التوأم الرقمي: ليس مجرد صورة، بل أكثر من مجرد مخطط ومخطط

خلال برنامج فضائي في عام 1960، استخدمت وكالة ناسا فكرة التوأمة الأساسية من خلال إنشاء نسخة مادية مكررة من الأنظمة التي كانت موجودة في المركبات الفضائية على الأرض. وفي نهاية المطاف، تم استبدال تلك الأنظمة الفيزيائية المكررة بمحاكاة حاسوبية. كان هذا الاستبدال مهمًا جدًا لأنه لم يقلل التكلفة فحسب. كما أن برامج الكمبيوتر كانت محمولة ويمكن تقييمها من أي مكان.

في عام 2016، انطلق مصطلح التوأم الرقمي بالفعل بعد أن أدرجت شركة Gartner، وهي شركة أبحاث واستشارات عالمية، التوائم الرقمية كواحدة من "أفضل 10 اتجاهات تكنولوجية استراتيجية لعام 2017" قائلة إنه في غضون ثلاث إلى خمس سنوات، "ستتم مليارات الأشياء ممثلة بالتوائم الرقمية، وهي نموذج برمجي ديناميكي لشيء أو نظام مادي. وذكر تقرير جارتنر أنه "يمكن استخدام التوأم الرقمي لتحليل ومحاكاة ظروف العالم الحقيقي، والاستجابة للتغيرات، وتحسين العمليات وإضافة القيمة". وبعد مرور عام، أدرجت مؤسسة جارتنر مرة أخرى التوائم الرقمية باعتبارها الاتجاه الأعلى لعام 2018، قائلة إنه "مع وجود ما يقدر بنحو 21 مليار جهاز استشعار ونقاط نهاية متصلة بحلول عام 2020، ستكون التوائم الرقمية موجودة لمليارات الأشياء في المستقبل القريب."

في عصر اليوم، ستكون الرقمنة بمثابة دفعة كبيرة للتقدم في الصناعات التحويلية والتجهيزية. تتزايد متطلبات المستهلك كل يوم والتي تشمل تخصيص المنتج والجودة الأعلى والمتانة والسلامة وما إلى ذلك، مما يؤدي بدوره إلى تقليل عمر دورة الابتكار وزيادة الضغط التنافسي. لذا فإن الحل لهذا الطلب المتزايد باستمرار هو الرقمنة باستخدام التوأمة الرقمية، التي تدمج بسلاسة أجهزة وبرامج التشغيل الآلي لتوفير تحليل متعمق للآلات والمصانع.

التوأم الرقمي هو تمثيل افتراضي ديناميكي لكائن مادي وديناميكيات كيفية عمل جهاز إنترنت الأشياء وعمله. يدور التوأم الرقمي حول فهم العناصر التي يتكون منها الجهاز المادي وديناميكيات كيفية تجميع هذا الجهاز معًا. يؤثر التوأم الرقمي على كيفية تصميم وبناء وتشغيل الجهاز الذي يتم إنشاؤه في دورة حياة واحدة.

يتضمن التوأم الرقمي الشبكات العصبية والذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وتحليلات البرامج مع الرسوم البيانية للشبكة المكانية لتشكيل محاكاة رقمية حية للكيانات المادية. يتم الحفاظ على الحالة في الوقت الفعلي وحالة العمل أو موضع التوأم الرقمي من خلال التعلم المستمر والتحديث باستخدام مصادر متعددة مثل بيانات المستشعر والخبراء البشريين والبيانات من الأجهزة المماثلة الأخرى والبيئة والبيانات التاريخية وما إلى ذلك.

أثناء التشغيل، يقوم التوأم الرقمي بتقليد التشغيل الفعلي للمنتج وظروفه. فهو يقيم عمر المنتج، والتآكل والتمزق الذي يحدث للمنتج الذي يتعامل مع الظروف البيئية المختلفة مثل تغيرات الطقس وما إلى ذلك. ولا يعمل التوأم الرقمي على تسهيل عمليات المنتج فحسب، بل يساعد أيضًا في تسهيل التصميم الأفضل والتصنيع الأفضل من خلال الدروس المستفادة وإعادة المعايرة التي تحدث على طول الطريق.

