دوقلوهای دیجیتال و آینده آن در اتوماسیون صنعتی

ساینا حشمتی

دوقلوهای دیجیتال، اتوماسیون صنعتی را دستخوش یک انقلاب دیجیتالی می کند. زیرا فناوری‌های «صنعت ۴.۰» و دیجیتال دوقلو راه‌های جدید و نوآورانه‌ای را برای اجرای فرآیندهای تولید معرفی می‌کنند.

با توجه به اینترنت اشیا، هوش مصنوعی (AI)، یادگیری ماشینی و یادگیری عمیق، سازندگان تا سال ۲۰۲۰ نزدیک به ۷۰ میلیارد دلار برای این فناوری های جدید هزینه کرد، تا نیازهای جدید را برآورده کنند.

یک تصور غلط رایج وجود دارد که دوقلوهای دیجیتالی مفهومی برای آینده هستند و کاملاً برای زمان اصلی آماده نیستند. این به سادگی اینطور نیست. دوقلوهای دیجیتال در حال حاضر برای تأثیرات قابل توجهی در صنایع مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

در تولید، از آن ها برای بهبود تولید و فرآیندها استفاده می شود. مهندسان از همه نوع از آنها برای بهبود پروژه های مکانیکی پیچیده در هوانوردی، صنعت خودرو و فراتر از آن استفاده می کنند.

به گفته برخی تحلیلگران، بازار دوقلو دیجیتال از ۶.۹ میلیارد دلار در سال ۲۰۲۲ به ۷۳.۵ میلیارد دلار تا سال ۲۰۲۷ خواهد رسید.

اتوماسیون از استفاده سریع و گسترده از دوقلوهای دیجیتال مصون نخواهد بود. زیرا چالش‌هایی که آن ها حل می‌کنند و مزایایی که ارائه می‌کنند بسیار بزرگ‌تر از آن است که بتوان نادیده گرفت.

در میان این فناوری‌ها، Digital Twin نحوه رویکرد تولیدکنندگان صنعتی به طراحی محصول، عملیات و خدمات پس از فروش را تغییر می‌دهد. Forrester گزارش می‌دهد: «راه‌حل‌های دیجیتال دوقلو فرصت‌های جدیدی را برای شرکت‌های صنعتی باز می‌کند تا تلاش‌های تحول نوآوری مبتنی بر داده‌های بزرگ و هوش مصنوعی را سرعت بخشند. ترکیبی از: 

• بازاریابی فروشنده و آموزش 
• همراه با مزایای واقعی در موارد استفاده از دوقلوهای دیجیتال

باعث پذیرش Digital Twin در بین تولیدکنندگان صنعتی می شود. زیرا آن ها به بخشی جدایی ناپذیر از سرمایه گذاری های IoT و استراتژی دیجیتال شرکت ها تبدیل می شوند.

دوقلو دیجیتال | Digital twin چیست؟

“دوقلوهای دیجیتال – نمایش دیجیتالی افراد، فرآیندها و چیزها – بیشتر به هم متصل خواهند شد و دیدی غنی و در زمان واقعی از فرآیندها و دارایی های شرکت ارائه می دهند. رهبران معماری سازمانی و نوآوری فناوری باید برای محیطی متنوع با چالش های یکپارچه برنامه ریزی کنند.”

یک “دوقلو دیجیتال” یک مدل دیجیتالی از یک شی واقعی است که اغلب یک ماشین فیزیکی است. گارتنر دوقلو دیجیتال را این گونه تعریف می‌کند: «الگوی طراحی نرم‌افزاری که یک شی فیزیکی را با هدف درک وضعیت دارایی، واکنش به تغییرات، بهبود عملیات تجاری و ارزش افزوده نشان می‌دهد».

برای تولیدکنندگان صنعتی، یک دوقلو دیجیتال به آن ها اجازه می‌دهد تا مدل‌های دیجیتالی ماشین‌های واقعی را ایجاد کنند. سپس داده‌های دیجیتال و فیزیکی را ترکیب کنند تا درک بهتری از عملکرد و ارزش بالقوه آن ماشین‌های فیزیکی ارائه کنند. این امر در مورد تمام جنبه‌های عملکرد دستگاه – تولید، نگهداری، تجربه کاربر و موارد دیگر صدق می‌کند. هر دیجیتال دوقلو به عنوان یک پروکسی برای یک ماشین واقعی استفاده می‌شود و به سازندگان امکان می‌دهد تا مفاهیم و فرضیه‌ها را قبل از اعمال آن ها در ماشین‌های فیزیکی آزمایش کنند. 

