در ابتدا می خواهیم در مورد اینکه چه کسی دوقلوهای دیجیتال (Digital Twins) را اختراع کرد و برای چه چیزی مفید است صحبت کنیم. بیایید در مورد این چالش صحبت کنیم که چرا ما واقعاً به چیزی مانند دوقلوهای دیجیتال نیاز داریم؟ دوقلوهای دیجیتال مفهومی از یکپارچه سازی برای داده های مربوط به محصول را نشان می دهند. مفهوم دوقلوهای دیجیتال پاسخی به دیجیتالی شدن روزافزون توسعه محصول، تولید و خود محصولات است. امروزه دیگر در مورد سیستم های مکاترونیک که به عنوان سیستم های محصول مستقل ایجاد می شوند صحبت نمی کنیم. امروزه محصولات ما سیستم های پیچیده ای هستند که نه تنها عملکرد و کیفیت مورد نظر خود را انجام می دهند، بلکه از طریق شبکه های ارتباطی با سایر اجزا، محصولات، ابرها و خدمات نیز ارتباط برقرار می کنند. امروز ما در مورد محصولات هوشمند صحبت می کنیم که خدمات را در محصولات ادغام می کنند و به طور مداوم پشتیبانی می شوند.
واضح است که با سیلوهای یکپارچه توسعه محصول، تولید و محصولات، تنها می‌توانیم انتقال داده‌ها را بین اینها تضمین کنیم، البته با تلاش‌های بسیار. اما با مفهوم دوقلوهای دیجیتال، ما با ادغام داده‌ها و مدل‌های اطلاعات محور محصول، به این چالش پاسخ می‌دهیم. اگر در مورد منشا دوقلوهای دیجیتال بپرسیم، به آقای مایکل گریوز میرسیم که استاد موسسه فناوری فلوریدا است.
در طی ارائه‌ای به صنعت در سال 2002، گریوز مدیریت چرخه عمر محصول غیرفعال را توضیح داد و ارتباط بین اشیاء واقعی و تصاویر مجازی را برقرار کرد. او توضیح داد که هر سیستم از اجزای واقعی و مجازی تشکیل شده است که تمام اطلاعات مربوط به اشیاء واقعی را در خود دارد. به گفته گریوز، این مفهوم کل چرخه عمر محصول را پوشش می دهد. در انتشارات بعدی، گریوز این مفهوم را به عنوان مدل انعکاسی اطلاعات توصیف می کند تا اینکه این مفهوم توسط ناسا به کار گرفته شد و در نهایت آن را به عنوان یک دوقلوی دیجیتال توصیف کرد.
چگونه می توانیم دوقلوهای دیجیتال را تصور کنیم؟ اساساً باید سه سطح از دوقلو دیجیتال را تشخیص دهیم: دیجیتال اصلی، سایه دیجیتال و دوقلوی دیجیتال.
دیجیتال اصلی به موازات توسعه محصول ایجاد می شود و بر اساس نتایج توسعه است. این شامل نمونه های اولیه مجازی با مدل های شبیه سازی و رفتار آنها و انواع و پیکربندی های محصول می شود. با شروع عمر یک نمونه واقعی از محصول، سایه دیجیتال به عنوان مثال با فرآیند سفارش یا شروع تولید به وجود می آید. این اشیاء واقعی سایه دیجیتالی را به دنیای مجازی می اندازند. به سادگی می توان داده هایی مانند شناسه ها و همچنین داده های پیچیده تر مانند داده های وضعیت، داده های تولید، داده های تعمیر و نگهداری یا داده های استفاده را مشاهده کرد. بسته به هدف دوقلوی دیجیتال، توضیح داده می شود که کدام داده ها باید در نظر گرفته شوند تا عملکردهای مورد نظر فعال شوند. اگر اکنون اطلاعات اولیه اصلی دیجیتال را با داده های سایه دیجیتال ترکیب کنیم، نتیجه دوقلوی دیجیتال است. اکنون می توان شبیه سازی و محاسبات را بر اساس دوقلوی دیجیتال انجام داد. علاوه بر این، ارائه خدمات خودکار مبتنی بر دوقلوی دیجیتال نیز می تواند به معنای پیوند محصولات و خدمات تولید شود.
