مجلة عالم التكنولوجيا
مجلة تكنولوجية شاملة

التوأم الرقمي.. طبيعة عمل ومزايا

التوأم الرقمي

44

تتعدد الأنظمة والأجهزة في ثورة التقنيات الحديثة التي تساعد المؤسسات والمشاريع وملاك الأعمال في اتخاذ القرارات المناسبة على أساس جمع البيانات من المصدر وتحليلها في شتى المجالات الصحية والمحاسبية والتقنية، ويأتي التوأم الرقمي من ضمن هذه الأنظمة بل في مقدمتها؛ لدوره البارز في المحاكاة وقدرته على التعلم من المدخلات التي تأتيه من البيئة.

 

مفهوم وتاريخ التوأم الرقمي

التوأم الرقمي Digital Twins هو تمثيل افتراضي لجسم أو نظام يمتد في دورة حياته ويقوم بتحديث نفسه من البيانات الآنية ويتخذ من المحاكاة مبدأ في عمله، كما يعمل على مبدأ التعليم الآلي والتعليل لمساعدة الإدارات في اتخاذ القرارات المناسبة.

التوأم الرقمي التوائم الرقمية

جاء التعبير عن فكرة التوأم الرقمي لأول مرة في عام 1991 من قِبل العالِم ديفد غلينتر David Gelernter، ولكن التطبيق العملي لمفهوم التوأم الرقمي تم في عام 2002 على يد الدكتور الأمريكي مايكل غريفز Dr. Michael Grieves المحاضر بجامعة ميشيغان الذي طبق النظرية في عملية التصنيع وبعدها تم الإعلان الرسمي لتقنية التوأم الرقمي؛ ليقوم العالِم جون فيكرز John Vickers من وكالة الفضاء الأمريكية NASA بالإعلان الرسمي لمصطلح Digital Twins.

وتُعتبر وكالة الفضاء الأمريكية هي الرائدة في مجال تقنية التوأم الرقمي ويتجسد ذلك في رحلاتها التي سيَّرتها إلى الفضاء في الستينيات من القرن الماضي؛ حيث كانت كل مركبة فضائية تقوم برحلة جوية تتكرر بالضبط في نسحة أرضية استُخدِمت لمحاكاة الرحلة الأساسية لأغراض الدراسة من قِبل موظفي ناسا العاملين في أطقم الطيران.

 

كيف يعمل التوأم الرقمي؟

التوأم الرقمي هو نموذج افتراضي مصمم ليعكس بدقة طبيعة الجسم المادي، ولتقريب مفهوم المصطلح يمكننا التمثيل بتوربين الرياح، فأجهزة توربينات الرياح تكون في العادة مزودة بالعديد من الأجهزة التي تكون متصلة بالمناطق الحيوية موضوع الدراسة. وتنتج أجهزة الاستشعار هذه بيانات تعكس جوانب مختلفة من أداء الأجسام المادية مثل ناتج الطاقة ودرجة الحرارة والأحوال الجوية وما إلى ذلك، ثم تنقل هذه البيانات إلى نظام المعالجة وتطبق على النسخة الرقمية والتي يمثلها التوأم الرقمي.

التوأم الرقمي التوائم الرقمية

وبمجرد إبلاغه بهذه البيانات يمكن استخدام النموذج الافتراضي لتشغيل عمليات المحاكاة، ودراسة نسبة الأداء، وإحداث التحسينات الممكنة؛ وذلك كله بهدف توليد رؤى ذات قيمة يمكن عندئذ تطبيقها مرة أخرى على الجسم المادي الأصلي.

 

التوأم الرقمي وأنظمة المحاكاة

يتفق المفهومان في مبدأ العمل العام وهو استخدام النماذج الرقمية لتكرار مختلف عمليات النظام، ولكن يختلف Digita Twins من ناحية بيئة العمل، فهو يعمل في بيئة افتراضية تجعله غنيًا أكثر من ناحية النتائج التي يعطيها، كما أن أنظمة المحاكاة تدرس عملية واحدة بعينها بينما يدير التوأم الرقمي نفسه مع عدد من عمليات المحاكاة المفيدة من أجل دراسة العديد من العمليات.