این تکنیک دیجیتالی که «کپسوله‌سازی» می نامند.

برای سازندگان امکانی را فراهم می کند تا قبل از اعمال تغییرات در سخت‌افزار واقعی، «ماشین» دیجیتال را تطبیق دهند، که هزینه‌بر است و ممکن است بر سایر سیستم‌های متصل تأثیر بگذارد. بنابراین دوقلوهای دیجیتال دارای مزایا و کاربردهای بسیار متنوعی هستند. تولیدکنندگان می‌توانند طرح‌ها، فرآیندها و سیستم‌های با ریسک صفر را شبیه‌سازی کنند و به آن‌ها کمک کنند تا قبل از سرمایه‌گذاری منابع واقعی در توسعه آن‌ها، هر نوع استراتژی جدید و نتایج آن‌ها را تجسم کنند. از نظر مفهومی، دوقلوهای دیجیتال ساده هستند. یک دوقلو دیجیتال «در هر چیز» وجود دارد، و آن دیجیتال دوقلو در کنار «چیز» به‌روزرسانی می‌شود. این اجازه می دهد تا بهترین نتایج ممکن را در طول آزمایش بدست آورید. اما با وجود سادگی، Digital Twins طیف وسیعی از کاربردها را دارد و تقریباً برای هر مدل ماشینی مناسب است.

دوقلو دیجیتال در اتوماسیون چیست؟

در اتوماسیون، یک دوقلو دیجیتال یک کپی دیجیتالی از یک فرآیند خودکار در یک مخزن مجزا در خارج از پلتفرم RPA است، جایی که اتوماسیون واقعی توسعه، استقرار و هماهنگ‌سازی می‌شود.

دوقلوی دیجیتالی یک اتوماسیون همانطور که خود اتوماسیون تکامل می یابد، تکامل می یابد. اگر هر تغییری در اتوماسیون در پلتفرم RPA اعمال شود، آن تغییرات به صورت ایده‌آل در زمان واقعی یا حداقل در زمان واقعی نزدیک به آن منعکس می‌شود. معیارهای عملیاتی (به عنوان مثال، اجراها، آخرین بار اجرا، تعداد مشکلات، استفاده‌ها و میزان موفقیت) نیز در دسترس هستند و در جایی که دوقلو در آن زندگی می‌کنند نمایش داده می‌شوند تا بتوان آن را نظارت کرد و به طور مداوم بهبود بخشید، درست مانند هر دوقلو دیجیتال دیگری در هر صنعت یا صنعت دیگری کاربرد دارد.

چالش‌هایی که دوقلوهای دیجیتال در اتوماسیون حل می‌شوند.

اتوماسیون مزایای قابل توجهی را برای سازمان هایی که آن را پذیرفته اند به ارمغان آورده است، اما این سفر آسان نبوده است. همچنان موانع و نقاط دردناکی وجود دارد که برنامه‌های اتوماسیون را آزار می‌دهد، گلوگاه‌هایی ایجاد می‌کند، مقیاس را خفه می‌کند و بازدهی بهتر را کاهش می‌دهد.

این چالش‌ها شامل بار تعمیر و نگهداری سنگین است که ROI را از بین می‌برد و فقدان دید در املاک اتوماسیون که افزونگی‌ها و افزایش هزینه‌ها را پنهان می‌کند، فقط برای نام بردن از چند مورد. یکی از دلایلی که مفهوم دوقلوی دیجیتال به خوبی در فضای اتوماسیون طنین انداز می شود، توانایی آن برای کمک به غلبه بر این چالش ها است. به این صورت است که اجرای دوقلوهای دیجیتال در اتوماسیون می تواند به حذف برخی از مهم ترین نقاط درد اتوماسیون کمک کند:

پیچیدگی در درک و مدیریت مستغلات در ابزارهای چندگانه RPA

یکی از بزرگترین چالش‌های پیاده‌سازی دوقلوهای دیجیتال در آدرس‌های اتوماسیون، دشواری مدیریت شیوه‌های اتوماسیون در ابزارهای RPA است. بر اساس تحقیقات اخیر Blueprint، ۴۰٪ از تمام افراد مورد بررسی گزارش داده اند.بدین صورت که از چندین ابزار RPA در ابتکارات اتوماسیون خود استفاده می کنند. از بین کسانی که در استراتژی چند فروشنده بودند، ۷۴ درصد ادعا کردند که هیچ برنامه ای برای تجمیع اتوماسیون های خود در زیر یک سقف ندارند.

