في عالم يتزايد تعقيده وتطوره، حيث نجد التكنولوجيا والابتكارات التي تلعب دورًا محوريًا في حياتنا اليومية، يبرز مفهوم التوأم الرقمي كواحد من الابتكارات الأكثر إثارة للاهتمام في العالم. حيث يعد التوأم الرقمي نموذجًا افتراضيًا دقيقًا لنظير مادي يمكنه محاكاة ومراقبة وتحليل أداء الأنظمة والعمليات في الوقت الحقيقي. في هذا المقال سنتناول بالتفصيل ماهية التوأم الرقمي وأهميته وفوائده والمجالات التي يمكن استخدامه فيها، وكيفية العمل به، ولبدأ في رحلة استكشافية في عالم التكنولوجيا الحديث.
التوأم الرقمي تعريفه ومفهومه
تخيل أنك تمتلك نموذجًا افتراضيًا لمنزلك، هذا النموذج يحتوي على كافة التفاصيل الصغيرة والكبيرة. يمكنك من خلال هذا النموذج مراقبة حالة كل جزء من أجزاء المنزل في الوقت الحقيقي، من حالة الإضاءة إلى درجة حرارة الغرف وحتى استهلاك الطاقة. هذا هو التوأم الرقمي في أبسط صوره. إنه نموذج رقمي متكامل يعكس الواقع المادي بشكل دقيق، ويمكنه التفاعل مع البيانات الحقيقية لتقديم رؤى وتحليلات تساعد في تحسين الأداء واتخاذ قرارات مدروسة.
إذا فتقنية التوأم الرقمي هي نموذج افتراضي لأي جسم مادي. وتعمل على معرفة دورة حياة هذا الكائن Object وتستخدم البيانات في الوقت الفعلي المرسلة من أجهزة الاستشعار الموجودة على الكائن لمحاكاة السلوك ومراقبة العمليات. وبعدها يمكنها استنساخ عناصر العالم الحقيقي، مثل قطع المعدات في المصنع وربما المصنع بالكاملة، وحتى المدن بالكامل. وتقوم هذه التقنية بالإشراف على الأداء الأصلي وتحديد الأخطاء الواقعية المحتملة وبعدها يتم اتخاذ قرارات لكيفية الصيانة وغيرها من الأشياء الأخرى.
بدأ مفهوم التوأم الرقمي في الظهور في أوائل العقد الأول من القرن الواحد والعشرين، حيث استخدمته وكالة ناسا لمراقبة وإدارة أداء مركبات الفضاء. ومع تطور التكنولوجيا، انتقل هذا المفهوم إلى مختلف الصناعات، وأصبح أحد الأعمدة الأساسية في الثورة الصناعية الرابعة.
أهمية التوأم الرقمي
ما هي أهمية وفوائد التوأم الرقمي؟ يوفر التوائم الرقمي العديد من الفوائد. وسوف نعرف بعضها فيما يلي.
تحسين الأداء والكفاءة
يعد التوأم الرقمي أداة قوية لتحسين الأداء والكفاءة في مختلف العمليات. من خلال تقديم نموذج دقيق ومتفاعل للواقع المادي، يمكن للمستخدمين مراقبة وتحليل البيانات في الوقت الحقيقي، مما يساعد في التعرف على المشاكل واتخاذ الإجراءات اللازمة قبل أن تتفاقم. هذا يمكن أن يؤدي إلى تحسين كبير في الكفاءة وتقليل التكاليف.
تتيح لك المعلومات والرؤى في الوقت الفعلي على تحسين أداء المعدات أو المصانع أو المرافق. وبالتالي فيمكن التعامل مع المشكلات فور حدوثها، مما يضمن عمل بكامل الطاقة الإنتاجية وتقليل وقت التوقف عن العمل.
الصيانة التنبؤية
إحدى الفوائد الرئيسية للتوأم الرقمي هي قدرته على تقديم صيانة تنبؤية. من خلال تحليل البيانات الحية، يمكن للتوأم الرقمي التنبؤ بالأعطال والمشاكل المحتملة قبل حدوثها، مما يسمح بإجراء الصيانة الوقائية بدلاً من الانتظار حتى تحدث المشكلة. هذا يمكن أن يقلل من التوقفات غير المخطط لها ويحسن استمرارية العمل.
توفر رؤية رقمية كاملة لتصنيع والمنشآت التجارية ولو كانت ضخمة. حيث تقوم أجهزة الاستشعار بمراقبة المخرجات، وتحلي المشكلات والأخطاء فب الوقت الفعلي. وبالتالي يمكن اتخاذ إجراء مع ظهور أي علامة عن وجود مشكلة فلا يحدث أي تعطل للمعدات.