شرکت‌ها برای یافتن راه‌های جدید برای افزایش ارزش کسب‌وکار، اغلب باید به فناوری‌های نوآورانه جدید تکیه کنند. ارائه موارد استفاده مختلف از دوقلوی دیجیتال می تواند یکی از عوامل محرک اصلی برای باز کردن حداکثر پتانسیل برای کسب و کار شما باشد. بنابراین از دوقلوهای دیجیتال برای چه می توان استفاده کرد؟
مفهوم فناوری دوقلوی دیجیتال چیزی بیش از نمایش مجازی یک جسم فیزیکی است. دوقلوی دیجیتال را می توان به عنوان یک ظرف دیجیتالی در نظر گرفت که تمام اطلاعات و داده های مربوطه را برای سازمان شما یکپارچه می کند. دوقلوهای دیجیتال را می توان در فرآیندهای مختلف کسب و کار به کار برد که یک جریان اطلاعات فرآیند پویا را فراهم می کند. بیایید نگاهی به سناریوهای مورد استفاده متفاوتی بیندازیم که بر فرآیندهای کسب و کار شما تأثیر می گذارد.
همانطور که مشاهده کردید، موارد استفاده متعدد و مزایایی هستند که یک دوقلوی دیجیتال می تواند ارائه دهد. واقعیت این است که دیجیتالی شدن ستون فقراتی است که به شما امکان می دهد با پیوند دادن جریان اطلاعات در تمام فرآیندهای تجاری، به سرعت به محیط های تجاری در حال تغییر واکنش نشان دهید. رویکرد دوقلوی دیجیتال یک ابزار صنعت 4.0 است که شرکت شما را به هم متصل و بهینه می کند و حداکثر پتانسیل‌های کسب و کار شما را نمایان می کند.
اگر نگاهی به مجلات و تحقیقات موجود بیندازیم، مشخص می گردد که پتانسیل مورد انتظار می تواند به دلیل معرفی دوقلوهای دیجیتال بسیار زیاد باشد. به عنوان مثال، Global market insight، بازار موجود بیش از 15 میلیارد دلار را در سال 2023 توصیف می کند. مطالعه ای از گارتنر توضیح می دهد که تقریباً نیمی از شرکت هایی که از فناوری IOT استفاده می کنند نیز قصد دارند دوقلوهای دیجیتالی را معرفی کنند. همچنین انتظار می‌رود که تعداد شرکت‌هایی که از دوقلوهای دیجیتال استفاده می‌کنند تا سال 2022 سه برابر شود. بنابراین جای تعجب نیست که Global market insight می‌گوید دوقلوهای دیجیتال یک روند فناوری استراتژیک برتر هستند. اما من به عنوان یک کارآفرین دقیقا چه انتظاری می توانم از یک دوقلوی دیجیتال داشته باشم؟ مطمئناً، ما در دسترس بودن داده ها را در کل چرخه عمر و پیوند بین داده ها افزایش می دهیم. کار ما مدل گرا و تا حدی خودکار خواهد بود. همه اینها فرصت های زیادی را به همراه خواهند داشت.
همانطور که می بینیم پتانسیل زیادی در ایجاد و اجرای دوقلوهای دیجیتال وجود دارد. اما وضعیت در صنعت چگونه است؟ این چیزی است که گارتنر متوجه شد. بر اساس این مطالعه، تقریباً یک چهارم تمام شرکت ها قبلاً از دوقلوهای دیجیتال استفاده می کردند. یک چهارم دیگر در آستانه است. آنها قصد دارند در آینده نزدیک از دوقلوهای دیجیتال استفاده کنند. بنابراین به نظر می‌رسد، زمان مناسبی برای ایجاد و راه اندازی دوقلوهای دیجیتال در شرکت شما است.
در این قسمت می خواهیم یک مقدمه کوتاه در مورد موضوع نمونه‌های موفقیت صنعتی دوقلوهای دیجیتال ارائه دهیم. این قسمت بخش های صنایع را پوشش می دهد و توضیح می دهد که چگونه از دوقلوهای دیجیتال برای بهبود کسب و کار در این بخش ها استفاده شده است.
