تکنولوژی دوقلوی دیجیتال چیست و چگونه کار می‌کند؟

نویسنده: اسماعیل طاهری

بهمن ۲۸, ۱۳۹۹
عظیم مدیا 8 مقالات 8 تحقیق و توسعه 8 تکنولوژی دوقلوی دیجیتال چیست و چگونه کار می‌کند؟
معرفی فناوری دوقلوی دیجیتال
زمان مطالعه: ۷ دقیقه

دوقلوی دیجیتال نمایش دیجیتالی یک جسم فیزیکی، فرآیند یا سرویس است. یک همزاد دیجیتال می‌‌تواند یک کپی دیجیتالی از یک شیء در دنیای فیزیکی مانند موتور جت، نیروگاه‌های بادی، یا حتی موارد بزرگ‌تر مانند ساختمان‌ها یا حتی کل شهر باشد. همچنین از فناوری دوقلو‌های دیجیتال می‌توان برای تکثیر فرآیندها به‌منظور جمع‌آوری داده‌ها برای پیش‌بینی عملکرد آنها استفاده کرد. در واقع یک همزاد دیجیتال، یک برنامه رایانه‌ای است که با استفاده از داده‌های دنیای واقعی، شبیه‌سازی‌هایی را ایجاد می‌کند که می‌توانند عملکرد یک محصول یا یک فرآیند را پیش‌بینی کنند. این برنامه‌ها می‌توانند با کمک اینترنت اشیا (صنعت ۴.۰)، هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل نرم افزار‌ها، میزان خروجی را افزایش دهند. با پیشرفت یادگیری ماشین و عواملی همچون داده‌های بزرگ، این مدل‌ها و الگوهای مجازی به یک اصل مهم در مهندسی مدرن برای ایجاد نوآوری و بهبود عملکردها تبدیل شده‌اند.

در ادامه می‌خوانیم:

نحوه عملکرد فناوری دوقلوی دیجیتال

نحوه عملکرد دوقلوی دیجیتال

برای ایجاد یک دوقلوی دیجیتال، متخصصان ریاضی کاربردی یا علوم داده در مورد فیزیک و داده‌های عملیاتی یک شیء فیزیکی یا یک سیستم، شروع به تحقیق می‌کنند تا بتوانند یک مدل ریاضی از آن را شبیه‌سازی کنند. توسعه دهندگان دوقلوهای دیجیتال باید اطمینان حاصل کنند که مدل رایانه‌ای مجازی می‌تواند از حسگرهایی که داده‌های نسخه دنیای واقعی را جمع‌آوری می‌کنند، بازخورد دریافت کند. در نتیجه، نسخه دیجیتال می‌تواند هر آنچه در نسخه اصلی وجود دارد را در آن لحظه، تقلید و شبیه‌سازی کند.

یک همزاد دیجیتال می‌تواند به همان اندازه که شما نیاز دارید پیچیده یا ساده طراحی شود و با مقادیر مختلف داده تعیین می‌کند که مدل دقیقاً چگونه نسخه فیزیکی دنیای واقعی را شبیه‌سازی می‌کند. از همزاد دیجیتال به همراه نمونه اولیه می‌توان برای ارائه بازخورد محصول در هنگام تولید استفاده کرد یا حتی نمونه اولیه می‌تواند به عنوان نمونه واقعی در کنار نسخه فیزیکی ارائه شود.

حل چالش‌ها با دوقلوی دیجیتال

از آنجا که دوقلوی دیجیتال در طیف وسیعی از صنایع، از خودروسازی گرفته تا بهداشت و تولید برق، قابل استفاده است، برای حل بسیاری از چالش‌ها مورد بررسی قرار می‌گیرد. می‌توان به چالش‌هایی همچون آزمایش خستگی و مقاومت در برابر خوردگی توربین‌های بادی دریایی و بهبود کارایی در اتومبیل‌های مسابقه‌ای اشاره کرد. از این فناوری 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 نیز استفاده می‌شود. یک همزاد دیجیتال به کاربران این امکان را می‌دهد تا راه‌حل‌های مربوط به توسعه چرخه عمر محصول، تولید و بهبود فرآیند تولید محصول و آزمایش نمونه اولیه را بررسی کنند. در چنین مواردی، یک همزاد دیجیتال عملاً می‌تواند مشکل را در نمونه، شناسایی و قبل از مرحله تولید، آن را رفع کند.

تاریخچه دوقلوهای دیجیتال

برای اولین بار در سال ۱۹۹۱، مفهوم دوقلوهای دیجیتال در کتاب دیوید گلرنتر با عنوان “Mirror Worlds” مطرح شد و مایکل گریوز اولین نفری بود که از موسسه فناوری فلوریدا قصد داشت این مفهوم را در تولیدات خود به کار گیرد. در سال ۲۰۰۲، گریوز به دانشگاه میشیگان منتقل شد و به‌طور رسمی در کنفرانس انجمن مهندسان تولید در تروی، مفهوم دوقلوی دیجیتال را معرفی و تشریح کرد؛ اما این ناسا بود که برای اولین بار مفهوم همزاد دیجیتال را پذیرفت و در سال ۲۰۱۰، جان ویکرز از ناسا از این ایده و فناوری برای ایجاد شبیه‌سازی دیجیتالی کپسول‌های فضایی استفاده کرد. زمانی که گارتنر این فناوری را به‌عنوان یکی از ۱۰ روند برتر استراتژیک فناوری معرفی کرد، مفهوم همزاد دیجیتال در سال ۲۰۱۷ بسیار گسترش یافت. از آن زمان تا به امروز، این مفهوم در مجموعه‌ای از برنامه‌ها و فرآیندهای صنعتی در حال توسعه، مورد استفاده قرار گرفته است.

