دوقلوهای دیجیتال(Digital Twin)

دوقلوی دیجیتال یک کپی دیجیتالی از یک شیء در دنیای فیزیکی مانند موتور جت، نیروگاه‌های بادی، یا حتی موارد بزرگ‌تر مانند ساختمان‌ها یا حتی کل شهر است. برای تکثیر فرآیندها به‌منظور جمع‌آوری داده‌ها برای پیش‌بینی عملکرد آنها می توان از دوقلوی دیجیتال بهره برد. در واقع یک همزاد دیجیتال، یک برنامه کامپیوتری است که با استفاده از داده‌های دنیای واقعی، می تواند شبیه‌سازی‌هایی را ایجاد ‌کند تا  عملکرد یک محصول یا یک فرآیند را پیش‌بینی کند.

این برنامه‌ها  با کمک اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل نرم افزار‌ها، می توانند میزان خروجی را افزایش دهند. با پیشرفت تکنولوژی هایی مانند یادگیری ماشین و داده‌های بزرگ، این مدل‌ها و الگوهای مجازی در مهندسی مدرن به یک اصل برای ایجاد نوآوری و بهبود عملکردها تبدیل شده‌اند.

برای ایجاد یک دوقلوی دیجیتال، متخصصان ریاضی کاربردی یا علوم داده درباره فیزیک و داده‌های عملیاتی یک شیء فیزیکی یا یک سیستم، تحقیق می‌کنند تا بتوانند یک مدل ریاضی از آن شبیه‌سازی کنند. محققان دوقلوهای دیجیتال باید مطمئن شوند که این مدل کامپیوتری مجازی می‌تواند از حسگرهایی که داده‌های نسخه دنیای واقعی را جمع‌آوری می‌کنند، اطلاعات لازم را دریافت کند. در اینصورت، نسخه دیجیتال می‌تواند هر چه در نسخه اصلی وجود دارد را در فورا، تقلید و شبیه‌سازی کند.

با خرید کالا از فروشگاه آرکا آنلاین یک فلش 32 گیگابایت با کیفیت هدیه بگیرید 
 

یک همزاد دیجیتال به اندازه نیاز کاربر پیچیده یا ساده طراحی می شود. می توان از همزاد دیجیتال به همراه نمونه اولیه برای ارائه بازخورد محصول در هنگام تولید استفاده کرد.

نحوه عملکرد دوقلوی دیجیتال

دوقلوی دیجیتال در طیف وسیعی از صنایع قابل استفاده است و برای حل بسیاری از مسائل می تواند مورد استفاده قرار بگیرد از جمله مواردی همچون آزمایش خستگی و مقاومت در برابر خوردگی توربین‌های بادی دریایی و بهبود کارایی در اتومبیل‌های مسابقه‌ای. این فن اوری در مدل‌سازی بیمارستان‎ها برای صرفه‌جویی در هزینه‎های نظارت بر بیمار، نگهداری پیشگیرانه، ارائه مراقبت‎های بهداشتی و پیدا کردن راه و روش‌های پیشرفت در این حوزه قابل استفاده است.

یک همزاد دیجیتال امکان یافتن راه‌حل‌های مشکلات مربوط به توسعه چرخه عمر محصول، تولید و بهبود فرآیند تولید محصول و آزمایش نمونه اولیه را بررسی کنند. بوسیله همزاد دیجیتال می تواند مشکل را در نمونه، شناسایی و قبل از مرحله تولید رفع نماید.

تاریخچه دوقلوهای دیجیتال

اصطلاح دوقلوهای دیجیتالی برای اولین بار توسط کتاب David Gelernter در سال ۱۹۹۱ به نام “Mirror Worlds” مطرح شد وMichael Grieves  از موسسه فناوری فلوریدا این مفهوم را در تولید به کار برد و در سال ۲۰۰۲، به طور رسمی مفهوم دوقلوهای دیجیتالی را در کنفرانس انجمن مهندسین تولید میشیگان معرفی کرد.

