۶ کاربرد جذاب و رایج دوقلوی دیجیتال

تکنولوژی دوقلوی دیجیتال در حال تبدیل به یکی از تکنولوژیهای پر کاربرد است. تجزیه و تحلیل‌های مختلف استفاده از این فناوری را در پیش بینی، شبیه سازی سیستم و محصول، تعمیر و نگهداری، تعامل بین سیستمی و پیاده‌سازی تجسم در حال رشد نشان می‌دهد.

رسانه IOT-Analytics (مرجع شناخته شده در زمینه بینش بازار و هوش تجاری در حوزه‌های اینترنت اشیا، هوش مصنوعی، تکنولوژی‌های ابری و نسل چهارم انقلاب صنعتی Industry 4.0)، بیش از ۱۰۰ مورد از پروژه‌های Digital Twin را با هدف دسته بندی این کاربردها در گروههای مشخص بررسی و تحلیل کرده است.

نتیجه این بررسی جالب، ۶ گروه مجزا در کاربرد دوقلوی دیجیتال است:

۱- دوقلوی دیجیتال برای پیش بینی سیستم

بر طبق بررسی‌های انجام شده، کاربرد دوقلو دیجیتال، بر پیش بینی رفتار و وضعیت آینده یک سیستم فیزیکی با استفاده از داده‌های فعلی و پیشینه‌های موجود، تمرکز می‌کنند.

در هسته اصلی دوقلوی دیجیتال پیش بینی کننده، مدلهای پیش بینی وجود دارند که برای پیش بینی نتایج آینده استفاده می‌شوند.

به عنوان مثال، سیستم کره‌ای مزرعه بادی انرژی Doosan  که یک دوقلوی دیجیتال را برای کمک به پیش بینی توان خروجی، به کار گرفته است. این دوقلوی دیجیتالی داده‌های حسگر اینترنت اشیا در توربینهای بادی را به همراه داده‌های آب و هوا و مدلی از توان خروجی مورد انتظار ترکیب می‌کند.

بیشتربخوانید: ارتقای مدیریت زنجیره تامین با راهکارهای IIoT

این دیجیتال تویین دو هدف اصلی را دنبال میکند:

• به عنوان یک ناظر عملکرد، رفتار کرده و در آن یک مدل فیزیکی از توربین‌های بادی درنظر میگیرد. سپس با استفاده از شرایط آب و هوایی فعلی، خروجی تئوری را محاسبه کرده  و آن را با خروجی واقعی مقایسه کرده و وضعیت را کاملاً بررسی میکند. در صورت بروز هر گونه ناهنجاری در عملکرد سیستم، اطلاعات لازم را گزارش میکند.
• به عنوان یک ابزار پیش بینی کننده خروجی، برای برنامه ریزی بهبود یافته به گونه‌ای عمل می‌کند که تولید برق آینده را بر اساس داده‌های آب و هوای پیش بینی شده، تخمین بزند.

بر اساس این گزارش پیش بینی‌های خروجی برق مبتنی بر دوقلوی دیجیتال به کمپانی Doosan در بهبود درآمد از مزرعه بادی، با افزایش تعهدات خروجی این شرکت به اپراتورهای شبکه انرژی کره جنوبی کمک کرده است.

۲- دوقلوی دیجیتال برای شبیه سازی سیستم

شبیه سازی سیستمهای پیچیده به مهندسان اجازه می‌دهد تا سناریوهای “چه می‌شود اگر…” را در یک محیط بزرگ شبیه سازی شده همراه با متغیرهای مرتبط آزمایش کنند.

به عنوان مثال، می‌توان به شبیه‌سازی کارخانه قبل از افتتاح یا ایجاد تغییرات مهم اشاره کرد، برای نمونه شبیه‌سازی شبکه ریلی یا شبیه سازی ترافیک . یکی از مزایای کلیدی چنین شبیه‌ سازی‌هایی، کاهش هزینه‌ها با آزمایش انواع دارایی‌های مورد استفاده، پارامترهای عملیاتی کلیدی و سایر متغیرهای مهم سیستم قبل از ایجاد تغییرات در دنیای واقعی است.

