اینترنت اشیاءشبکهمیم تک 15

دوقلوهای دیجیتال – پیشروی همزادهای دیجیتالی در صنعت IoT و 4.0

اگرچه ما هم اکنون شاهد مسایل جدیدی در اینترنت اشیا و دوقلوهای دیجیتالی هستیم ،اگر تصورکاملی از این امور نداشته باشیم قادر به درک کامل آن نخواهی بود.همانند کوه یخی که آن را می بینیم اما اگرتصور کاملی از آن نداشته باشیم قابلیت درک آن را نخواهیم داشت. دوقلوهای دیجیتال یک مثال کامل از این و کلید بین صنعت 4.0 و اینترنت صنعتی است
دوقلوهای دیجیتال – پیشروی دوگانه دیجیتال در صنعت IoT و صنعت 4.0
مفهوم دوقلوهای دیجیتالی
کانسپت دوقلوهای دیجیتال

در دو سه سال اخیر اصطلاحاتی مانند صنعت ۴٫۰ یا Industry 4.0 ، تولید هوشمند یا Smart Manufacturing ، اینترنت اشیاء یا IoT و اینترنت اشیاء صنعتی یا IIoT را شنیده می شود. دیوید کرلی یکی از مدیران میانی موسسه گارتنر در این مورد می‌گوید: ” روندهای تکنولوژی در سال ۲۰۱۷ مرحله جدیدی برای ایجاد شبکه دیجیتال هوشمند هستند. ” شبکه هوشمند در همه جا پدیده‌ای است که به زودی شیوه انتقال اطلاعات و تعامل از طریق ابزارهای تکنولوژی را متحول کرده و راهکارهای تازه‌ای را برای نفوذ یادگیری ماشینی و هوش مصنوعی به زندگی روزمره همه ما فراهم می‌کند. دوقلوهای دیجیتال آمده اند تا فرآیندهای تولید را تغییر دهند و راه های جدیدی را برای کاهش هزینه ها، نظارت بر دارایی ها، بهینه سازی تعمیر و نگهداری، کاهش خرابی و تولید وسایل ارتباطی ارایه دهند. مدل دوقلوهای دیجیتال ،  به سرعت در حال ورود و پیشروی در صنایع است. اینترت اشیا یکی از این صنایع پیشرو می باشد.

هنگامی که نقاط IOT، دستگاه ها و سایر ابزار آلات فیزیکی  به سیستم های سنجش و جمع آوری داده ها متصل می شوند، تمامی داده ها را در یک فرآیند پردازش بهینه /خودکار ( optimized/automated processes ) به اطلاعات کاملی تبدیل می کند که از نتایج آن ،ایجاد فرصت های جدید برای کسب و کار در دنیای صنعتی اینترنت اشیا می باشد. حسگرها داده‌های شی را جمع‌آوری کرده و آن را از طریق اینترنت اشیا به نرم افزار شبیه‌سازی سه بعدی انتقال می‌دهند. گرچه ما هم اکنون شاهد مسائل جدیدی در اینترنت اشیا و دوقلوهای دیجیتالی هستیم ، اگر تصور کاملی از این امور نداشته باشیم قادر به درک کامل آن نخواهیم بود. همانند کوه یخی که آن را می بینیم اما اگر تصوری از آن نداشته باشیم توانایی درک آن را نداشتیم. دوقلوهای دیجیتال یک مثال کامل از این و کلید بین صنعت 4.0 و اینترنت صنعتی است.

دوقلوهای دیجیتال قطعا آماده هستند که بر روی وعده های بسیاری در زمینه تولید و فراتر از آن عمل کنند. از نشانه های روشن این موضوع می توان به استفاده ی روز افزون از دوقلوهای دیجیتال در پلتفرم های  صنعتی اینترنت اشیا اشاره کرد.