تخطيط وإدارة الموارد وتسريع الإنتاج والمراقبة عن بعد
يمكن استخدام التوأم الرقمي لتخطيط وإدارة الموارد بكفاءة أكبر. على سبيل المثال، في التصنيع، يمكن استخدام التوأم الرقمي لمحاكاة العمليات الإنتاجية وتحسين تدفق العمل واستخدام الموارد بشكل أفضل. هذا يساعد في تقليل الفاقد وزيادة الإنتاجية.
يتم تسريع الوقت للإنتاج من خلال التمثلي الرقمي. ومن خلال السيناريوهات التي يمكن حدوثها، يتم مسبقا معرفة كيفية التفاعل وإجراء التغييرات اللازمة للحصول على أفضل النتائج قبل الإنتاج الفعلي.
يمكن أيضا مراقبة المرافق والتحكم بها عن بعد. وهذا يعني أن أعداد الأشخاص المراقبين سيقل للتحقق من المعدات التي يمكن أن تكون في خطر.
مجالات استخدام التوأم الرقمي
ما هي الصناعات التي تستخدم تقنية التوأم الرقمي؟ تستخدم التوأمة الرقمية في عدد من الصناعات بشكل متزايد وذلك لبناء ما يماثلها افتراضية قبل الظهور في العالم الحقيقي. بعض تلك الأمثلة يشمل ما يلي:
الصناعة والتصنيع
في الصناعة يُعتبر التوأم الرقمي أداة أساسية لتحسين العمليات الإنتاجية وإدارة الصيانة. يمكن استخدامه لمحاكاة عمليات التصنيع وتحليل الأداء في الوقت الحقيقي، مما يساعد في تحسين الكفاءة وتقليل التكاليف. يمكن أيضًا استخدام التوأم الرقمي لإجراء اختبارات افتراضية على المنتجات قبل تصنيعها فعليًا، مما يقلل من التكاليف ويزيد من جودة المنتجات النهائية.
السيارات
تستخدم صناعة السيارات التوائمة الرقمية. حيث يمكن أن تمنحك نظرة عن سلوك المركبة بالإضافة إلى إنشاء نماذج برمجية وميكانيكية وكهربائية لها. وهنا تكون الصيانة التنبؤية ذات قيمة كبيرة لإمكانية التنبيه لمركز الخدمات ومستخدميها حال حدوث مشكلة في أي مكون بالمركبة.
الرعاية الصحية
في مجال الرعاية الصحية، يمكن للتوأم الرقمي أن يحدث ثورة في طرق تقديم الرعاية الطبية. يمكن استخدام نماذج رقمية للأعضاء البشرية أو الأنظمة الجسدية لمحاكاة العمليات الطبية وتدريب الأطباء. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدام التوأم الرقمي لمراقبة حالة المرضى في الوقت الحقيقي وتقديم تنبؤات دقيقة حول تطور الأمراض.
المدن الذكية
تلعب التوائم الرقمية دورًا حيويًا في تطوير المدن الذكية. يمكن استخدامها لمراقبة وإدارة البنية التحتية للمدينة، من شبكات المياه والكهرباء إلى حركة المرور والاتصالات. هذا يساعد في تحسين جودة الحياة للمواطنين من خلال توفير خدمات أكثر كفاءة وفعالية.
بناء
تفيد التوائمة الرقمية في تخطيط المساكن والمباني التجارية وأي مشاريع بنية تحتية حيث تقدم صورة في الوقت الفعلي لما يحدث. وبالتالي فيستطيع أن يستخدمها المعماريون للتخطيط والجمع بين النمذجة الثلاثية الأبعاد للمباني وتقنية التوأمة الرقمية. كما يمكن أن يستخدمها المشرفين على المباني لمراقبة أي شيء يتم مثلل الإشغال وبيانات الجودة والمساحات لتحسين الأداء داخل المباني.
الطاقة
في قطاع الطاقة، يمكن استخدام التوأم الرقمي لمراقبة وتحليل أداء محطات الطاقة وشبكات التوزيع. يمكن للتوأم الرقمي تقديم رؤى حول كيفية تحسين كفاءة استهلاك الطاقة وتقليل الفاقد. بالإضافة إلى ذلك، يمكن استخدامه لتطوير حلول طاقة متجددة أكثر فعالية واستدامة.
