen kaksosen toteutuksen koeprojektissa, alustan korkean tason malli suunnitellaan käyttämällä työssä luotavaa yhdistelmämallia, RFLP-T Grid:iä. Tähän sisältyy alustan systeemimallin, tietomallin ja digitaalisen kaksosen luomisprosessin suunnittelua sekä järjestelmien yhteyksien tutkimista OSLC-standardia hyödyntäen. Myös PLM-rakenteiden luomisen mahdollisuutta systeemimallista tutkitaan.Description
Supervisor
Tammi, KariThesis advisor
Mytkäniemi, PekkaAla-Laurinaho, Riku
Keywords
digital twin, product development, digital twin in product development, MBSE