ما هر روزه  در حال پیشرفت در استفاده از مفهوم و عمل دیجیتال سازی در موارد مختلف هستیم:

کتاب ها تبدیل به کتاب های الکترونیکی، اطلاعات کاغذی تبدیل به فرمت های الکترونیکی و فرآیندهای دیجیتال شده اند، موسیقی در بیت ها و بایت ها نمود یافته است و این لیست هر روز در حال بزرگ تر شدن است. ما همچنین می توانیم به عکس تمام این پروسه ها باز گردانیم و از دنیای دیجیتال به دنیای فیزیکی بازگردیم که باز مفهوم متفاوتی برای دوقلوهای دیجیتالی خواهیم داشت مانند پرینترهای سه بعدی.

درواقع دوقلوهای دیجیتالی پلی میان دنیای دیجیتال و فیزیکی هستند.

بیاید نگاه عمیق تری داشته باشیم:

مقالاتی مانند GE, Gartner و Innovation Enterprise به نمونه ای از ایده ی پایه دوقلوهای دیجیتالی  در برنامه ی فضایی دهه 1960 ناسا اشاره کرده اند؛ که سیستم فیزیکی مشابهی که در سفینه های فضایی وجود دارند را روی زمین همسان سازی می کرد. در نهایت این سیستم های فیزیکی تکراری شبیه سازی کامپیوتری می شدند.

دوقلوهای دیجیتال: دو برابر سرگرم کننده تر، دو برابر امکانات بیشتر

دو قلوهای دیجیتالی یک مدل نرم‌افزاری فعال از یک شی یا سیستم فیزیکی  هستند، که به اطلاعات رسیده از یک حسگر برای پاسخگویی متکی می باشند. دوقلوهای دیجیتالی شامل ترکیبی از متادیتا مانند اطلاعات دسته‌بندی شده، شرایط یا حالت (مکانی یا دمایی) است که می‌تواند به راحتی مورد تحلیل و بررسی قرار گیرد.

با دوقلوهای دیجیتال ، همان طور که از نام آن ها پیداست ما از هر”چیز” دو نمونه خواهیم داشت: یک جسم فیزیکی و یک دوقلوی دیجیتالی .

تصور کنید شما یک موتور هواپیما با سنسورها ، قطعات و تکنولوژی های پیشرفته دارید. اگر شما می توانستید یک نسخه کاملا مجازی (این موضوع را با واقعیت مجازی و واقعیت افزوده اشتباه نگیرید) بوسیله ی CAD یا Computer-aided-design و توابع CAD 3D در محیط ابری بسازید که کاملا مشابه موتور واقعی کار کند، و همه ی توابع و عملکردهای آن را به صورت مجازی شبیه سازی کند، به چه بهبودهایی دست می یافتید ؟!!

ماکت شبیه سازی شده همان دوقلوی دیجیتالی جسم فیزیکی است؛ پس دقیقا مانند آن عمل می کند. این امر به ما در تشخیص مسائل احتمالی کمک می کند، تنظیمات جدید را آزمایش می کند، همه ی سناریو ها را شبیه سازی کرده و هر اطلاعاتی که لازم باشد تحلیل می کند. در واقع، همه چیز را تقریبا  در یک محیط مجازی یا دیجیتال خواهیم داشت. آنچه که ما روی دوقلوهای دیجیتال انجام می دهیم در مورد دارایی فیزیکی هم به طور واقعی اتفاق می افتد و این جایی است که ما در مورد نوآوری و طراحی محصولات با روش های کاملا جدید هم صحبت می کنیم.

برنامه های دوقلوهای دیجیتال:

کانسپت دوقلوهای دیجیتالی بزرگترین مسئله در اکثر بخش های کسب و کار است؛ که کمک می کند تا با دقت وضعیت فعلی و آینده محصول فیزیکی با آنالیز قطعات شمارنده ی آن محصول پیش بینی شود.

در بخش های زیر اکثر برنامه های اصلی دوقلوهای دیجیتالی را خواهیم دید:

ساخت یا Manufacturing : دوقلوهای دیجیتالی آمده اند تا چهره فعلی بخش تولید را تغییر دهند. دوقلوهای دیجیتالی تأثیر قابل توجهی در نحوه طراحی محصولات و نگهداری آن ها دارند .