الفضاء والدفاع
في مجالات الفضاء والدفاع، يُستخدم التوأم الرقمي لمراقبة وإدارة الأنظمة المعقدة مثل الأقمار الصناعية والمركبات الفضائية. يمكن استخدامه لتحليل البيانات الحية واتخاذ قرارات مدروسة حول العمليات والأداء.
كيفية العمل بالتوأم الرقمي
جمع البيانات
الخطوة الأولى في العمل بالتوأم الرقمي هي جمع البيانات من المصادر المختلفة. يمكن أن تشمل هذه البيانات معلومات حول الأداء، والصيانة، والاستخدام. تُجمع البيانات باستخدام أجهزة الاستشعار والشبكات الذكية، ثم تُنقل إلى منصة التوأم الرقمي.
بناء النموذج الرقمي
بمجرد جمع البيانات، تُستخدم هذه المعلومات لبناء النموذج الرقمي. يجب أن يكون النموذج دقيقًا وشاملًا ليعكس الواقع المادي بأكبر قدر ممكن من الدقة. يمكن استخدام البرمجيات المتقدمة وتقنيات المحاكاة لبناء هذا النموذج.
التحليل والمراقبة
بعد بناء النموذج الرقمي، يبدأ التحليل والمراقبة. يمكن استخدام تقنيات التحليل المتقدمة والذكاء الاصطناعي لتحليل البيانات واستخلاص رؤى مفيدة. يمكن أيضًا استخدام التوأم الرقمي لمراقبة الأداء في الوقت الحقيقي وتقديم تنبؤات حول الصيانة والمشاكل المحتملة.
اتخاذ القرارات
تُستخدم النتائج المستخلصة من التحليل والمراقبة لاتخاذ قرارات مدروسة حول العمليات والأداء. يمكن استخدام التوأم الرقمي لتحسين العمليات وتخطيط الموارد واتخاذ إجراءات الصيانة الوقائية.
بعض أنواع التوائمة الرقمية الموجودة؟
- التوائم المكونة
- توأم الأصول
- توأم النظام
- عملية التوائم
تقنيات تستخدم في التوأمة الرقمية
- انترنت الأشياء
- الذكاء الاصطناعي
- التوائم الرقمية مقارنة بالمحاكاة
مثال قصصي للتوأم الرقمي في الصناعة
دعونا نتناول مثالًا قصصيًا لشرح كيفية استخدام التوأم الرقمي في صناعة محددة، وليكن صناعة السيارات.
الجزء الأول البداية
في أحد مصانع السيارات الكبرى، كانت الإدارة تواجه تحديات عديدة في تحسين الكفاءة وتقليل التكاليف. كانت الأعطال المتكررة في خط الإنتاج تؤدي إلى توقفات غير مخطط لها، مما أثر على الإنتاجية وزاد من التكاليف.
الجزء الثاني إدخال التوأم الرقمي
قررت الإدارة تبني تقنية التوأم الرقمي لتحسين عملياتها. بدأت بجمع البيانات من كافة أجزاء خط الإنتاج باستخدام أجهزة الاستشعار والشبكات الذكية. تم بناء نموذج رقمي دقيق يعكس خط الإنتاج بكافة تفاصيله.
الجزء الثالث التحليل والتحسين
باستخدام التوأم الرقمي، بدأت الإدارة في مراقبة أداء خط الإنتاج في الوقت الحقيقي. تم تحليل البيانات وتحديد الأنماط التي تؤدي إلى الأعطال المتكررة. بفضل هذه الرؤى، تمكنت الإدارة من اتخاذ إجراءات وقائية لتحسين أداء الآلات وتقليل الأعطال.
الجزء الرابع النتائج
بعد فترة من استخدام التوأم الرقمي، لاحظت الإدارة تحسنًا كبيرًا في كفاءة خط الإنتاج. انخفضت التوقفات غير المخطط لها بنسبة كبيرة، وزادت الإنتاجية بشكل ملحوظ. بالإضافة إلى ذلك, تمكنت الإدارة من تقليل التكاليف بفضل الصيانة التنبؤية واستخدام الموارد بشكل أكثر فعالية.
الجزء الخامس المستقبل
مع تحقيق هذه النجاحات، قررت الإدارة توسيع استخدام التوأم الرقمي ليشمل كافة أقسام المصنع. أصبحت التوائم الرقمية جزءًا أساسيًا من عمليات المصنع، مما ساهم في تحسين الأداء وزيادة القدرة التنافسية في السوق.
