Digital Twin – Fundamental Concepts to Applications in Advanced Manufacturing
- 2022
- Buch
- Verfasst von
- Prof. Dr. Surjya Kanta Pal
- Debasish Mishra
- Dr. Arpan Pal
- Prof. Dr. Samik Dutta
- Prof. Dr. Debashish Chakravarty
- Dr. Srikanta Pal
- Verlag
- Springer International Publishing
Über dieses Buch
Dieses Buch bietet den Lesern einen Leitfaden für den Einsatz von Digital Twin in der Fertigung. Es präsentiert eine Sammlung grundlegender Ideen zu Sensorelektronik und Datenerfassung, Signal- und Bildverarbeitungstechniken, nahtloser Datenkommunikation, künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen für die Entscheidungsfindung und erklärt deren Notwendigkeit für die praktische Anwendung von Digital Twin in der Industrie. Dieses Buch bietet Fallstudien, die für die Fertigungsprozesse, Systeme und Subsysteme relevant sind und ist sowohl für Wissenschaftler als auch für Fachleute aus der Industrie im Bereich Industrie 4.0 und der digitalen Fertigung vorteilhaft.
Mit KI übersetzt
Über dieses Buch
This book provides readers with a guide to the use of Digital Twin in manufacturing. It presents a collection of fundamental ideas about sensor electronics and data acquisition, signal and image processing techniques, seamless data communications, artificial intelligence and machine learning for decision making, and explains their necessity for the practical application of Digital Twin in Industry.
Providing case studies relevant to the manufacturing processes, systems, and sub-systems, this book is beneficial for both academics and industry professionals within the field of Industry 4.0 and digital manufacturing.
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Inhaltsverzeichnis
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Frontmatter
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Chapter 1. Evolution of Manufacturing and Its Journey Towards Digital Twin
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDieses Kapitel vertieft sich in den historischen Kontext industrieller Revolutionen von der ersten bis zur vierten und konzentriert sich auf die transformativen Auswirkungen digitaler Zwillinge in der modernen Fertigung. Er diskutiert die Entwicklung von Werkzeugen und Technologien wie der Dampfmaschine und fahrenden Fließbändern, die die Fertigungsprozesse geprägt haben. Das Kapitel stellt auch das Konzept des digitalen Zwillings vor und erläutert seine Rolle bei der vorausschauenden Wartung, Optimierung und dem Risikomanagement. Durch die Integration von Echtzeitdaten und fortschrittlicher Analytik verspricht der digitale Zwilling, die Fertigung zu revolutionieren, indem er die Produktivität steigert, Ausfallzeiten reduziert und die Gesamteffizienz verbessert. Das Kapitel schließt mit der Hervorhebung der Vorteile digitaler Zwillinge und ihres Potenzials, Innovationen in der Branche voranzutreiben.KI-Generiert
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AbstractThis chapter sets the prologue of industrial revolutions, starting from the first to the fourth. It aims at making the readers aware of the transformations happened so far. -
Chapter 2. Sensor Electronics for Digital Twin
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDas Kapitel "Sensorelektronik für digitale Zwillinge" geht der zentralen Rolle von Sensoren in Fertigungsprozessen nach und betont ihre Bedeutung für die Überwachung und Steuerung in Echtzeit. Es umfasst verschiedene Arten von Sensoren, darunter Positions- und Wegsensoren, Kraftsensoren und Temperatursensoren, mit detaillierten Erläuterungen zu deren Funktionsprinzipien und Anwendungen. Das Kapitel beleuchtet Beispiele aus der realen Welt und vermittelt ein praktisches Verständnis, wie Sensoren in Fertigungssysteme integriert werden, was es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute macht, die ihr Wissen über industrielle Automatisierung und digitale Zwillinge erweitern möchten.KI-Generiert