مثال ، میتوان به شبیه سازی سیستم  Siemens Mobility (یکی از زیرمجموعه‌های شرکت زیمنس در حوزه حمل و نقل ریلی) اشاره کرد. این شرکت از طریق همکاری با شرکت آلمانی Deutsche Bahn AG اقدام به اجرای این پروژه برای توسعه ۱۷۰ قطار پرسرعت جدید کردند. 

زیمنس برای این قطارها، یک معماری جدید کنترل ریلی مبتنی بر سیستم اتومبیلها را توسعه داده است که قبلاً به کار گرفته نشده بود. برای کاهش هزینه‌های توسعه، زیمنس برای این پروژه یک دوقلوی دیجیتال طراحی کرد که توانست عملکرد کل قطار را از ۴۰ زیرسیستم مختلف شبیه‌سازی کند.

بیشتربخوانید: AWS IoT TwinMaker: مدل‌سازی دیجیتال برای سیستم‌های فیزیکی و دیجیتالی

زیمنس تخمین زده است که به کارگیری این سیستم دوقلوی دیجیتال برای شبیه سازی دیجیتالی سیستم، هزینه‌های کل این پروژه را بین ۱ تا ۸ میلیون دلار کاهش داده است!

۳- دوقلوی دیجیتال برای تعامل و تبادل داده بین تجهیزات و دارائی‌ها

با دوقلوهای دیجیتال، امکان استخراج بلادرنگ (Real-Time) داده‌ها از دارایی‌ها را در ابعاد مختلف از جمله ویژگی‌ها، وضعیت آنها، کلیه پارامترها، داده‌های قابل اندازه‌گیری را فراهم می‌کنند.

اگرچه قابلیت تعامل بین دارایی‌ها و تجهیزات یکی از اهداف اصلی این نوع از دوقلوهای دیجیتال است، ایده اصلی هنگام اجرای این پروژه، ایجاد یک روش استاندارد برای پرداختن به زیرسیستمها و توانایی ادغام سریع دارایی‌های جدید با سیستم کلی است. کلیه این سازگاریها بایستی با استانداردهای نسل چهارم صنعتی (Industry 4.0) همگام و سازگار باشند.

به عنوان نمونه‌ای از این نوع از دوقلوهای دیجیتال، به استفاده تیم فرمول یک اسکودیا فراری از فناوری دوقلوی دیجیتال برای ادغام و تجزیه و تحلیل داده‌های ارسالی از سنسورهای مختلف خودرو، اشاره می‌کند. بر این اساس تیمهای مختلف تحلیلگر میتوانند به شکل مناسبی بخشهای مختلفی نظیر آیرودینامیک، قدرت، دینامیک خودرو و مهندسی، بررسی و آنالیز کنند.

بر اساس تجزیه و تحلیل‌های مبتنی بر اینترنت اشیا، توانایی ساده‌سازی همه منابع داده در یک دوقلوی دیجیتال، به تیم کمک می‌کند تا تصمیمات سریعتر و بهینه‌تر گرفته شوند.

بیشتربخوانید: بلاک‌چین و هوش مصنوعی مولد: تیم رویایی فناوری

۴- دوقلوی دیجیتال برای نگهداری و تعمیر

این رسانه اظهار میکند که دوقلوهای دیجیتالی که چرخه عمر تعمیر و نگهداری را تامین می‌کنند، عمدتاً در جهت اطمینان از اثربخشی عملیاتی سیستم هستند؛ به عنوان مثال با کمک به پرسنل تعمیر و نگهداری در طول زمان‌بندی‌های مشخص و برنامه ریزی شده این فرآیند انجام میشود.

دوقلوی دیجیتال در این کاربرد، متدهای مختلف نگهداری و تعمیر نظیر روشهای نگهداری و تعمیر پیشگویانه (PdM) را اجرا کرده و هدف آنها جلوگیری از خرابی تجهیزات و داراییها و تشخیص بهترین زمان رسیدگی به آنها است.

به عنوان مثال، شرکت آلمانی E.On برای پروژه‌ خاصی به روشی پیشگیرانه و مبتنی بر ریسک برای حفظ دارایی‌های خود از این دوقلوی دیجیتال استفاده کرده است.

