Use of Digital Twins in harbor cranes : use of digitalization to improve situational, structural, and market awareness
Salimi, Masoumeh (2021)
2021
All rights reserved. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021102818987
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-2021102818987
Tiivistelmä
Digital Twins improve situational and structural awareness but are not heavily used, due to a lack of market awareness. Digital Twins are virtual replicas that function as the real-time digital parallel of a physical object or process. Digital Twins support Front Running Simulations and can anticipate the future, which can lower risks and decrease operating costs.
Examples of how Digital Twins can improve situational and structural awareness are given and also how Digital Twins may help to overcome the optimism and confirmation biases of humans is discussed. The Atlantic Giant II crane collapse has been used to answer the need for Digital Twins in improving situational awareness. It is possible that the digital model of the Atlantic Giant II could have possibly helped the crew avoid the failure. The crack in the I-40 bridge between Arkansas and Tennessee and Florida building collapse in the Surfside has been used to envisage how Digital Twins can improve structural awareness through the Internet of Things, if they were supported by sensors to their structures, feeding data to Digital Twins could have provided real-time information regarding the potential crack and collapse.
To conduct the research, data has been collected through surveys in four languages English, Finnish, French, and Persian, and twenty-two semi-structured interviews with professionals working for the major suppliers of PLM and Digital Twin technology, worldwide leaders in international shipping and crane industries.
The results of this thesis highlight that the maritime sector, crane industries, and ports need to maintain full awareness of the cranes and their environments to be able to recognize potential safety risks. Real-time information of Digital Twins is a valuable key to deplete unnecessary costs. If Crane Industries are hesitant to apply Digital Twins due to its costs, so they need to invest in insurance. However, if insurance companies ascertain that, cranes industries are making use of Front Running Simulations, they may provide lower insurance, therefore the cost justification for creating a Digital Twin is lower insurance rates. And also, Digital Twins and Product Lifecycle Management producers need to clarify business value to Crane Industries and users as the Business value instead of Technology value is one of the most important factors for any digital transformation.
As during the research, other interesting topics have emerged, recommendations for future research have been made based on findings such as a new business model for crane providers, which they do not sell cranes, but install their cranes at a customer site and then get paid for each container that they deliver on or off the ships. And for the ports, where they do not own, maintain, or operate the cranes, instead they pay the crane providers to move containers from the ports to the ships or vice versa. And the role of Digital Twins for Maintenance, Repair, and Overhaul of cranes, for training, the impacts of training in harbor cranes from the environmental sustainability point of view, and the Lean Digital Twins are recommendations for future research.
KEYWORDS: Crane Industries, Digital Twins, Front Running Simulations, Optimism and confirmation Biases, Situational Awareness, Structural Awareness Digitaaliset kaksoset ovat virtuaalisia kopioita, jotka toimivat fyysisen objektin tai prosessin reaali¬aikaisena digitaalisena rinnakkaisena kopiona. Digitaaliset kaksoset parantavat tilanne-tietoi¬suutta ja rakenteellista tietoisuutta, mutta niitä ei vielä käytetä paljon, koska markkinatietoisuus on vähäistä. Digitaaliset kaksoset tukevat ennustava simulaatiota (Front-running simulation, FRS), mikä voi pienentää riskejä ja vähentää käyttökustannuksia.
Opinnäytetyössä esitetään esimerkkejä siitä, miten digitaaliset kaksoset voivat parantaa tilannetietoisuutta ja rakenteellista tietoisuutta, ja myös siitä, miten digitaaliset kaksoset voivat auttaa voittamaan ihmisten optimismin ja vahvistusharhat. Atlantic Giant II -nosturin romahdusta on käytetty vastaamaan digitaalisten kaksosten tarpeeseen parantaa tilannetietoisuutta. On mahdollista, että Atlantic Giant II: n digitaalinen malli olisi voinut auttaa miehistöä välttämään epäonnistumisen. Arkansasin ja Tennesseen välisen I-40-sillan halkeamaa ja erään Floridassa tapahtuneen rakennuksen romahtamista on käytetty esimerkkinä siitä, miten digitaaliset kaksoset voivat parantaa rakenteellista tietoisuutta esineiden internetin kautta. Jos rakenteisiin sijoitettavat anturit seuraavat tilannetta ja syöttävät reaaliaikaista tietoa digitaalisille kaksosille, niin vakavat vauriot ja romahtamiset voitaisiin ennakoida tai kokonaan välttää.