خودرو یا Automobile : از دوقلوهای دیجیتال می توان در بخش خودرو برای ایجاد مدل مجازی وسایل نقلیه استفاده کرد. آن ها اطلاعات رفتاری و عملیاتی وسیله نقلیه را جمع آوری کرده و در تجزیه و تحلیل عملکرد کلی وسایل نقلیه با بهبود ویژگی های اتصالی آن ها کمک می کنند. همچنین در ارائه یک سرویس واقعا شخصی / سفارشی برای مشتریان کمک می کند.

خرده فروشی یا Retail : گردآوری تجارب مشتریان امر مهمی در خرده فروشی می باشد. پیاده سازی دوقلوهای دیجیتالی، با ساخت و مدل سازی مدل های مجازی نقش کلیدی را در افزایش تجارب مشتریان خرده فروشی ایفا می کند. دوقلوهای دیجیتالی همچنین در برنامه ریزی بهتر، اجرای امنیتی و مدیریت انرژی به شیوه ای بهینه کمک می کنند.

مراقبت های بهداشتی یا Healthcare : دوقلوهای دیجیتالی همراه با داده های IoT می توانند نقش کلیدی را در بخش مراقبت های بهداشتی همانند صرفه جویی در هزینه های نظارت بر بیمار، نگهداری پیشگیرانه و ارائه مراقبت های بهداشتی شخصی بازی کنند.

شهرهای هوشمند یا Smart Cities : برنامه ریزی و پیاده سازی شهرهای  هوشمند با کمک دوقلوهای دیجیتالی و داده های اینترنت اشیا به توسعه اقتصادی، مدیریت کارآمد منابع و افزایش کیفیت کلی زندگی شهروندان را به طور قابل توجهی افزایش می دهند.

مدل سازی های دوقلوهای دیجیتالی با کسب اطلاعات از شبکه های حسگر و سیستم های هوشمند، به برنامه ریزان شهری و سیاست گذاران در برنامه ریزی شهرهای هوشمند کمک می کنند. همچنین داده های حاصل از  دوقلوهای دیجیتالی به آنها کمک می کند تا تصمیمات آگاهانه ای در مورد آینده نیز به دست بیاورند.

صنعت اینترنت اشیا یا IOT Industrial : شرکت های صنعتی با اجرای دوقلوهای دیجیتالی می توانند نظارت، ردیابی و کنترل سیستم های صنعتی را به صورت دیجیتالی انجام دهند. جدا از داده های عملیاتی، دوقلوهای دیجیتال داده های محیطی مانند مکان، پیکربندی، مدل های مالی و غیره را نیز ضبط می کنند؛ که در پیش بینی عملیات و ناهنجاری های آینده کمک می کنند.

IoT از دوقلوهای دیجیتال تغذیه می کند – کسانی که برای داده های واقعی گرسنه هستند

خوب، اما ما چگونه می توانیم مطمئن باشیم که این موارد درست هستند ؟ این جایی است که حسگرها و اینترنت اشیا ، یا داده های بهتر وارد می شوند. موتور هواپیمایی که مثال زدیم و یا هر شی فیزیکی دیگر، اطلاعاتی را که دوقلوهای دیجیتال را تغذیه می کنند تا آن ها را تبدیل به دوقلوهای دیجیتالی مدنظر ما کنند، فراهم می کند.

شتاب فعلی در استفاده از دوقلوهای دیجیتال، عمدتا به لطف IoT و هزینه های پایین فن آوری هایی است که باعث تقویت اینترنت اشیا و دوقلوهای دیجیتال می شوند. امروزه از فناوری دوقلوهای دیجیتالی در زمینه ی اینترنت اشیا، اینترنت صنعتی و به طور قطع در مهندسی و تولید استفاده می شود. اگر موتور هواپیما و یا سایر اشیای پیچیده ی فیزیکی و تکنولوژی های پیشرفته مانند ربات های صنعتی فعال شده با اینترنت اشیا را تصور کنید می توانید پی ببرید که چرا.