من ناحية أخرى فإن أنظمة المحاكاة لا تستفيد عادة من الحصول على البيانات في الوقت الآني والمناسب، وعلى الجانب الآخر نجد أن التوأم الرقمي يتم تصميمه على أساس تدفق ثنائي الاتجاه للبيانات، فالحدث يتم تقديمه من أجهزة الاستشعار التي ترتبط بالبيانات ذات الصلة بمعالج النظام ثم الذي يقوم بمعالجتها وإرجاع النتائج إلى الجسم مصدر البيانات مرة أخرى.

التوأم الرقمي التوائم الرقمية

ومن خلال الحصول على بيانات أفضل ومتكاملة باستمرار فيما يختص بمجموعة واسعة من المجالات مقترنة بقوة المعالجة المضافة التي تصاحب البيئة الافتراضية يصبح التوأم الرقمي قادرًا على دراسة المزيد من القضايا من نقاط متباينة أكثر بكثير مما يمكن أن تتيحه عمليات المحاكاة القياسية، مع قدرة أكبر في نهاية المطاف على تحسين المنتجات والعمليات.

 

مزايا التوائم الرقمية:

  1. البحث والتطوير للأفضل: ويتيح استخدام التوائم الرقمية إجراء المزيد من البحوث والتصميم الفاعلة للمنتجات مع صنع وفرة من البيانات عن النتائج المحتملة للأداء، كما يمكن أن تؤدي تلك المعلومات إلى رؤى ثاقبة تساعد الشركات في إجراء التحسينات اللازمة للمنتجات قبل بدء الإنتاج.
  2. زيادة الكفاءة: وحتى بعد دخول منتج جديد في الإنتاج يمكن للتوائم الرقمية أن تساعد في عكس ورصد أنظمة الإنتاج مع النظر إلى تحقيق ذروة الكفاءة والحفاظ عليها.
  3. نهاية عمر المنتج: علاوة على ذلك يمكن للتوائم الرقمية أن تساعد المصنعين في اتخاذ القرار المناسب بشأن المنتجات التي تصل إلى نهاية دورة حياة منتجاتهم، والتي تحتاج إلى تلقي المعالجة النهائية من خلال إعادة التدوير أو أي تدابير أخرى. وباستخدام التوائم الرقمية يمكن تحديد المواد المنتجة التي يمكن استعمالها.

 

أنواع التوائم الرقمية:

هناك أنواع مختلفة من التوائم الرقمية اعتمادًا على مستوى تضخيم المنتج ويكمن الفرق الأكبر بين هذه التوائم في التطبيق، ومن الشائع أن تتعايش أنواع مختلفة من التوائم الرقمية داخل نظام أو عملية واحدة، وتنقسم الأنواع إلى:

  1. توائم الأجزاء Component twins: وتكون فيها التوائم المكونة هي الوحدة الأساسية للتوأم الرقمي وهي أصغر مثال للعنصر العامل في النظام.
  2. توائم الأصول Asset twins: تتكون من دمج اثنين من توائم الأجزاء يشكلون ما يعرف بالأصل، وتتيح دراسة تفاعل تلك المكونات ثروة من البيانات التي يمكن معالجتها وتحويلها إلى رؤى قابلة للتنفيذ.
  3. توائم النظام System or Unit twins: والتي تُمكّن من رؤية كيفية تجميع الأصول المختلفة لتشكيل نظام كامل، وتكون مفيدة جدًا في تحسين الأداء.
  4. توائم العمليات Process twins: وتمثل المستوى الكلي من الرؤية وتكشف كيفية عمل الأنظمة معًا لإنشاء نظام إنتاج كامل، وتجيب هذه الأنظمة عن السؤال؛ هل كل الأنظمة متزامنة في العمل وفي ذروة الكفاءة أم أن التأخيرات في نظام ما ستؤثر في النظم الأخرى؟ كما يمكن أن تساعد توائم العمليات في تحديد خطط التوقيت الدقيقة التي تؤثر في نهاية المطاف بكامل الفعالية.
الرابط المختصر :
close

مرحبا 👋

سعداء بالتواصل معكم
قم بالتسجيل ليصلك كل جديد

نحن لا نرسل البريد العشوائي! اقرأ سياسة الخصوصية الخاصة بنا لمزيد من المعلومات.

اترك رد

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.