انواع دوقلوی دیجیتال

انواع همزاد دیجیتال

دوقلوی دیجیتال را می‌توان به سه نوع تقسیم کرد که زمان‌های مختلف استفاده از فرآیند را نشان می‌دهند:

  • مدل پیش الگوی دوقلوی دیجیتال (Digital Twin Prototype) DTP: این کار قبل از تولید یک محصول فیزیکی انجام می‌شود.
  • نمونه دوقلوی دیجیتال Digital Twin Instance) DTI): این کار پس از تولید روی یک محصول به منظور اجرای آزمایش‌ها‎ با سناریوهای مختلف انجام می‌شود.
  • جمع‌آوری دوقلوی دیجیتال DTA: این مدل، اطلاعات DTI را برای تعیین قابلیت‌های یک محصول، اجرای پیش آگهی‌ها و آزمایش پارامترهای عملیاتی جمع‌آوری می‌کند.

هر زمان که محصول یا فرآیندی باید آزمایش شود، چه در مرحله طراحی، اجرا، نظارت و چه در مرحله بهبود محصول، از دوقلوهای دیجیتال می‌توان برای صرفه‌جویی در وقت و هزینه استفاده کرد.

مزایای استفاده از دوقلوی دیجیتال

مزیت های همزاد دیجیتال

مزایای استفاده از دوقلوی دیجیتال بسته به زمان و مکان استفاده از آن، متفاوت است. به‌عنوان مثال، استفاده از همزاد دیجیتال برای نظارت بر محصولات موجود مانند توربین بادی یا خط لوله انتقال نفت، می‌تواند هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. از دوقلوهای دیجیتال همچنین می‌توان برای نمونه‌سازی قبل از تولید، کاهش ایرادات محصول و کوتاه شدن زمان عرضه محصول به بازار استفاده کرد. از سایر موارد استفاده از همزاد دیجیتال می‌توان به بهبود فرآیند، چه نظارت بر سطح کارکنان در برابر خروجی و چه هم ترازی یک زنجیره تأمین با نیازهای تولید یا نگهداری اشاره کرد.

از مزایای مشترک این فناوری می‌توان به افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن از طریق نظارت و شبیه‌سازی برای بهبود عملکرد اشاره کرد. این فناوری همچنین می‌تواند خطر اتفاقات و خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده را کاهش داده، با پیش‌بینی خرابی قبل از وقوع خرابی، هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش داده و با برنامه‌ریزی نگهداری، تعمیر و سفارش قطعات جایگزین، از تأثیر منفی بر اهداف تولید جلوگیری ‌کند. همزاد دیجیتال همچنین می‌تواند با تجزیه و تحلیل مدل‌های سفارشی سازی، پیشرفت مستمر داشته باشد و از طریق آزمایش عملکرد در زمان واقعی، کیفیت محصول را تضمین کند.

با تمام ویژگی‌های منحصر به فرد این فناوری، استفاده از همزاد دیجیتال در تمام زمینه‌ها مناسب و کاربردی نیست و می‌تواند پیچیدگی‌ها را افزایش دهد. برخی از مشکلات کسب و کار به سادگی و بدون استفاده از همزاد دیجیتال، بدون سرمایه‌گذاری و صرف زمان و هزینه بسیار، قابل حل هستند.

کاربرد دوقلوهای دیجیتال

کاربردهای دوقلوی دیجیتال

دوقلوهای دیجیتال در طیف گسترده‌ای از صنایع و با کاربردها و اهداف مختلفی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از نمونه‌های قابل توجه عبارت اند از:

  • تولید

دوقلوهای دیجیتال می‎توانند زمان تولید را کاهش داده و تولید را کارآمدتر و ساده‌تر کنند.

  • خودروسازی

یک نمونه استفاده از دوقلوهای دیجیتال، در صنعت خودرو است که با جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل داده‌های عملیاتی، یک وسیله نقلیه به‎منظور ارزیابی وضعیت آن در نسخه واقعی و اطلاع از پیشرفت‌های محصول، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

  • فروش

خارج از تولید و صنعت، از دوقلوی دیجیتال در بخش خرده‌فروشی برای مدل‌سازی و افزایش تجربه مشتری چه در سطح یک مرکز خرید و چه در سطح فروشگاه‌های خاص استفاده می‌شود.