به همین دلیل است که وقتی در مورد سرمایه گذاری و راه حل های دوقلوهای دیجیتال صحبت می کنیم، معمولا با نام شرکت هایی که در اینترنت صنعتی فعال هستند برخورد می کنیم. به عنوان مثال GE، PTC، زیمنس، CSC، SAP،و به این ترتیب این لیست ادامه می یابد.

مهارت های دوقلو دیجیتال:

ایجاد دوقلوهای دیجیتال با این اطلاعات بسیار، مجموعه مهارت های دیگری مانند تخصص در یادگیری ماشین، هوش مصنوعی، تجزیه و تحلیل پیش بینی و دیگر قابلیت های علم اطلاعات رانیاز دارد. دوقلوهای دیجیتالی می توانند یک تکنولوژی برای یک مشکل خاص کسب و کار باشند. همچنین نگرانی ها در مورد هزینه، امنیت، حفظ حریم خصوصی و ادغام وجود دارد. ” شرکت های بزرگ مانند مایکروسافت، اوراکل و GE دارای تکنولوژی دوقلوهای دیجیتال برای شرکت هایی هستند که به دنبال ایجاد و راه اندازی دوقلوهای دیجیتال در محیط های IoT خود می باشند.

آینده دوقلوهای دیجیتال:

برای صنایع و فرآیندهای مختلف دوقلوهای دیجیتالی متفاوتی وجود دارد.ما در آینده شاهد گسترش بیشتر دوقلوهای دیجیتال در برنامه ها و صنایع متفاوت خواهیم بود،که با تکنولوژی های بیشتری از قبیل توانایی های گفتاری ترکیب می شوند، واقعیت افزوده  مجازی را برای یک تجربه ی همه جانبه ایجاد می کند، قابلیت های AL وفن آوری های بیشتری فراهم می آورند که ما را قادر می سازند تا با نگاه عمیق تر به دوقلوهای دیجیتال به دیدگاه کاملی از شی فیزیکی برسیم.

در مورد آینده، تحلیلگران به طور عمده از سالهای 2020-2021 به عنوان سال هایی نام می برند که دوقلوهای دیجیتال در برنامه های کلیدی کسب و کار نقش مهمی ایفا می کنند (البته در حال حاضر نمونه های زیادی وجود دارد و همچنین در سال 2018 و 2019موضوع فناوری دوقلوهای دیجیتالی،  موضوع داغی به شمار می رود.).

گارتنرتثبیت جایگاه اصلی دوقلوهای دیجیتال در زمینه پروژه ها ی IOT را تا سال 2020 پیش بینی می کند. این شرکت انتظار دارد تا سال 2021 نیمی از شرکت های بزرگ صنعتی از دوقلوهای دیجیتال استفاده کنند.

چه نتیجه ای باید از دوقلوهای دیجیتال انتظار داشته باشید؟

دوقلوهای دیجیتال با داده ها و فراداده ها شروع می شوند: مدل دارایی، سنسورها و داده های محرک، و همچنین داده های گسترده ای از زمینه یا دانش مربوط به طراحی، ساخت، بهره برداری و سرویس دوقلو فیزیکی.

تجزیه و تحلیل،  مغز دوقلوهای دیجیتال است. هوش،  بر اساس داده ها و با استفاده از تجزیه و تحلیل، فیزیک ، الگوریتم یا یادگیری ماشین ساخته شده است.

دوقلوهای دیجیتال در پلتفرمی قرار می گیرند که پایداری آن ها حفظ شود، جفت شدن بین دوقلوهای دیجیتال ودنیای  فیزیکی و ایجاد یک سیستم یادگیری برای بهبود دوقلوهای دیجیتالی که میزبان آن ها است ،به طور مداوم نیاز است. در نهایت، برنامه ها  معمولا نتیجه نهایی را با استفاده از نتایج بدست آمده از دوقلوهای دیجیتال با استفاده از API ها برای پرس و جو ارائه می کنند.