در حالی که دلایل متعددی وجود دارد که سازمان‌ها از استراتژی چند پلتفرمی استفاده می‌کنند. اما از طریق استانداردسازی، حاکمیت و دیده شدن، چالش‌های جدی ایجاد می‌کند. با گسترش اتوماسیون در ابزارهای متعدد، هیچ منبع واحدی از حقیقت وجود ندارد. صرف نظر از اینکه در کدام پلتفرم RPA طراحی، مستقر و هماهنگ شده‌اند، حفظ یک دوقلو دیجیتال برای همه اتوماسیون‌ها در یک مکان مرکزی، سازمان‌ها را قادر می‌سازد تا بر کل دارایی اتوماسیون خود نظارت، حکومت و نبض داشته باشند.

دوقلوهای دیجیتال بسیاری از چالش‌های پیش روی روش‌های اتوماسیون را حل می‌کنند. اما همچنان مزایایی فراتر از پرداختن به این سردردها به ارمغان می‌آورند.

مزایای استفاده از دوقلو دیجیتال در اتوماسیون

علاوه بر تمام نتایج فوق، سازمان ها می توانند با پیاده سازی دوقلوهای دیجیتال در اتوماسیون از جمله:

• مستندات دقیق و مسیرهای حسابرسی دقیق
• کاهش تلاش برای نگهداری
• مدیریت تغییر فعال
• تجزیه و تحلیل عملکرد و دید بهتر و
• تجسم ادغامی و درک مستغلات اتوماسیون در چندین پلتفرم RPA پخش می شود.

چندین مزیت افزایش بازگشت سرمایه وجود دارد که از استفاده از دوقلوهای دیجیتال در اتوماسیون به دست می آورید:

چگونه از Digital Twin برای اتوماسیون صنعتی استفاده کنیم؟

دوقلوهای دیجیتال به ویژه هنگامی که با سیستم های اینترنت اشیا در تولید صنعتی ادغام می شوند مفید واقع می شوند.
Benoit Lheureux، معاون پژوهشی در Gartner می‌گوید: «ما شاهد پذیرش دیجیتالی دوقلو در همه انواع سازمان‌ها هستیم. با این حال، تولیدکنندگان محصولات متصل به اینترنت اشیا پیشروترین هستند. زیرا فرصتی برای متمایز کردن محصول خود و ایجاد خدمات و جریان های درآمد جدید یک محرک واضح برای کسب و کار است.

این امر بسیار حیاتی است زیرا اینترنت اشیا در محیط‌های تولید صنعتی رایج‌تر می‌شود. حسگرهای اینترنت اشیا در حال حاضر در حال جمع‌آوری داده‌ها بر روی ماشین‌های دنیای واقعی برای تجزیه و تحلیل در محیط‌های ابری هستند. ایجاد یک Digital Twin هماهنگ با هر دستگاه، یک افزونه مقرون‌به‌صرفه به این مدل از قبل متصل است و تنها می‌تواند به تولیدکنندگان کمک کند ماشین‌ها و فرآیندهای زنجیره تامین را بهبود بخشند.

«دوقلو دیجیتال ایده جدیدی نیست: طراحان و سازندگان ماشین‌ها از مدت‌ها پیش ارزش شبیه‌سازی آن ماشین‌ها را بر روی صفحه‌نمایش رایانه درک می کردند. اما شور و شوق فزاینده برای اتصال ماشین‌ها به اینترنت اشیا (IoT) و ارائه خدمات به جای فروش محصولات، به این معنی است که Digital Twin برای مخاطبان گسترده‌تری مرتبط می‌شود.

به این ترتیب، دوقلوهای دیجیتال به طور قابل توجهی هزینه و کار مورد نیاز برای حفظ و ارتقای چیزهای فیزیکی را کاهش می دهند.

هوش مصنوعی، یادگیری ماشینی و یادگیری عمیق امکان افزایش اتوماسیون در این فرآیندها را نیز فراهم می کند. تولیدکنندگان می توانند مفاهیم جدیدی را در محیط های دیجیتال معرفی کنند، سپس روی ابزارهای دیجیتالی حساب کنند تا هم آنها را بهینه کنند و هم در بین همتایان فیزیکی خود اجرا کنند.

کیس های استفاده از دوقلو دیجیتال و اتوماسیون صنعتی

اتوماسیون صنعتی فرآیندها را در چندین محیط تولید و موارد استفاده ساده می کند و ادغام آن با Digital Twins نیز از این قاعده مستثنی نیست. انسان ها می توانند محیط های دیجیتال را دستکاری کنند، پیشنهاد دهند یا تغییراتی ایجاد کنند، و منابع اضافی را برای بهینه سازی عملکرد Digital Twin (و متعاقباً ماشین) معرفی کنند.