Tutkimuksen suorittamiseksi tietoja on kerätty kyselyillä neljällä kielellä: englanniksi, suomeksi, ranskaksi ja persiaksi. Lisäksi on tehty 22 puolistrukturoitu haastattelua. Haastateltavina oli teknisiä asiantuntijoita ja johtavassa asemassa olevia henkilöitä tuotteiden elinkaaren hallinnan, digitaalisten kaksosten teknologian ja kansainvälisen merenkulun parissa toimivista yhtiöistä ja muista organisaatioista.
Tämän opinnäytetyön tulokset korostavat, että merenkulkualan, nosturiteollisuuden ja satamien on oltava täysin tietoisia nostureista ja niiden ympäristöstä voidakseen tunnistaa mahdolliset turvallisuusriskit. Digitaalisten kaksosten reaaliaikainen tieto on arvokas avain tarpeettomien kustannusten eliminoimiseksi. Jos nosturiteollisuus epäröi investoida digitaalisiin kaksosiin niiden kustannusten vuoksi, niin se voi heijastua esimerkiksi vakuutusmaksuihin. Jos vakuutusyhtiöt kuitenkin havaitsevat, että ennustavaa simulaatiota käytetään, niin ne voivat tarjota edullisemmin vakuutuksen. Näin digitaalisten kaksosten kehittämisen kustannukset ovat perusteltuja alhaisemmilla vakuutusmaksuilla. Lisäksi digitaalisten kaksosten sekä tuotteen elinkaaren hallinnan parissa toimivien on selvennettävä liiketoiminnan arvoa nosturiteollisuudelle ja käyttäjille, sillä liiketoiminnan arvo teknologian sijasta on yksi tärkeimmistä tekijöistä kaikissa digitaalisissa muutoksissa.
AVAINSANAT: Digitaaliset kaksoset, Ennustava simulaatio (FRS), Nosturiteollisuus, Optimismi ja vahvistusharhat, Rakenteellinen tietoisuus, Tilannetietoisuus
Examples of how Digital Twins can improve situational and structural awareness are given and also how Digital Twins may help to overcome the optimism and confirmation biases of humans is discussed. The Atlantic Giant II crane collapse has been used to answer the need for Digital Twins in improving situational awareness. It is possible that the digital model of the Atlantic Giant II could have possibly helped the crew avoid the failure. The crack in the I-40 bridge between Arkansas and Tennessee and Florida building collapse in the Surfside has been used to envisage how Digital Twins can improve structural awareness through the Internet of Things, if they were supported by sensors to their structures, feeding data to Digital Twins could have provided real-time information regarding the potential crack and collapse.
To conduct the research, data has been collected through surveys in four languages English, Finnish, French, and Persian, and twenty-two semi-structured interviews with professionals working for the major suppliers of PLM and Digital Twin technology, worldwide leaders in international shipping and crane industries.
The results of this thesis highlight that the maritime sector, crane industries, and ports need to maintain full awareness of the cranes and their environments to be able to recognize potential safety risks. Real-time information of Digital Twins is a valuable key to deplete unnecessary costs. If Crane Industries are hesitant to apply Digital Twins due to its costs, so they need to invest in insurance. However, if insurance companies ascertain that, cranes industries are making use of Front Running Simulations, they may provide lower insurance, therefore the cost justification for creating a Digital Twin is lower insurance rates. And also, Digital Twins and Product Lifecycle Management producers need to clarify business value to Crane Industries and users as the Business value instead of Technology value is one of the most important factors for any digital transformation.