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AbstractFor building a digital twin, sensors and associated electronic components will be at the core as they would sense and gather necessary information from the physical machine. -
Chapter 3. Signal Processing for Digital Twin
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDas Kapitel beginnt mit der Definition von Signalen und ihrer Bedeutung für die Fertigung. Es stellt das Konzept der Signalverarbeitung vor und unterstreicht seine Rolle bei der Gewinnung wertvoller Informationen aus Sensordaten. Das Kapitel vertieft sich dann in verschiedene Signalverarbeitungstechniken, einschließlich Zeit-Domäne, Frequenz-Domäne und Zeit-Frequenz-Domäne-Analysen. Außerdem werden Signalerfassung, Filterung und die Herausforderungen im Zusammenhang mit Rauschen in Signalen diskutiert. Das Kapitel ist angereichert mit Beispielen aus der Praxis und Fallstudien aus Fertigungsprozessen, was es zu einer wertvollen Ressource für Fachleute auf diesem Gebiet macht.KI-Generiert
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AbstractThe previous chapter discussed the importance and role of sensors in manufacturing. With the data in hand, one needs to process it for extracting meaningful information. -
Chapter 4. Image Processing for Digital Twin
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDas Kapitel befasst sich mit dem Einsatz von Bildverarbeitung zur Überwachung und Steuerung von Fertigungsprozessen in Echtzeit. Er erklärt, wie Bildverarbeitungssysteme Defekte erkennen, den Werkzeugverschleiß überwachen und Prozessparameter anpassen können, um die Produktqualität zu verbessern und Stillstandzeiten zu reduzieren. Der Text behandelt verschiedene Anwendungen wie Bearbeitung, Schweißen und Gießen und diskutiert die Bedeutung der Auswahl der richtigen Kamera, des richtigen Objektivs und der richtigen Beleuchtung für die Bildaufnahme. Darüber hinaus werden die Stufen der Bildverarbeitung untersucht, einschließlich Verbesserung, Segmentierung und Featureextraktion, und die Vorteile des Einsatzes von Bildverarbeitung im Zeitalter von Industrie 4.0 beleuchtet. Das Kapitel ist reich an praktischen Beispielen und bietet Einblicke in die Herausforderungen und zukünftigen Richtungen der Bildverarbeitung in der Fertigung.KI-Generiert
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AbstractImprovement of product quality by reducing downtime is the ultimate aim in manufacturing. The product quality can be monitored from the process signals or images acquired at the time of manufacturing. For example, in machining, damage or wear of cutting tool causes degradation in product quality. This damage or wear can be monitored from the process signals such as force, acoustic emission, power, vibration etc. acquired during machining. -
Chapter 5. Data Communication-Edge, Fog, and Cloud Computing
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDas Kapitel beginnt mit der Diskussion über den Zweck von Industrie 4.0, Maschinen und Materialien durch Daten von Sensoren zu verbinden. Es betont die Bedeutung von Datenkommunikationstechnologien wie Kanten-, Nebel- und Cloud-Computing für den Umgang mit großen Datenmengen und die Sicherstellung aussagekräftiger Analysen für Geschäftsergebnisse. Die Forschungsfrage konzentriert sich auf die Skalierbarkeit von Netzwerk- und Recheninfrastruktur, um Daten effizient zu verwalten. Das Kapitel beschreibt das Internet der Dinge (IoT) und seinen Rahmen und unterstreicht die Notwendigkeit von Technologien, die einen nahtlosen Datenaustausch und eine nahtlose Datenverarbeitung ermöglichen. Er geht den Herausforderungen und Vorteilen von Edge, Fog und Cloud Computing nach, insbesondere in Bezug auf Echtzeit-Reaktion, Multi-Sensor-Synchronisation, Netzwerkdatenvolumen und Datenschutz / Sicherheit. Das Kapitel untersucht auch das zukünftige Potenzial der 5G-Technologie in der Fertigung und diskutiert ihre Vorteile gegenüber früheren Netzgenerationen und ihre Rolle bei der Ermöglichung von Überwachung und Steuerung in Echtzeit. Das Kapitel bietet praktische Beispiele und eine detaillierte Analyse der Kommunikationstechnologien und Netzwerkarchitekturen, die für effektive Industrie 4.0-Implementierungen erforderlich sind.KI-Generiert