اتوماسیون صنعتی اجازه می دهد تا این فرآیندها به طور خودکار در محیط های دیجیتال قبل از اعمال مکاشفات جدید در محیط های فیزیکی آشکار شوند. این امر انسان را از این مسئولیت ها خلاص می کند. اما از تجهیزات محافظت می کند تا زمانی که راه حل های خودکار در محیط های دیجیتال تأیید شوند.

همانطور که گارتنر توضیح می دهد، “هنگامی که داده های دوقلو را با قوانین تجاری، الگوریتم های بهینه سازی یا سایر فناوری های تجزیه و تحلیل تجویزی ترکیب می کنیم، دوقلوهای دیجیتال می توانند از تصمیمات انسانی پشتیبانی کنند یا حتی تصمیم گیری را خودکار کنند.”

این به ویژه در محیط‌های IoT مفید است، جایی که داده‌های ماشین‌ها می‌توانند مستقیماً به راه‌حل‌های Digital Twin و هوش تجاری (BI) یکپارچه داده شوند. حسگرهای اینترنت اشیا به راه‌حل‌های BI اجازه می‌دهند تا قبل از ایجاد راه‌حل جامعی که تولیدکنندگان می‌توانند بر اساس آن، مناطق مشکل‌دار و فرصت‌ها را برای بهینه‌سازی مشخص کنند.

در یک سناریو، یک Digital Twin برای روبات های صنعتی اجرا شد. Digital Twin به سازندگان این امکان را می دهد که ربات ها را به صورت آفلاین برای چندین سناریو برنامه ریزی کنند، جایی که راه اندازی مجازی سیستم می تواند آزمایش شود.

این به طور چشمگیری فرآیندهای تست را سرعت می‌بخشد و زمان خرابی خود ماشین‌های فیزیکی را به حداقل می‌رساند، “که منجر به دسترسی بیشتر و همچنین قابلیت اطمینان بالاتر با خطر خرابی کمتر می‌شود.” معرفی اتوماسیون در این سناریو به سرعت فرآیند راه اندازی مجازی را سرعت می بخشد و نتایج را سریعتر و با کارایی بیشتر ارائه می دهد.

از آنجایی که ماشین‌ها بازخورد بلادرنگ را از طریق اینترنت اشیا به یک Digital Twin ارائه می‌کنند، تولیدکنندگان می‌توانند از Digital Twin برای جنبه‌های پیش‌بینی خودکار عملکرد و نگهداری ماشین استفاده کنند.

در سناریویی دیگر، Digital Twin یک لوکوموتیو می‌تواند داده‌های بی‌درنگ و تاریخی را تجزیه و تحلیل کند و توصیه‌هایی در مورد وضعیت سیستم درون‌برد برای نگهداری پیش‌بینی‌کننده و نظارت از راه دور، با حداقل نظارت انسانی ارائه کند.

تکامل مشترک اتوماسیون صنعتی، فناوری‌های اینترنت اشیا و دیجیتال دوقلو

ظهور Digital Twins همزمان با ظهور اینترنت اشیا است. هنگام خرید ماشین آلات و سایر دارایی ها، پشتیبانی از Digital Twins و توسعه مداوم قابلیت های دوقلو باید یک عامل انتخاب باشد.

اینترنت اشیا به تولیدکنندگان صنعتی این امکان را می دهد که در مورد تجهیزات خود بیشتر بیاموزند و فرآیندها را در زمان واقعی بهتر درک کنند. با این حال، اینترنت اشیا لایه جدیدی از پیچیدگی را به محیط‌های تولیدی اضافه می‌کند، جایی که کاربرد بهینه و استراتژی سرمایه‌گذاری برای حسگرهای اینترنت اشیاء همیشه واضح نیست.

رهبران Industrial BI می‌توانند از Digital Twins برای بهینه‌سازی برنامه‌های IoT استفاده کنند و از داده‌های خود بیشترین بهره را ببرند. برخلاف سیستم‌های نامتجانس، Digital Twins به تولیدکنندگان کمک می‌کند تا استراتژی اینترنت اشیاء خود را بهبود بخشند و مشخص می‌کنند. بطوری که برنامه‌های کاربردی اینترنت اشیا با بیشترین تأثیر برای ارائه نتایج مطلوب در محیط‌های Digital Twin که منعکس‌کننده همتایان فیزیکی آن‌ها هستند، چیست.