شركات رائدة في حلول التوأم الرقمي:
يتزايد الطلب على حلول التوأم الرقمي بشكل سريع، مما دفع العديد من الشركات العالمية إلى تطوير حلول متقدمة تلبي احتياجات مختلف الصناعات. إليك بعض الشركات الرائدة في هذا المجال:
1. شركة جنرال إلكتريك (GE):
- تُعدّ جنرال إلكتريك من أوائل الشركات التي استثمرت في تقنية التوأم الرقمي، حيث طوّرت منصة Predix لتحليل البيانات وإنشاء نماذج رقمية للأصول الصناعية.
- تُقدم جنرال إلكتريك حلولاً متكاملة للتوائم الرقمية تشمل الاستشارات والتصميم والتطوير والتشغيل.
2. شركة مايكروسوفت:
- تُقدم مايكروسوفت منصة Azure Digital Twins لإنشاء نماذج رقمية للأشياء المادية والعمليات.
- تتميز منصة Azure Digital Twins بسهولة الاستخدام ودمجها مع خدمات Azure الأخرى مثل الذكاء الاصطناعي وإنترنت الأشياء.
3. شركة أمازون:
- تُقدم أمازون منصة AWS IoT Core لجمع البيانات من أجهزة إنترنت الأشياء وإنشاء نماذج رقمية.
- تُتيح منصة AWS IoT Core ربط التوائم الرقمية بتطبيقات الأعمال الأخرى مثل تحليلات البيانات والتعلم الآلي.
4. شركة سيمنز:
- تُقدم سيمنز منصة MindSphere لإنشاء نماذج رقمية للآلات والمصانع والبنية التحتية.
- تُركز سيمنز على حلول التوأم الرقمي للصناعات التحويلية مثل تصنيع السيارات والطاقة.
5. شركة أوركل:
- تُقدم أوركل منصة Oracle Digital Twins Cloud لإنشاء نماذج رقمية للأشياء المادية والعمليات.
- تتميز منصة Oracle Digital Twins Cloud بدمجها مع تطبيقات Oracle الأخرى مثل ERP وCRM.
6. شركة PTC:
- تُقدم PTC منصة ThingWorx لإنشاء نماذج رقمية للأشياء المادية والعمليات.
- تُركز PTC على حلول التوأم الرقمي للمنتجات الصناعية، حيث تُتيح منصة ThingWorx ربط المنتجات بتطبيقات التصميم والتصنيع والصيانة.
7. شركة SAP:
- تُقدم SAP منصة SAP Leonardo IoT لإنشاء نماذج رقمية للأشياء المادية والعمليات.
- تُركز SAP على حلول التوأم الرقمي لسلاسل التوريد، حيث تُتيح منصة SAP Leonardo IoT ربط التوائم الرقمية بنظم إدارة سلسلة التوريد.
8. شركة IBM:
- تُقدم IBM منصة Watson IoT Platform لإنشاء نماذج رقمية للأشياء المادية والعمليات.
- تُركز IBM على حلول التوأم الرقمي للذكاء الاصطناعي، حيث تُتيح منصة Watson IoT Platform ربط التوائم الرقمية بنظم الذكاء الاصطناعي.
9. شركة هيتاشي:
- تُقدم هيتاشي منصة Lumada Manufacturing Solutions لإنشاء نماذج رقمية للعمليات الصناعية.
- تُركز هيتاشي على حلول التوأم الرقمي للتصنيع، حيث تُتيح منصة Lumada Manufacturing Solutions تحسين كفاءة الإنتاج وتقليل التكاليف.
10. شركة أسبن تكنولوجيز:
- تُقدم أسبن تكنولوجيز منصة Aspen Asset Analytics لإنشاء نماذج رقمية للأصول الصناعية.
- تُركز أسبن تكنولوجيز على حلول التوأم الرقمي لصيانة الأصول، حيث تُتيح منصة Aspen Asset Analytics التنبؤ بالأعطال وتحسين كفاءة الصيانة.
بالإضافة إلى الشركات المذكورة أعلاه، تُقدم العديد من شركات الاستشارات والخدمات المتخصصة حلول التوأم الرقمي.
خاتمة
يُعتبر التوأم الرقمي من الابتكارات الرائدة التي تعد بتحقيق تحسينات كبيرة في مختلف المجالات. من خلال تقديم نموذج دقيق للواقع المادي وتحليل البيانات في الوقت الحقيقي، يمكن للتوأم الرقمي تحسين الكفاءة وتقليل التكاليف وتعزيز الابتكار. مع تطور التكنولوجيا، من المتوقع أن يشهد استخدام التوأم الرقمي انتشارًا أوسع في مختلف الصناعات، مما يساهم في بناء مستقبل أكثر ذكاءً واستدامة.