اما ناسا ابتدا مفهوم دوقلوهای دیجیتال را پذیرفت و این ایده را برای ایجاد شبیه‌سازی دیجیتالی کپسول‌های فضایی و آزمایش آن بکار برد.

مفهوم دوقلوهای دیجیتالی در سال ۲۰۱۷ زمانی که Gartner آن را به عنوان یکی از ۱۰ فناوری استراتژیک برتر معرفی نمود گسترش یافت. از آن به بعد، این مفهوم در مجموعه‌ای رو به رشد از برنامه‌ها و فرآیندهای صنعتی استفاده می‌شود.

خرید هارد اکسترنال ای دیتا مدل اچ دی ۷۱۰ پرو با ظرفیت ۱ ترابایت

طراحی دوقلوهای دیجیتال

گفتیم که دوقلوهای دیجیتال برای بازه گسترده‌ای از کاربردها قابلیت ایجاد و استفاده دارند. برای طراحی یک دوقلوی دیجیتالی، جمع‌آوری داده و ایجاد مدل‌های کامپیوتری به منظور آزمایش انجام می شود. این طراحی نیاز به یک واسط بین مدل دیجیتالی و یک شیء فیزیکی حقیقی برای ارسال و دریافت فیدبک و داده به صورت بلادرنگ (Real-Time) دارد.

داده‌ ها

یک همزاد دیجیتال برای این که بتواند بیانگر رفتارها یا حالاتی از موارد جهان حقیقی باشد نیاز به داده‌هایی درباره یک شی یا فرآیند دارد. این داده‌ها شامل موارد زیر است:

1. داده‌های مربوط به چرخه عمر یک محصول، شامل ویژگی‌های طراحی، فرآیندهای تولید یا اطلاعات مهندسی
2. اطلاعات تولید از جمله اطلاعات تجهیزات، مواد استفاده شده، قطعات، روش‌ها و کنترل کیفیت در فرآیندها
3. داده‌های مرتبط با کلیه عملیات، از جمله فیدبک‌های Real-Time، تحلیل تاریخی و سوابق تعمیر و نگهداری
4. اطلاعات کسب و کار و رویه‌های پایان کار

مدل‌ سازی

پس از جمع آوری داده ها، از آنها برای ایجاد مدل‌های تحلیل کامپیوتری برای نشان دادن اثرگذاری عملکرد، پیش‌بینی حالت‌هایی از جمله خستگی و تعیین رفتارها استفاده می شود. این مدل‌ها فعل و انفعالاتی بر اساس شبیه‌سازی‌های مهندسی، فیزیک، شیمی، آمار، یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، منطق کسب و کار یا اشیاء را ارائه می دهند، همچنین می‌توانند به صورت سه بعدی نمایش داده شوند و مدل‌های واقعی را کامل کنند و به درک کاملتر یافته‌ها کمک کند.

اتصال

اطلاعات بدست آمده از دوقلوی دیجیتال و شبیه‌سازی مدلهای آنها را می توان برای ایجاد یک نمای کلی با یکدیگر ترکیب کرد. مثلا می‌توان یافته‌های چندین دوقلوی دیجیتالی را در یک خط تولید دوقلو به کار گرفت تا در گام بعدی به شکل یک Digital Twin در مقیاس کارخانه تبدیل شود. با استفاده از دوقلوهای دیجیتالی متصل به این صورت، فعال‌سازی کاربردهای صنعتی برای توسعه‌ عملیاتی در جهان واقعی و بهبود عملکرد آن‌ها امکان‌پذیر خواهد شد.