به عنوان بخشی از این پروژه، E.On یک دوقلوی دیجیتال ابری را اجرا کرده که برای پیش بینی بهتر بروز نقص و خرابی دارایی‌ها استفاده می‌شود.  این رسانه گزارش کرده است که این دوقلول دیجیتال به شرکت مذکور این اجازه را داده تا در هر نوع دارایی ارزیابی کرده و عمر باقیمانده تجهیزات را تعیین کند.

۵- دوقلوی دیجیتال برای تجسم سیستم

در میان رایج‌ترین انواع دوقلوهای دیجیتال، عناصر بصری سه بعدی هستند که اغلب از نقشه‌های CAD (طراحی شده به وسیله کامپیوتر) استفاده می‌کنند.

Ferrovie dello Stato (اپراتور ملی راه آهن ایتالیا)، یک دوقلوی دیجیتال از زیرساختهای ریلی خود ساخت که شامل بیش از ۱۰ هزار مایل مسیر، ایستگاه، تونل، پل، سیگنال، سوئیج، سخت افزار برق رسانی و سیستمهای فناوری اطلاعات به منظور هر سیستم است.

این دوقلوی دیجیتال داده‌ها را از حسگرهایی مانند دوربین‌ها و گیرنده‌های GPS دریافت کرده و از الگوریتم‌های یادگیری پیشرفته برای ایجاد یک کپی سه بعدی تعاملی از سیستم ریلی استفاده کرده است. از نرم افزار ArcGIS برای تجسم 3D عناصر جغرافیایی استفاده شده و یک فهرست بصری کامل از زیرساخت راه‌آهن ایجاد میشود.

این دوقلوی دیجیتال به مدیران راه آهن در اتاق کنترل کمک می‌کند تا زیرساخت‌هایی مانند پل‌ها و ایستگاه‌ها را از راه دور در سراسر شبکه ریلی تجسم کنند.

بیشتربخوانید: ۷ نشانه که مدیران فناوری اطلاعات (CIO) در مسیر تحول دیجیتال نیستند

۶- دوقلوی دیجیتال برای شبیه سازی محصول

دوقلوهای دیجیتال با حذف کردن نیاز به ساخت نمونه‌های اولیه پرهزینه و امکان آزمایش سریع هزاران نمونه (در برخی موارد میلیون‌ها)، نقش کلیدی در توسعه محصولات جدید و بهبود محصولات قبلی ایفا می‌کنند.

این رسانه اشاره می‌کند که دوقلوهای دیجیتالِ شبیه‌ساز محصول، اغلب در نرم‌افزارهای مهندسی نظیر نرم‌افزارهای CAD و مدلسازی طراحی و اجرا می‌شوند. انواع مختلفی از شبیه‌سازی ها نظیر دینامیک محصول و سیال، عملکرد مکانیکی و سازگاری الکترومغناطیسی برای آنها اجرا می‌شوند.

به عنوان مثال، شرکت آلمانی Krones (سازنده دستگاههای بسته بندی بطری)  از یک دوقلوی دیجیتال برای آزمایش طرح‌های محصولات جدید خود برای یکی از سیستمهای بسته بندی خودکار نوشیدنی استفاده کرد.

این شرکت می‌خواست یک ربات پویا را در طراحی محصول خود بگنجاند. برای انجام این کار، اصطکاک و نیروی گرانش بر روی بسته‌های لغزنده روی یک تسمه نقاله متحرک و بسیاری از عوامل مشابه دیگر باید آزمایش می‌شد.

تیم مهندسی این شرکت سناریوهای زیادی را آزمایش کرد؛ به عنوان مثال، تزریق خطاهایی مانند سطوح اصطکاک سخت در طول شبیه سازی برای تجزیه و تحلیل رفتار سیستم در طول چنین رویدادی به دقت بررسی شد.

با مدلسازی و شبیه‌سازی این ربات، کمپانی Krones توانست بازده عملکرد ربات را افزایش داده، زمان توسعه محصول را کوتاه کرده و زمان تست را به میزان قابل توجهی کاهش دهد.

منبع: iranautomation

• ۶ کاربرد جذاب و رایج دوقلوی دیجیتال

بیشتربخوانید: تحول دیجیتال برای کسب‌وکارهای کوچک در سال ۲۰۲۴