موضوع دوقلوی دیجیتال نسبتاً جدید است و اطلاعات زیادی در آنجا وجود دارد که گیج کننده است. یک سوال که اغلب پرسیده می شود این است که: آیا دوقلوهای دیجیتال از قبل در دنیای ما وجود دارند؟ خوب، پاسخ این است که بله، آنها وجود دارند. بخش‌های صنعتی زیادی وجود داشته است که دوقلوهای دیجیتال در آنها پیاده‌سازی شده‌اند و مزایایی به دست آمده‌اند. بخش‌های صنعتی که دوقلوهای دیجیتال در آنها پیاده‌سازی می‌شوند یا زمینه اجرای آینده دارند، در اینجا ذکر شده‌اند.
در بخش انرژی، دوقلوهای دیجیتالی برای نظارت بر توربین‌های بادی یا توربین‌های بخار برای بهبود عملکرد برای کاربردهای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده استفاده می‌شوند. در بخش هوافضا، دوقلوهای دیجیتال در هواپیماها و سفینه‌های فضایی برای نظارت و کنترل پارامترهای حیاتی اجرا می‌شوند. به عنوان نمونه ای از یک برنامه تولید، تولید خودرویی است که به عنوان یک دوقلوی دیجیتال برای بهبود آمار تولید پیاده سازی شده است. در بخش سلامت و تندرستی تلاش هایی برای تکثیر انسان و اندام های آنها به منظور پیش بینی بیماری ها از قبل انجام می شود. به عنوان بخشی از پروژه های شهر هوشمند، خطوط لوله و آسانسورها به دوقلوهای دیجیتالی خود متصل شده اند تا خدمات و طول عمر آنها را بهبود بخشند. در بخش مخابرات، شبکه های 5G با استفاده از دوقلوهای دیجیتال برای بهینه سازی عملکرد شبکه نقشه برداری می شوند. در ادامه، نمونه هایی از دوقلوهای دیجیتال در این بخش ها بیشتر توضیح داده می شود.
جنرال الکتریک به توسعه دوقلوهای دیجیتال توربین های بادی و مزارع بادی کمک می کند. نقش دوقلوی دیجیتال در اینجا بهینه سازی و نظارت بر مزارع بادی از راه دور به منظور افزایش بازده تولید انرژی است. جنرال الکتریک از پلت فرم predix برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل داده ها استفاده می کند. علاوه بر این، آنها تاریخچه عملیاتی را برای برنامه های تعمیر و نگهداری پیش بینی کننده ذخیره می کنند. اطلاعات زمینه ای مانند شرایط آب و هوایی به پیش بینی و بهبود عملکرد مزارع بادی کمک می کند. دوقلوهای دیجیتال بهینه سازی عملیات و برنامه ریزی برنامه های تعمیر و نگهداری را نیز امکان پذیر می کنند.
یکی از مشتریان نیز افزایش 16 درصدی در تولید انرژی سالانه را گزارش کرده است. مازراتی یک دوقلوی دیجیتالی از کل تولید خودرو را با همکاری زیمنس توسعه داده است. هدف اصلی نظارت و بهینه سازی فرآیند تولید بود. ابزار مورد استفاده زیمنس Tecnomatix برای شبیه سازی فرآیندهای تولید، چارچوب مهندسی پورتال Tia برای اتوماسیون کارخانه، Simatic IT برای برنامه ریزی و بهینه سازی فرآیندهای تولید استفاده شده است. Teamcenter نیز به عنوان ستون فقرات PLM استفاده شده است. این پیاده سازی به مازراتی کمک کرد تا با تولید سه خودروی اضافی، تولید را بهبود بخشد و همچنین به مدیریت خط تولید بسیار سفارشی مازراتی کمک کرد.
این بخش به فناوری هایی می پردازد که برای تحقق واقعی یک دوقلوی دیجیتالی مورد نیاز هستند. بنابراین هنگامی که ما به پیاده سازی دوقلوهای دیجیتال در سطح فناوری فکر می کنیم، ممکن است سوالات زیر مطرح شود. برای ساختن یک دوقلوی دیجیتالی به چه فناوری هایی نیاز دارم؟ آیا راه‌حل‌ها و فن‌آوری‌های پشتیبانی در حال حاضر برای استفاده آسان وجود دارد؟ آیا مراحلی از رویه هایی وجود دارد که برای توسعه سیستماتیک یک دوقلوی دیجیتال باید دنبال کنم؟ این بخش پاسخ این سوالات را در اختیار شما قرار می دهد.