انواع دوقلوی دیجیتال

1. مدل پیش الگوی دوقلوی دیجیتال (Digital Twin Prototype) DTP: استفاده از این مدل قبل از تولید یک محصول فیزیکی انجام می‌شود.
2. نمونه دوقلوی دیجیتال Digital Twin Instance) DTI): این نمونه پس از تولید روی یک محصول به منظور اجرای آزمایش‌ها‎ با سناریوهای مختلف استفاده می شود.
3. جمع‌آوری دوقلوی دیجیتال DTA: هدف از ساخت این مدل، جمع آوری اطلاعات DTI را برای تعیین قابلیت‌های یک محصول، اجرای پیش آگهی‌ها و آزمایش پارامترهای عملیاتی می باشد.

در هر مرحله از فرایند تولید، می توان از دوقلوهای دیجیتال می‌توان برای صرفه‌جویی در وقت و هزینه استفاده کرد

مزایای استفاده از دوقلوی دیجیتال

1. استفاده از همزاد دیجیتال در مرحله تولید محصول می‌تواند هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.
2. دوقلوهای دیجیتال در نمونه‌سازی قبل از تولید و کاهش ایرادات محصول و کوتاه شدن زمان عرضه محصول به بازار کاربرد دارد.
3.  همزاد دیجیتال می‌تواند در نظارت بر سطح کارکنان و هم ترازی یک زنجیره تأمین با نیازهای تولید یا نگهداری استفاده شود.
4. افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن از طریق نظارت و شبیه‌سازی برای بهبود عملکرد مزیت دیگر این تکنولوژی می باشد.
5. این فن اوری می‌تواند خطر اتفاقات و خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده را کاهش داده، با پیش‌بینی خرابی قبل از وقوع خرابی، هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد.
6. همزاد دیجیتال همچنین می‌تواند با تجزیه و تحلیل مدل‌های سفارشی سازی، از طریق آزمایش عملکرد در زمان واقعی، کیفیت محصول را تضمین کند.
7. فن اوری دوقلوی دیجیتال به شرکت‌های معدنی امکان انجان عملیات آزمایش بدون خطر را برای استفاده از ابتکارات و نوآوری‌های مختلف فراهم می کند.
8. اطمینان از کیفیت محصول از طریق انجام آزمایشها به صورت Real-Time
9. دوقلوهای دیجیتال می‎توانند زمان تولید را کاهش دهند و تولید را کارآمدتر و ساده‌تر کنند.
10. در صنعت خودروسازی، حسگرهای تله‌متری فیدبیکی از وسایل نقلیه با برنامه دوقلوی دیجیتالی فراهم می گردد.
11.  دوقلوی دیجیتال در بخش خرده‌فروشی برای مدل‌سازی و افزایش تجربه مشتری چه در سطح یک مرکز خرید و چه در سطح فروشگاه‌های خاص قابل استفاده است.
12. بخش پزشکی از همزاد دیجیتال در زمینه‌های اهدای عضو، آموزش جراحی و روش‌های خطرساز، بهره‌مند شده است.
13. در زمینه تغییرات آب و هوا همزاد دیجیتال می‌تواند با ایجاد آگاهی از زیرساخت‎های هوشمند، برنامه‌های واکنش اضطراری و نظارت بر تغییرات آب و هوا آماده کند و با این تغییرات و اثرات مخرب آن مقابله کند.
14.  از دوقلوهای دیجیتال برای کمک به پایداری بیشتر اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی شهرها استفاده کرد.
15. مدل‌های مجازی می‌توانند تصمیمات برنامه‌ریزی شده را هدایت کنند و راه‌حل‌هایی برای بسیاری از چالش‌های پیچیده شهرهای مدرن ارائه دهند.
16. استفاده از فناوری دوقلوی دیجیتال در بسیاری مشاغل می تواند باعث صرفه جویی در زمان و هزینه شود.
17. با استفاده از این فن اوری، تجهیزات در شرایط بهتر و مطلوب‌تری نگهداری می‌‌شوند و هزینه تعمیر آنها کاهش می یابد.

با این حال و با وجود تمام مزایای ذکر شده، دوقلوی دیجیتال به دلیل افزایش پیچیدگی، مناسب همه کاربردها نیست.

خدایا شکرت