ما المقصود بتقنية التوأم الرقمي؟
التوأم الرقمي هو نموذج افتراضي لكائن مادي. يمتد ليشمل دورة حياة الكائن ويستخدم البيانات في الوقت الفعلي المرسلة من أجهزة الاستشعار الموجودة على الكائن لمحاكاة السلوك ومراقبة العمليات. يمكن للتوائم الرقمية تكرار العديد من العناصر الحقيقية، بدايةً من مُعِدّة واحدة في مصنع إلى التركيبات الكاملة، مثل توربينات الرياح وحتى مدن بأكملها. تتيح لك تقنية التوأم الرقمي متابعة أداء أحد الأصول، وتحديد الأعطال المحتملة، واتخاذ قرارات مستنيرة بشأن الصيانة ودورة الحياة.
ما هي فوائد التوائم الرقمية؟
تقدم التوائم الرقمية للمستخدمين العديد من الفوائد. سنقوم بشرح بعض ما يلي.
الأداء المُحسّن
تتيح لك المعلومات والرؤى في الوقت الفعلي التي توفرها التوائم الرقمية تحسين أداء معداتك أو مصنعك أو منشآتك. كما يمكن التعامل مع المشكلات عند حدوثها، مما يضمن عمل الأنظمة في ذروتها وتقليل وقت التوقف عن العمل.
قدرات تنبؤية
يمكن أن تقدم لك التوائم الرقمية رؤية مرئية ورقمية كاملة لمصنع التصنيع الخاص بك, مبنى تجاري, أو منشأة حتى لو كانت تتكون من آلاف القطع من المعدات. تراقب المستشعرات الذكية إخراج كل مكون، مما يؤدي إلى الإبلاغ عن المشكلات أو الأخطاء عند حدوثها. يمكنك اتخاذ إجراء عند أول علامة على وجود مشاكل بدلاً من الانتظار حتى تتعطل المعدات تمامًا.
المراقبة عن بُعد
الطبيعة الافتراضية للتوائم الرقمية تعني أنه يمكنك مراقبة المرافق والتحكم فيها عن بُعد. كما تعني المراقبة عن بُعد أيضًا أنه يتعين على عدد أقل من الأشخاص التحقق من المعدات الصناعية التي يحتمل أن تكون خطرة
وقت الإنتاج المعجل
يمكنك تسريع وقت الإنتاج على المنتجات والمرافق قبل وجودها من خلال إنشاء نسخ رقمية متماثلة. من خلال تشغيل السيناريوهات، يمكنك أن ترى كيف يتفاعل منتجك أو منشأتك مع حالات الفشل وإجراء التغييرات اللازمة قبل الإنتاج الفعلي.
ما هي الصناعات التي تستخدم التكنولوجيا الرقمية المزدوجة؟
يستخدم عدد من الصناعات التوائم الرقمية بشكل متزايد لبناء تمثيلات افتراضية لأنظمتها الواقعية. وتشمل بعض منها ما يلي.
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.
التصنيع
تُستخدم التوائم الرقمية عبر دورة حياة التصنيع بأكملها، من التصميم والتخطيط إلى صيانة المرافق القائمة. يسمح لك النموذج الرقمي الأولي المزدوج بمراقبة معداتك في جميع الأوقات وتحليل بيانات الأداء التي توضح كيفية عمل جزء معين أو كامل مصنعك.
الطاقة
تستخدم التوائم الرقمية على نطاق واسع في قطاع الطاقة لدعم التخطيط الاستراتيجي للمشاريع وتحسين الأداء ودورات الحياة للأصول الحالية، مثل المنشآت البحرية ومرافق التكرير ومزارع الرياح ومشاريع الطاقة الشمسية.
السيارات
تستخدم صناعة السيارات التوائم الرقمية لإنشاء نماذج رقمية للمركبات. يمكن أن يمنحك التوائم الرقمية رؤى حول السلوك الجسدي للسيارة بالإضافة إلى النماذج البرمجية والميكانيكية والكهربائية. إنه مجال آخر تكون فيه الصيانة التنبؤية ذات قيمة لأن التوأم الرقمي يمكنه تنبيه مركز خدمة أو مستخدم عندما يجد مشكلة في أداء المكون.
