إذا أراد مصنع اختبار إحدى الآلات الجديدة، وكانت هناك تخوفات من نتائج التشغيل الأولي، أو قامت شركة بتطوير إحدى مُعداتها وتريد اختبار التطوير وتخيل نتائجه الواقعية بعيدًا عن التصورات النظرية فإن أفضل وسيلة لذلك هي إقامة “توأم رقمي” افتراضي لتظهر التفاصيل الدقيقة لهذا التطوير أو لاستخدام الآلة الجديدة أو غير ذلك.
والتوأم الرقمي هو نموذج افتراضي لكائن أو نظام يتم تصميمه ليعكس تفاصيل هذا النظام أو الكائن ليسهل التنبؤ بردود فعل أو استجابات هذا الكائن بدقة. فهو يغطي دورة حياة الكائن، ويتم تحديثه من البيانات في الوقت الفعلي ويستخدم المحاكاة والتعلم الآلي والتفكير للمساعدة في اتخاذ القرارات.
آلية عمل تقنية التوأم الرقمي
يتم تجهيز الكائن المزمع دراسته -على سبيل المثال، توربينات الرياح- بأجهزة استشعار مختلفة تتعلق بالمجالات الوظيفية الحيوية. وتنتج هذه المستشعرات بيانات حول جوانب مختلفة من أداء الجسم المادي، مثل إنتاج الطاقة ودرجة الحرارة والظروف الجوية وغيرها. ويتلقى نظام المعالجة هذه المعلومات ويطبقها على النسخة الرقمية.
وبعد تزويده بالبيانات ذات الصلة، يمكن استخدام النموذج الرقمي لإجراء عمليات محاكاة مختلفة، وتحليل مشاكل الأداء المحتملة في الواقع، وإنشاء التحسينات المحتملة لتطبيقها على أرض الواقع لاحقًا، حيث إن الهدف النهائي هو الحصول على معرفة قيمة يمكن استخدامها لتحسين الكيان المادي الأصلي.
التوائم الرقمية مقابل المحاكاة
على الرغم من أن كلاً من المحاكاة والتوائم الرقمية تستخدم نماذج رقمية لتكرار العمليات المختلفة للنظام، إلا أن التوأم الرقمي هو في الواقع بيئة افتراضية، مما يجعله أكثر ثراءً للدراسة.
الفرق بين التوأم الرقمي والمحاكاة هو إلى حد كبير مسألة مقياس، في حين أن المحاكاة تدرس عادة عملية واحدة معينة، يمكن للتوأم الرقمي تشغيل أي عدد من المحاكاة المفيدة لدراسة عمليات متعددة.
من خلال الحصول على بيانات أفضل ومحدثة باستمرار تتعلق بمجموعة واسعة من المجالات، جنبًا إلى جنب مع قوة الحوسبة المضافة التي تصاحب البيئة الافتراضية.
يمكن للتوائم الرقمية دراسة المزيد من القضايا من وجهات نظر أكثر بكثير مما يمكن للمحاكاة القياسية، مع إمكانات نهائية أكبر لتحسين المنتجات والعمليات.
أنواع التوائم الرقمية
هناك العديد من أنواع التوأم الرقمية المختلفة، والتي يمكن أن تعمل جنبًا إلى جنب داخل نفس النظام. الفرق الأكبر بين هذين التوأمين هو مجال التطبيق.
|
أنواع التوائم الرقمية لمعرفة الاختلافات وكيفية تطبيقها |
|
|
التوائم المكّونة |
– التوائم المكونة، أو أجزاء التوائم، هي التمثيل الرقمي لقطعة واحدة من النظام بأكمله. – وهذه أجزاء أساسية من تشغيل أحد الأصول، مثل محرك داخل توربينات الرياح. |
|
توائم الأصول |
– عندما يعمل مكوّنان أو أكثر معًا، فإنهم يشكلون ما يُعرف باسم الأصل. يتيح توأما الأصول دراسة تفاعل هذه المكونات، ما يخلق ثروة من بيانات الأداء التي يمكن معالجتها ثم تحويلها إلى رؤى قابلة للتنفيذ. |
|
توأم النظام أو الوحدة |
– يتضمن المستوى التالي من التكبير توأم النظام أو الوحدة، وهو يوضح كيف تعمل الأصول المختلفة معًا كجزء من نظام أوسع. – وتتيح الرؤية التي توفرها تقنية النظام المزدوج اتخاذ قرارات بشأن تحسينات الأداء أو الكفاءة.