پیشرفت ارزش معمولا از این مسیر پیروی می کند:

1) درک عملکرد و پیش بینی در سطح دارایی و اهرم برای بهینه سازی عملکرد فردی؛

2) بهینه سازی نگهداری در سطح فردی؛

3) جمع آوری برای دارایی های مختلف و بهینه سازی در سطح عملیات؛

4) مدل های کسب و کار را دوباره در نظر بگیرید و ارزش و خدمات جدیدی را ارائه دهید.

دوقلوهای دیجیتال در صنعت4.0

چهارمین انقلاب صنعتی یا صنعت 4.0 که شامل اتوماسیون، مبادله داده ها و فن آوری های تولید است، در نقطه صحبت کردن درباره ی دنیای کسب و کار قرار دارد.

دوقلوهای دیجیتالی در هسته این انقلاب صنعتی جدید قرار دارند که فرصت های نامحدودی را به ارمغان می آورند.

این  تغییرات رویکرد سنتی “اول بسازید بعد تست کنید” در دنیای صنعتی را تغییر می دهد و یک فرآیند طراحی مبتنی بر سیستم مجازی را به ارمغان می آورد؛ که با درک ویژگی های منحصر به فرد، عملکرد و مسائل بالقوه ، نقش بسیار کارآمدتری را جدا از هرگونه تجهیزات یا سیستم به ارمغان می آورد.

با استفاده از دوقلوهای دیجیتال، یک اپراتور می تواند بدون استفاده از مربی یا شبیه ساز اختصاصی آموزش ببیند.در چنین دنیای مستقلی از ماشین آلات صنعتی، نقش دوقلوهای دیجیتال تکامل یافته است و ما می توانیم شاهد افزایش خود آگاهی در ماشین ها باشیم.

دستگاههایی که قادر به بهینه سازی عملکرد خود، هماهنگی با سایر ماشین ها، تشخیص ایرادات خود (self-diagnosis) و تعمیرات آن ها (self-repairing) با حداقل مداخلات از جانب اپراتورهای دستی هستند.

سه چیز دیگر که ممکن است بخواهید درباره دوقلوهای دیجیتال بدانید:
  • مفهوم دوقلوهای دیجیتال جدید نیست: مقالاتی  مانند GE , Gartner, and Innovation Enterprise نمونه ای از ایده  ی پایه ای دوقلوهای دیجیتالی در برنامه ی فضایی دهه 1960 ناسا اشاره کرده اند. که سیستم فیزیکی مشابهی که در سفینه های فضایی وجود داشتند را روی زمین همسان سازی می کرد. در نهایت این سیستم های فیزیکی تکراری شبیه سازی کامپیوتری شدند.

بیانیه دکتر مایکل گرایس مفهوم “دوقلوهای دیجیتال “خود را در زمینه تکرار کارخانه مجازی توضیح می دهد. وی ریشه های مفهوم دوقلوهای دیجیتالی را مربوط به دوره اجرایی خود در دانشگاه مدیریت مایکروسافت در زمینه مدیریت چرخه ی محصول (PLM) و روزهایی که اکثر اطلاعات هنوز هم مبتنی بر کاغذ بودند و مدیریت اطلاعات و سیستم های اجرایی ساخت (MES) مانند  امروز هنوز وجود نداشت (و البته هیچ IoT وجود نداشت) می داند.

  • در پایان سال 2016 گارتنر دوقلوهای دیجیتال را در فهرست 10 تکنولوژی 2017 قرار داده است: و پیش بینی کرد که در عرض سه تا 5 سال بعد از آن زمان ” میلیاردها چیز توسط دوقلوهای دیجیتال، مدل های نرم افزاری از یک سیستم فیزیکی، نمایان می شود” که در همان زمان است که گارتنر چگونگی دوقلوهای دیجیتالی را تعریف می کند.
  • فن آوری دوقلوهای دیجیتالی در زمینه های کاملا متفاوت ریشه دارد، جایی که شما می توانید از ماشین آلات مورد نیاز برای نظارت و تعمیرات در فواصل خیلی دور استفاده کنید. ( نظارت و تشخیص از جمله دلایل بسیاری است که از دوقلوهای دیجیتال استفاده می شود) اکتشافات فضایی که دیمیتری ولکمن با نام GE در یک پست وبلاگی در نوامبر 2016 نوشت. فناوری جفت کردن دیجیتال با اشیا فیزیکی ، توسط پژوهش های ناسا در روزهای اولیه اکتشاف فضا ساخته شده است این مدل دیجیتال به کار، شبیه سازی و تجزیه و تحلیل یک سیستم پایه تحت مدیریت فیزیک کمک می کرد. ناسا هنوز هم از دوقلوهای دیجیتال در این زمینه و سایر صنایع  استفاده می کند.