  • مراقبت‌های بهداشتی

بخش پزشکی از همزاد دیجیتال در زمینه‌هایی مانند اهدای عضو، آموزش جراحی و روش‌های خطرساز، بهره‌مند شده است. این فناوری افرادی که در بیمارستان‌ها هستند، اماکنی که ممکن است عفونت وجود داشته باشد و کسانی که ممکن است از طریق تماس با عفونت در معرض خطر باشند را مدل‌سازی و مشخص می‌کند.

  • مدیریت بحران

تغییرات آب و هوایی جهانی در سال‌های اخیر در سراسر جهان تأثیرات مخرب بسیاری را بر جای گذاشته است. همزاد دیجیتال می‌تواند با ایجاد آگاهی از زیرساخت‎های هوشمند، برنامه‌های واکنش اضطراری و نظارت بر تغییرات آب و هوا، با این تغییرات و اثرات مخرب آن مقابله کند.

  • شهرهای هوشمند

همچنین می‌توان از دوقلوهای دیجیتال برای کمک به پایداری بیشتر اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی شهرها استفاده کرد. مدل‌های مجازی می‌توانند تصمیمات برنامه‌ریزی شده را هدایت کنند و راه‌حل‌هایی برای بسیاری از چالش‌های پیچیده شهرهای مدرن ارائه دهند. به‌عنوان مثال، با پاسخ‌های به‌موقع به مشکلات می‌توان جلوی برخی از اتفاقات را گرفت. با استفاده از دوقلوهای دیجیتال می‌توان از ظرفیت بیمارستان‌ها آگاه شد تا در برابر بحران‌ها، واکنش‌ها هدفمند باشند.

بهره‌وری بالا با استفاده از تکنولوژی دوقلوی دیجیتال

فناوری دوقلوی دیجیتال به بسیاری از مشاغل و کسب و کارها کمک کرده است تا در زمان و هزینه، صرفه‌جویی کنند و عملکرد و بهره‌وری خود را بهبود ببخشند. همچنین با استفاده از این فناوری، تجهیزات در شرایط بهتر و مطلوب‌تری نگهداری می‌‌شوند و هزینه تعمیر آنها کاهش پیدا می‌کند. می‌توان گفت این فناوری توانسته است روش‌های سنتی را پشت سر گذاشته و در مراحل طراحی، ساخت و برنامه‌ریزی، تغییرات محسوسی را ایجاد کرده است. کسب و کارهایی که محصولات پیچیده تولید می‌کنند، استفاده از این فناوری در ساخت و تولید محصولات، کمک زیادی به آنها می‌کند و بهره‌وری آن‌ها را بسیار بالا می‌برد.

سؤالات پر تکرار

۱. دوقلوی دیجیتال چیست؟

دوقلوی دیجیتال یک مدل نرم‌افزاری فعال از یک شی فیزیکی است که شامل اندازه، قطعات و عملکرد محصول می‌باشد و اطلاعات فعلی و گذشته را با استفاده از سنسورهایی که روی محصول مستقر هستند، ذخیره و سپس تجزیه ‌و تحلیل می‌کند.

۲. دوقلوی دیجیتال چه تأثیری بر صنعت دارد؟

از طریق تلفیق فناوری‌هایی مانند هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، همزاد دیجیتال یک مدل را شبیه‌سازی می‌کند که می‌تواند در کنار یا به جای نمونه فیزیکی استفاده شود. یک همزاد دیجیتال به صنعت اجازه می‌دهد تا زمان خرابی را پیش‌بینی کند، نسبت به شرایط متغیر، به موقع واکنش نشان دهد و طراحی‌های بررسی و ویرایش شده را بدون صرف هزینه و زمان، آزمایش کند.

۳. نحوه کار دوقلوهای دیجیتالی چگونه است؟

دوقلو‌های دیجیتالی با دریافت سیگنال‌های ورودی از سنسور‌های متصل به جسم فیزیکی، نحوه رفتار جسم را در محیط مجازی توصیف می‌کنند. از این اطلاعات برای اجرای شبیه‌سازی یا اصلاح نمونه اولیه قبل از ارائه محصول نهایی استفاده می‌کنند.

۴. اهمیت دوقلوی دیجیتال در کسب و کار چیست؟

تصمیم‌گیری بر اساس نقاط قوت و نقاط ضعف کار و صرفه‌جویی در زمان و هزینه‌ها برای اصلاح نمونه، از مهم‌ترین مزیت‌های استفاده از این فناوری در کسب و کارها هستند.

۵. موارد استفاده از دوقلوهای دیجیتال چیست؟

بهداشت و درمان، خودروسازی، تولید، فروشگاه‌ها، تعمیر و نگهداری هواپیما، معماری، آب و فاضلاب، مخابرات و پتروشیمی، از جمله حوزه‌هایی هستند که توسط فناوری دوقلوی دیجیتال متحول شده‌اند.

نکات کلیدی:

کاربرد انواع دوقلوی دیجیتال:

DTP؛ قبل از تولید یک محصول فیزیکی

DTI؛ بعد از تولید محصول به منظور اجرای آزمایش

DTA؛ جمع‌اوری اطلاعات DTI برای تعیین قابلیت‌های یک محصول و آزمایش پارامترهای عملیاتی

منبع:

twi-global

پست‌های مرتبط

0 دیدگاه

۰ نظر