التطبيقات

قدرة التوائم الرقمية على تقديم تحليل متعمق وتنبؤات معقدة وصيانة ذكية للعثور على السبب الجذري للمشكلات مما يؤدي بدوره إلى تحسين الإنتاجية وتوسيع نطاق تطبيقها الذي يشمل الصناعات التحويلية والرعاية الصحية وصناعة السيارات وما إلى ذلك.

الرعاية الصحية
باستخدام التوائم الرقمية يمكن إحداث ثورة في عمليات المستشفى والرعاية المقدمة للمرضى. يمكن توأمة المستشفى بأكمله من خلال إنشاء نظام مترابط من التوائم الرقمية التي تمثل مباني المستشفى بأكملها وجميع الآلات والمعدات الموجودة فيها والتي يمكن أن تكون مفيدة في إنشاء رعاية آمنة وفعالة للمرضى. كما يمكن إجراء التوائم الرقمية للبشر والأعضاء لدراسة الإجراء بشكل كامل وتنفيذه فعليًا قبل تنفيذه على الشخص الفعلي.

ويعمل المهندسون في شركة جنرال إلكتريك على تصنيع أجهزة استشعار بحجم الضمادة لمراقبة المعلومات الحيوية للشخص مثل معدل ضربات القلب وضغط الدم ومستويات الأكسجين. يمكن تقديم جميع البيانات المجمعة إلى التوأم الرقمي الذي سينشئ نموذجًا دقيقًا لجسم الشخص وبالتالي تحسين الرعاية في المستشفيات، كما يمنح الأطباء رؤية لرفاهية المرضى عندما لا يكونون في المستشفى.

تصنيع
في التصنيع، يتم استخدام التوائم الرقمية بشكل شائع. الهدف الرئيسي لأي مصنع هو إنتاج منتجات عالية الجودة في الوقت المحدد للعملاء المتوقعين، وإذا لم تعمل الآلات في انسجام تام وبقدرة مناسبة، فإن ذلك يؤثر على الموظفين والإنتاجية وإمكانية التسليم، وفي النهاية، على رضا العملاء. ويمكّن التوأم الرقمي الشركات المصنعة من مراقبة الأداء في الوقت الفعلي، وتوصيل العمليات واختبار تحديثات الكفاءة دون مقاطعة سير العمل العادي.

سيارات
وفقًا للتوقعات، بحلول عام 2020، سيكون هناك 10 ملايين سيارة ذاتية القيادة على الطريق، مما يعني انتشار أشياء جديدة ومترابطة. ويمكن إنشاء توأم رقمي لكل مركبة ذاتية القيادة، مما يمكّن الشركات المصنعة من تحليل أداء كل سيارة في بيئتها المادية. تم بالفعل وضع البنية التحتية لأجهزة الاستشعار في أحدث المركبات التي تتحكم باستمرار في الأنظمة الحيوية للمركبة. يقوم الميكانيكيون بإجراء التشخيص، وتخبرهم البيانات الواردة من أجهزة الاستشعار المدمجة بالجزء الذي يجب إصلاحه. تتضمن الخطوة التالية التوأمة الرقمية التي تتضمن إعداد خطوات لنقل البيانات مرة أخرى إلى التصنيع، حيث سيتم تحليل البيانات وإجراء تحليل الأداء التنبؤي الذي سيساعد في جعل تجارب القيادة أكثر ذكاءً وأمانًا.

وفي الختام
الصناعات المذكورة ليست سوى أمثلة قليلة حيث تساعد التوأمة الرقمية في تحويل الإنتاجية وسهولة الأعمال، ولكن الإمكانات التي تحملها التوأمة الرقمية لم يتم استكشافها بعد. إن ظهور التوائم الرقمية سوف يضيء مستقبل البحث والتطوير وخاصة في الصناعات التحويلية.