الرعاية الصحية
تُستخدم التوائم الرقمية في صناعة الرعاية الصحية لعدة حالات. وتشمل هذه بناء توائم افتراضية لمستشفيات بأكملها، ومرافق الرعاية الصحية الأخرى، والمختبرات، والأجسام البشرية لنمذجة الأعضاء وتشغيل المحاكاة لإظهار كيفية استجابة المرضى لعلاجات محددة.
ما أنواع التوائم الرقمية الموجودة؟
هناك العديد من أنواع التوأم الرقمية المختلفة، والتي يمكن أن تعمل جنبًا إلى جنب داخل نفس النظام. ففي حين أن بعض التوائم الرقمية تكرر أجزاء واحدة فقط من كائن، إلا أنها كلها حاسمة في توفير تمثيل افتراضي. والأنواع الأكثر شيوعًا من التوائم الرقمية هي التالية.
التوائم المكونة
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
في المصطلحات الرقمية المزدوجة، الأصول هي مكونين أو أكثر يعملان معًا كجزء من نظام أكثر شمولاً. وتمثل توائم الأصول تقريبًا كيفية تفاعل المكونات وإنتاج بيانات الأداء التي يمكنك تحليلها لاتخاذ قرارات مستنيرة.
توائم النظام
مستوى أعلى من التجريد من توائم الأصول هي توائم النظام، أو التوائم الوحدة. ويوضح نظام التوأم كيف تعمل الأصول المختلفة معًا كجزء من نظام أوسع. وتتيح لك الرؤية التي توفرها تقنية النظام المزدوج اتخاذ قرارات بشأن تحسينات الأداء أو الكفاءة.
التوائم العملية
تُظهر لك توائم العملية البيئة الرقمية لكائن كامل وتوفر نظرة ثاقبة حول كيفية عمل مكوناته وأصوله ووحداته المختلفة معًا. على سبيل المثال، يمكن لعملية رقمية مزدوجة إعادة إنتاج طريقة تشغيل منشأة التصنيع بالكامل رقميًا، والجمع بين جميع المكونات الموجودة داخلها.
كيف يعمل التوأم الرقمي؟
يعمل التوأم الرقمي عن طريق النسخ المتماثل رقميًا لأحد الأصول المادية في البيئة الافتراضية، بما في ذلك وظائفه وميزاته وسلوكه. يتم إنشاء تمثيل رقمي في الوقت الفعلي للأصل باستخدام أجهزة استشعار ذكية تجمع البيانات من المنتج. ويمكنك استخدام التمثيل عبر دورة حياة أحد الأصول، بدءًا من اختبار المنتج الأولي وحتى التشغيل الفعلي وإيقاف التشغيل.
وتستخدم التوائم الرقمية العديد من التقنيات لتوفير نموذج رقمي للأصل. وهي تشمل ما يلي.
إنترنت الأشياء
يشير مصطلح IoT، أو إنترنت الأشياء، إلى مجموعة من الأجهزة المتصلة والوسائل التكنولوجية التي تيسر الاتصال بين الأجهزة والسحابة، وكذلك بين الأجهزة نفسها. وبفضل ظهور رقائق الكمبيوتر ميسورة التكلفة واتصالات النطاق الترددي العالي، أصبحت لدينا الآن مليارات الأجهزة المتصلة بالإنترنت. تعتمد التوائم الرقمية على بيانات مستشعر إنترنت الأشياء لنقل المعلومات من كائن العالم الحقيقي إلى كائن العالم الرقمي. ويتم إدخال البيانات في منصة برمجية أو لوحة معلومات حيث يمكنك رؤية تحديث البيانات في الوقت الفعلي.
الذكاء الاصطناعي
الذكاء الاصطناعي هو أحد مجالات علوم الحاسب المخصص لحل المشكلات المعرفية المرتبطة بشكل شائع بالذكاء البشري، مثل التعلم وحل المشكلات والتعرف على الأنماط. التعلم الآلي هو عِلم تطوير الخوارزميات والنماذج الإحصائية التي تستخدمها أنظمة الكمبيوتر في تنفيذ المهام بدون تعليمات واضحة، اعتمادًا على الأنماط والاستدلال بدلاً من ذلك. تستخدم تقنية التوأم الرقمية خوارزميات التعلم الآلي لمعالجة الكميات الكبيرة من بيانات المستشعر وتحديد أنماط البيانات. يوفر الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي (AI/ML) رؤى البيانات حول تحسين الأداء والصيانة ومخرجات الانبعاثات والكفاءات.