|
|
التوائم العملية |
– تكشف عملية التوائم، المستوى الكلي للتكبير، عن كيفية عمل الأنظمة معًا لإنشاء منشأة إنتاج كاملة. – تُظهر توائم العملية البيئة الرقمية لكائن كامل وتوفر نظرة ثاقبة حول كيفية عمل مكوناته وأصوله ووحداته المختلفة معًا. – على سبيل المثال، هل تمت مزامنة جميع هذه الأنظمة للعمل بكفاءة قصوى، أم أن التأخير في نظام واحد سيؤثر على الأنظمة الأخرى؟ – يمكن أن يساعد توأم العملية في تحديد مخططات التوقيت الدقيقة التي تؤثر في النهاية على الفعالية الإجمالية. |
تطبيقات تقنية التوائم الرقمية
تستخدم التوائم الرقمية بالفعل على نطاق واسع في التطبيقات التالية:
|
استخدامات التوائم الرقمية في التطبيقات |
|
|
معدات توليد الطاقة |
– تستفيد المحركات الكبيرة، بما في ذلك المحركات النفاثة ومحركات القاطرات وتوربينات توليد الطاقة، بشكل كبير من استخدام التوائم الرقمية، خاصة للمساعدة في وضع أطر زمنية للصيانة اللازمة بانتظام. |
|
البناء |
– تقوم فرق البناء بإنشاء توائم رقمية لتخطيط مشاريع سكنية وتجارية وبنية تحتية بشكل أفضل مع توفير صورة في الوقت الفعلي لكيفية تقدم المشاريع الحالية. – ويستخدم المهندسون المعماريون أيضًا التوائم الرقمية كجزء من تخطيط مشروعهم من خلال الجمع بين النمذجة ثلاثية الأبعاد للمباني والتكنولوجيا الرقمية المزدوجة. – كما يستخدم مديرو المباني التجارية التوائم الرقمية لمراقبة درجة الحرارة الحية والتاريخية، وبيانات الإشغال وجودة الهواء داخل الغرف والمساحات المفتوحة لتحسين راحة الركاب. |
|
عمليات التصنيع |
– نظرًا لأن التوائم الرقمية تهدف إلى عكس دورة حياة المنتج بالكامل، فليس من المستغرب أن تصبح التوائم الرقمية في دورة حياة التصنيع بأكملها، بدءًا من التصميم والتخطيط إلى صيانة المرافق القائمة وتوجيه المنتجات. – يسمح النموذج الرقمي الأولي المزدوج بمراقبة معداتك في جميع الأوقات وتحليل بيانات الأداء التي توضح كيفية عمل جزء معين أو كامل مصنعك. |
|
خدمات الرعاية الصحية |
– تُستخدم التوائم الرقمية في صناعة الرعاية الصحية لعدة حالات. وتشمل هذه الحالات بناء توائم افتراضية لمستشفيات بأكملها، ومرافق الرعاية الصحية الأخرى، والمختبرات، وتشغيل المحاكاة لإظهار كيفية استجابة المرضى لعلاجات محددة. |
|
صناعة السيارات |
– يتم استخدام التوائم الرقمية على نطاق واسع في تصميم السيارات، سواء لتحسين أداء السيارة أو زيادة الكفاءة المحيطة بإنتاجها. – يمكن أن يمنح رؤى حول هيكل السيارة بالإضافة إلى النماذج البرمجية والميكانيكية والكهربائية. |
مستقبل التوأم الرقمي
إن مستقبل التوائم الرقمية لا حدود له سيّما مع الكم الهائل من القوة المعرفية التي توفرها عند استخدامها.
لذلك، يتعلم التوائم الرقميون باستمرار مهارات وقدرات جديدة، ما يعني أنه يمكنهم الاستمرار في تقديم الرؤى اللازمة لتحسين المنتجات والعمليات لتعمل بالصورة الأمثل.