 

دوقلو دیجیتال در مقابل دوقلو پیش بینی :

Deepak Puri ، یکی از نویسندگان شبکه جهانی در نوامبر 2017، یک نمونه از ابزار دیجیتال دو جانبه اوراکل را معرفی کرد که کاربران را با دو گزینه – دوقلو دیجیتال و دوقلو پیش بینی آشنا می کند. دوقلو دیجیتال “می تواند شامل توضیحات دستگاه ها، رندر 3D و جزئیات مربوط به تمام سنسورها در دستگاه باشد. به طور مداوم اطلاعات  تولیدی سنسورها خوانده می شود و گزینه های زندگی واقعی را شبیه سازی می کند.

Puri می نویسد: دوقلوهای پیش بینی “مدل حالت آینده و رفتار دستگاه است.” این بر اساس داده های تاریخی از دستگاه های دیگر است که می تواند خرابی ها و شرایط دیگری را که نیاز به توجه دارند شبیه سازی کند. مایکروسافت مفهوم دوقلوهای دیجیتالی را علاوه بر محصولات فیزیکی به فرآیندها نیز باز می گردد.

مایکروسافت ایده فرآیند دیجیتال دوقلو را پیشنهاد می کند: فرآیند دوقلوهای دیجیتال سطح بعدی تحول دنیای دیجیتال است، ترکیبی از مزایای محصول دوقلوی دیجیتالی در سراسر کارخانه و زنجیره تامین.

بیانیه مربوطه برخی از سناریوهای پیشرفته تولید را برجسته می کند که دوقلوهای دیجیتالی محصول را ساپورت نمی کنند اما این روند پیش بینی دوقلوهای دیجیتال خواهد بود.

دوقلوهای دیجیتال ساخته شده ملموس: مثال دوچرخه

در یکی از رویدادهای رهبران صنعتی اینترنت اشیا، شرکت EVP CAD که متعلق به آقای Michael M می باشد ، PTC را در نسخه ی LiveWorx 2015  ارایه کرد. کمپل کل این ایده را با تنظیم PTC که با استفاده از یک دوچرخه ساخته شده بود ، به صورت کاملا ساده توضیح داد.

به طور خلاصه : ابتدا دوچرخه با تکنولوژی های لازم مجهز می شود ، که به این ترتیب یک دوچرخه ی هوشمند خواهیم داشت. نتایج اطلاعات وارد داشبورد PTC’s ThingWorx می شود، سپس اطلاعات به دوقلوهای دیجیتالی ارسال می شود. آخرین مرحله استفاده از اطلاعات در یک زمینه واقعیت افزوده است.(https://www.youtube.com/watch?v=MU4pBSugy2o)

از مزایای آن می توان به این امر اشاره کرد که، دید به چگونگی استفاده از محصول در دنیای واقعی و نحوه عملکرد آن، به نوبه خود منجر به اهدافی مانند بهینه سازی محصول، بینش بالقوه برای محصولات یا نسخه های جدید، قابلیت خدمات پیش بینی شده بهبود یافته می شود.

بدون شک، آینده ای هیجان انگیز در جهان تولید و مهندسی وجود دارد و دوقلوهای دیجیتال قدم مهمی برای دست یابی به آن ها هستند.

آیا برای باز کردن این پتانسیل بزرگ، آماده هستید؟

ارسال پاسخ