التوائم الرقمية مقارنة بالمحاكاة
التوائم الرقمية والمحاكاة كلاهما محاكاة افتراضية قائمة على النموذج، ولكن توجد بعض الاختلافات الرئيسية. تُستخدم عمليات المحاكاة عادةً للتصميم، وفي بعض الحالات، التحسين دون اتصال بالإنترنت. يقوم المصممون بإدخال تغييرات على عمليات المحاكاة لمراقبة سيناريوهات ماذا لو. التوائم الرقمية، من ناحية أخرى، هي بيئات افتراضية معقدة يمكنك التفاعل معها وتحديثها في الوقت الفعلي. إنها أكبر في الحجم والتطبيق.
على سبيل المثال، فكر في محاكاة سيارة. يمكن للسائق الجديد الحصول على تجربة تدريب غامرة، وتعلم عمليات قطع غيار السيارات المختلفة، ومواجهة سيناريوهات مختلفة في العالم الحقيقي أثناء القيادة فعليًا. ومع ذلك، لا ترتبط السيناريوهات بسيارة فعلية. يرتبط التوأم الرقمي للسيارة بالمركبة المادية ويعرف كل شيء عن السيارة الفعلية، مثل إحصائيات الأداء الحيوي، والأجزاء التي تم استبدالها في الماضي، والمشكلات المحتملة كما لاحظتها المستشعرات، وسجلات الخدمة السابقة، والمزيد.
ما هي مشاريع AWS الرقمية المزدوجة؟
تعمل AWS مع العديد من الشركات في مشاريع ثنائية رقمية. وهي تشمل بعض ما يلي.
Carrier
يستخدم مزود حلول سلسلة البناء والتبريد، Carrier، AWS لتطوير حلوله الرقمية بسرعة. تستخدم الشركة خدمات AWS IoT لتطوير منصة الخدمات المشتركة الخاصة بها، carrier.io. كما استخدمت تقنية AWS لنمذجة الأصول بالإضافة إلى إنشاء وتكامل التوائم الرقمية لتكرار أنظمتها المادية.
INVISTA
تتخصص شركة INVISTA التابعة لشركة Koch Industries في المواد المتخصصة المستخدمة في العديد من القطاعات، بما في ذلك الملابس والسيارات وأجهزة الكمبيوتر. عملت مع AWS لبناء توائم رقمية لعمليات التصنيع الخاصة بها، مما يمنح الموظفين رؤية رقمية كاملة لأصولها وبياناتها.
جون هولاند
جون هولاند هي واحدة من شركات البنية التحتية والعقارات المتكاملة الرائدة في أستراليا. كجزء من التحول الرقمي، تمكنت من إنشاء توائم رقمية للبناء، وتزويد المديرين بصورة رقمية لمشاريعهم. تلتقط AWS البيانات التشغيلية لمراقبة الأداء ومراقبة البيئة والمطالبات والبيانات التاريخية.
كيف يمكن لـ AWS المساعدة في تقنية التوأم الرقمية؟
يساعدك AWS IoT TwinMaker على تحسين العمليات والأداء من خلال إنشاء توائم رقمية لأنظمة العالم الحقيقي. يمنحك AWS IoT TwinMaker الأدوات اللازمة لتكرار المباني والمصانع ومرافق التصنيع وخطوط الإنتاج والمعدات الصناعية رقميًا. يمكنك استيراد النماذج ثلاثية الأبعاد الموجودة، مثل التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) وملفات نمذجة معلومات البناء (BIM)، إلى AWS IoT TwinMaker لإنشاء تصورات ثلاثية الأبعاد لأنظمتك. مع AWS IoT TwinMaker، يمكنك القيام بما يلي:
- تحسين عمليات البناء.
- تسريع إنتاج الإنتاج.
- تحسين أداء المعدات.
- البحث عن الحالات الشاذة في العملية ومعالجتها.
- مراقبة ظروف البناء وتحسينها.
ابدأ استخدام AWS IoT TwinMaker عن طريق إنشاء حساب AWS مجاني.