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AbstractIndustry 4.0 is aimed at connecting the machine, materials, and other infrastructure through data collected from the sensors. The data acquired from the sensors will be utilised to monitor, diagnose, predict, control, optimize plant operations, etc. Because the number of connected devices is going to be huge, the amount of data will also be large. -
Chapter 6. Artificial Intelligence and Machine Learning in Manufacturing
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDieses Kapitel befasst sich mit dem Einsatz von maschinellem Lernen in der Fertigung, um Prozesse zu automatisieren und die Effizienz zu verbessern. Es beginnt mit der Diskussion von Signal- und Bildverarbeitungstechniken, die verwendet werden, um aussagekräftige Informationen aus Rohdaten zu gewinnen. Das Kapitel stellt dann die grundlegenden Konzepte der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens vor und betont ihre Bedeutung für die Fertigung. Es deckt verschiedene Techniken des maschinellen Lernens ab, darunter überwachtes, unbeaufsichtigtes und semi-überwachtes Lernen, und liefert Beispiele für ihre Anwendung in der Fertigung. Darüber hinaus untersucht das Kapitel die Herausforderungen und zukünftigen Bedenken künstlicher Intelligenz in der Fertigung und betont die Notwendigkeit von Vertrauen, Haftung und Erklärbarkeit.KI-Generiert
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AbstractThe diagnosis of manufacturing processes and systems, prediction of machine health for corrective measures are mainly achieved through various machine learning techniques. In the previous chapters, discussions were held around the signal and image processing techniques, using which meaningful information was gathered from the raw data. The results are validated by correlating with the experiments. -
Chapter 7. Digital Twin Application
Surjya Kanta Pal, Debasish Mishra, Arpan Pal, Samik Dutta, Debashish Chakravarty, Srikanta PalDas Kapitel beginnt mit der Definition digitaler Zwillinge und ihrer Anwendungen in der Fertigung, wobei ihre Vorteile bei der Verbesserung der Produktqualität und operativen Effizienz hervorgehoben werden. Anschließend vertieft sie sich in den historischen Hintergrund digitaler Zwillinge und führt ihre Ursprünge bis zum Apollo-Programm der NASA zurück. Das Kapitel behandelt auch das konzeptionelle Modell digitaler Zwillinge und betont die Bedeutung von Echtzeitdaten und Konnektivität. Es werden praktische Fallstudien vorgestellt, die den Einsatz digitaler Zwillinge in verschiedenen Fertigungsprozessen aufzeigen. Darüber hinaus untersucht das Kapitel die Integration digitaler Zwillinge mit Industrie 4.0-Konzepten und diskutiert innovative zukünftige Konzepte wie föderiertes Lernen und Blockchain in digitalen Zwillingsanwendungen.KI-Generiert
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AbstractThis chapter introduces the concept of digital twin in details. The explanations given in Chap. 1 about building a digital twin model are revisited and the ideas are elaborated. Digital twins proposed in different routes of manufacturing are also discussed.
- Titel
- Digital Twin – Fundamental Concepts to Applications in Advanced Manufacturing
- Verfasst von
-
Prof. Dr. Surjya Kanta Pal
Debasish Mishra
Dr. Arpan Pal
Prof. Dr. Samik Dutta
Prof. Dr. Debashish Chakravarty
Dr. Srikanta Pal
- Copyright-Jahr
- 2022
- Electronic ISBN
- 978-3-030-81815-9
- Print ISBN
- 978-3-030-81814-2
- DOI
- https://doi.org/10.1007/978-3-030-81815-9
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