As during the research, other interesting topics have emerged, recommendations for future research have been made based on findings such as a new business model for crane providers, which they do not sell cranes, but install their cranes at a customer site and then get paid for each container that they deliver on or off the ships. And for the ports, where they do not own, maintain, or operate the cranes, instead they pay the crane providers to move containers from the ports to the ships or vice versa. And the role of Digital Twins for Maintenance, Repair, and Overhaul of cranes, for training, the impacts of training in harbor cranes from the environmental sustainability point of view, and the Lean Digital Twins are recommendations for future research.
KEYWORDS: Crane Industries, Digital Twins, Front Running Simulations, Optimism and confirmation Biases, Situational Awareness, Structural Awareness
Opinnäytetyössä esitetään esimerkkejä siitä, miten digitaaliset kaksoset voivat parantaa tilannetietoisuutta ja rakenteellista tietoisuutta, ja myös siitä, miten digitaaliset kaksoset voivat auttaa voittamaan ihmisten optimismin ja vahvistusharhat. Atlantic Giant II -nosturin romahdusta on käytetty vastaamaan digitaalisten kaksosten tarpeeseen parantaa tilannetietoisuutta. On mahdollista, että Atlantic Giant II: n digitaalinen malli olisi voinut auttaa miehistöä välttämään epäonnistumisen. Arkansasin ja Tennesseen välisen I-40-sillan halkeamaa ja erään Floridassa tapahtuneen rakennuksen romahtamista on käytetty esimerkkinä siitä, miten digitaaliset kaksoset voivat parantaa rakenteellista tietoisuutta esineiden internetin kautta. Jos rakenteisiin sijoitettavat anturit seuraavat tilannetta ja syöttävät reaaliaikaista tietoa digitaalisille kaksosille, niin vakavat vauriot ja romahtamiset voitaisiin ennakoida tai kokonaan välttää.
Tutkimuksen suorittamiseksi tietoja on kerätty kyselyillä neljällä kielellä: englanniksi, suomeksi, ranskaksi ja persiaksi. Lisäksi on tehty 22 puolistrukturoitu haastattelua. Haastateltavina oli teknisiä asiantuntijoita ja johtavassa asemassa olevia henkilöitä tuotteiden elinkaaren hallinnan, digitaalisten kaksosten teknologian ja kansainvälisen merenkulun parissa toimivista yhtiöistä ja muista organisaatioista.
Tämän opinnäytetyön tulokset korostavat, että merenkulkualan, nosturiteollisuuden ja satamien on oltava täysin tietoisia nostureista ja niiden ympäristöstä voidakseen tunnistaa mahdolliset turvallisuusriskit. Digitaalisten kaksosten reaaliaikainen tieto on arvokas avain tarpeettomien kustannusten eliminoimiseksi. Jos nosturiteollisuus epäröi investoida digitaalisiin kaksosiin niiden kustannusten vuoksi, niin se voi heijastua esimerkiksi vakuutusmaksuihin. Jos vakuutusyhtiöt kuitenkin havaitsevat, että ennustavaa simulaatiota käytetään, niin ne voivat tarjota edullisemmin vakuutuksen. Näin digitaalisten kaksosten kehittämisen kustannukset ovat perusteltuja alhaisemmilla vakuutusmaksuilla. Lisäksi digitaalisten kaksosten sekä tuotteen elinkaaren hallinnan parissa toimivien on selvennettävä liiketoiminnan arvoa nosturiteollisuudelle ja käyttäjille, sillä liiketoiminnan arvo teknologian sijasta on yksi tärkeimmistä tekijöistä kaikissa digitaalisissa muutoksissa.
AVAINSANAT: Digitaaliset kaksoset, Ennustava simulaatio (FRS), Nosturiteollisuus, Optimismi ja vahvistusharhat, Rakenteellinen tietoisuus, Tilannetietoisuus