به منظور سهولت درک بلوک های فناوری و فرآیندهای ساخت یک دوقلوی دیجیتال، یک معماری سیستم ساده توسعه داده شده است که در اینجا نشان داده شده است.
این فرایند شامل چهار مرحله است که از مدل چرخه حیات دوقلوی دیجیتالی مشتق شده است. یعنی شروع، مدل سازی، غنی سازی و استفاده، و استفاده مجدد. که هر یک از آنها دارای بلوک های فناوری هستند که برای تحقق یک دوقلوی دیجیتال باید در نظر گرفته شوند. در ادامه، این موارد به صورت مرحله به مرحله همراه با مثال توضیح داده خواهد شد.
در مرحله شروع (Initiation) همه چیز در مورد شناسایی دامنه‌ی دوقلوی دیجیتال و استخراج الزامات اساسی است. به عنوان مثال، من می‌خواهم یک دوقلوی دیجیتال برای تعمیر و نگهداری پیش‌بینانه یک خودرو ایجاد کنم. اولین گام شناسایی محدوده دیجیتال دوقلو است و در این مثال scope یک محصول دوقلوی دیجیتالی یک خودرو است که پارامترهای مختلفی را نظارت می کند که به تعمیر و نگهداری پیش‌بینانه کمک می کند. مدل کسب و کار باید برای خدمات بهتر برنامه ریزی گردد و مدل مالی برای کمک به کاهش هزینه های نگهداری و سرویس است. گام بعدی شناسایی الزامات اساسی به منظور توسعه دوقلوی دیجیتال بر اساس محدوده تعریف شده،مدل کسب و کار و مالی است. برای مثال، الزام به جمع‌آوری داده‌ها از موتور خودروها و الزامات تجزیه و تحلیل داده‌ها و الزامات بعدی در اینجا تعریف می‌شوند. هنگامی که الزامات اساسی برای دوقلوی دیجیتال مشخص شد، فاز بعدی فاز مدل‌سازی است. برای یک جسم فیزیکی، نمونه منحصر به فرد آن در دنیای دیجیتال ایجاد می شود تا یک دوقلوی دیجیتالی را تشکیل دهد. این مدل با داده ها و سیستم های موجود به منظور تعامل با شرکت و ارائه عملکردها مرتبط است. همچنین دوقلوی دیجیتال با داده‌های متنی و قدیمی در ارتباط است تا نمایش کاملی از شی در محیط خود ارائه دهد. به عنوان مثال، یک دوچرخه در محیط تولید و کار احتمالی خود با داده های محیطی متنی خود مدل سازی می‌شود. هنگامی که مدل دیجیتال دوقلو آماده و متصل شد، باید داده‌ها غنی‌سازی شوند و برای رسیدن به هدف مورد استفاده قرار گیرد. این ما را با غنی‌سازی و بهره برداری مواجه می‌کند. برای دریافت داده از جسم فیزیکی، برقراری ارتباط بین جسم فیزیکی و دوقلوی دیجیتال مهم است. داده های جمع آوری شده باید ذخیره، تجزیه و تحلیل و تجسم شوند تا مدل کسب و کار تعریف شده برای دوقلوی دیجیتال محقق گردد. از این رو در این صورت موارد زیر باید در نظر گرفته شود: پروتکل ها و استانداردهای اتصال، امنیت، میان افزار، ذخیره سازی داده ها و علم داده مورد نیاز بر اساس نیاز برنامه ها.
یک دوقلو دیجیتال موجود مجموعه ای از مدل ها، شبیه سازی ها و داده های عملیاتی، داده های قدیمی و بسیاری از عناصر دیگر است. از این رو مهم است که مدیریت نسخه را برای حفظ سوابق واضح از دوقلوی دیجیتال در نظر بگیرید، زیرا استفاده مجدد آسان را تسهیل می کند.
منبع: Coursera: Mastering Digital Twins, Enrique Barra & Asja Kamenica, offered by EIT Digital