Digital Twins تحویل داده‌های اینترنت اشیا در دنیای واقعی را نیز ساده می‌کند. جایی که سیستم‌های Digital Twin به گونه‌ای طراحی شده‌اند که با دستگاه‌های فیزیکی هماهنگ باشند. این یک جایگزین مطلوب برای داده های IoT در محیط های تحلیلی دیگر است، جایی که داده ها باید متناسب با سیستم پردازش شوند.

تولیدکنندگان و سایر شرکت‌ها به ارزش ازدواج فناوری‌های IoT و Digital Twin پی برده‌اند. در حال حاضر، ۱۳ درصد از سازمان‌هایی که پروژه‌های اینترنت اشیا را اجرا می‌کنند، حداقل از یک Digital Twin استفاده می‌کنند. گارتنر گزارش می دهد که ۶۲ درصد یا در حال ایجاد یک Digital Twin در کنار فرآیندهای IoT هستند یا قصد دارند.

بهینه سازی دیجیتال دوقلو با هوشمندی تولید

گسترش سریع اینترنت اشیا و برنامه‌های تحلیلی که با یادگیری ماشین و هوش مصنوعی – و همچنین مدل‌ها و شبیه‌سازی‌ها بهبود می‌یابند – به این معنی است که Digital Twins در حال انجام تعدادی از نقش‌ها است. و آنها زندگی را بهتر خواهند کرد.”

فوربز، نحوه کار اورلاندو با دوقلوهای دیجیتالی ممکن است نحوه مهندسی همه چیز را تغییر دهد، ۲۰۱۹

تولیدکنندگان صنعتی تاکنون ده‌ها مورد استفاده موفق را برای ابزارهای خودکار و BI مانند یادگیری ماشین، هوش مصنوعی و سیستم‌های یادگیری عمیق شناسایی کرده‌اند.

دوقلوهای دیجیتال خود را به این محیط ها وام می دهند. زیرا به طور یکپارچه در برنامه های ماشینی موجود به هم متصل می شوند. آن ها به سادگی به عنوان جایگزینی برای ماشین های فیزیکی در کاربرد این فناوری ها برای بهینه سازی نتایج عمل می کنند.

محققان این برنامه را به عنوان یک “دوقلو دیجیتال هوشمند” تعریف می کنند. این “شامل تمام ویژگی های یک دوقلو دیجیتال و همچنین هوش مصنوعی برای تحقق یک سیستم خودمختار” است:

بنابراین Intelligent Digital Twin می‌تواند الگوریتم‌های یادگیری ماشینی را بر روی مدل‌ها و داده‌های موجود Digital Twin برای بهینه‌سازی عملکرد و همچنین آزمایش مستمر سناریوهای what-if- پیاده‌سازی کند، و راه را برای تعمیر و نگهداری پیش‌بینی‌کننده و به طور کلی تولید انعطاف‌پذیرتر و کارآمدتر از طریق دوشاخه و پلاگین هموار کند. سناریوها را تولید کند.

معرفی اتوماسیون به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد.  به طور فزاینده‌ای انسان‌ها را از فرآیندهایی که دیگر مورد نیاز نیستند حذف کنند. در عوض منابع انسانی را فقط در زمینه‌های حیاتی در فرآیندهای بسیار بزرگ‌تر به کار گیرند.

به این ترتیب، Digital Twins می‌تواند پتانسیل واقعی خود را درک کند – شبیه‌سازی محیط‌های صنعتی وسیع با دقت بسیار زیاد، و بدون افزایش بار کاری برای کارگران انسانی.

دوقلوهای دیجیتال و آینده صنعتی خودکار ما

گارتنر پیش‌بینی می‌کند که تا سال ۲۰۲۲، بیش از دو سوم شرکت‌هایی که قبلاً اینترنت اشیا را پیاده‌سازی کرده‌اند، حداقل یک Digital Twin را مستقر خواهند کرد. امروزه راه حل های Digital Twin اغلب با هماهنگی یا حتی توسط سازندگان تجهیزات فیزیکی که شرکت ها در آن سرمایه گذاری می کنند ارائه می شود. اما در حالی که این مدل امروزه منطقی است. شرکت‌ها به طور فزاینده‌ای به دنبال ادغام Digital Twins با یکدیگر هستند تا هر «چیز» را در محیط‌های تولیدی یکپارچه‌تر تطبیق دهند. از طریق راه‌حل‌های تحلیل لبه – به‌ویژه، چارچوب‌های محاسباتی لبه اینترنت اشیا – است که تولیدکنندگان صنعتی به ادغام‌های Digital Twin ایده‌آل خود پی خواهند برد.

منبع: paragaran