از همزادهای دیجیتال همچنین برای تکرار فرآیندها به منظور جمع‌آوری داده‌ها برای پیش‌بینی نحوه اجرای آن‌ها مورد استفاده قرار داد. در واقع، یک همزاد دیجیتال برنامه‌ای رایانه‌ای است که با کمک داده‌های واقعی، شبیه‌سازی‌هایی ایجاد می‌کند و عملکرد محصول یا فرآیندی را پیش‌بینی می‌کند. این فناوری با ادغام اینترنت اشیا، هوش مصنوعی و تحلیل داده خروجی را بهبود می‌بخشد. با پیشرفت یادگیری ماشین و حوزه‌هایی چون داده‌های کلان استفاده از این الگوهای مجازی و دیجیتالی تبدیل به اصلی مهم در مهندسی مدرن برای ایجاد نوآوری و بهبود عملکرد شده‌است.

فناوری همزاد دیجیتال چگونه کار می‌کند؟

برای ایجاد یک همزاد دیجیتال متخصصیان ریاضی کاربردی یا علوم داده شروع به تحقیق درباره فیزیک و داده‌های عملیاتی یک شی فیزیکی یا سیستم می‌کنند تا بتوانند مدل ریاضی آن را شبیه‌سازی کنند. توسعه‌دهندگان همزادهای دیجیتال، باید از دریافت بازخورد حسگرهای جمع‌آوری‌کننده داده‌های نسخه واقعی آن توسط مدل رایانه‌ای مجازی اطمینان حاصل کنند. بدین صورت نسخه دیجیتال قادر به تقلید و شبیه‌سازی هر آن‌چه نسخه اصلی در آن زمان دارد خواهد بود.

به طور خلاصه با وجود یک نسخه دیجیتال، روندهای فناوری استراتژیک بهبود می‌یابند، می‌توان از خرابی‌های سنگین در اشیای فیزیکی جلوگیری کرد و همچنین با استفاده از قابلیت‌‌های پیشرفته تحلیلی، نظارتی و پیش‌بینی فرآیندها و سرویس‌ها را مورد آزمایش قرار داد.

یک همزاد دیجیتال به اندازه نیاز شما ممکن است پیچیده یا ساده طراحی شود، و متناسب با نوع شبیه‌سازی مقادیر مختلف داده را برای شما تعیین کند.

از همزاد و نمونه اولیه می‌توان برای عرضه بازخود محصول در هنگام تولید استفاده کرد، همچنین می‌تواند نمونه اولیه مدل خود پیش از عرضه نسخه فیزیکی باشد.

همزاد دیجیتال در حل چالش‌ها

از آن‌جایی که همزاد دیجیتال قابل استفاده در طیف وسیعی حوزه‌ها از صنایع گرفته تا خودروسازی، بهداشت و تولید برق است، در حل چالش‌های مختلف این صنایع آزمایش شده است. از جمله این چالش‌ها می‌توان به آزمایش خستگی و مقاومت در برابر خوردگی توربین‌های بادی دریایی و بهبود کارایی اتومبیل‌های مسابقه‌ای اشاره داشت. از این فناوری همچنین در مدل‌سازی بیمارستان‌ها برای تعیین جریان کار و پرسنل و یافتن روش‌های پیشرفت سازمان استفاده می‌شود.

یک همزاد دیجیتال امکان بررسی راه‌حل‌های مربوط به توسعه چرخه عمر محصول، تولید و بهبود فرآیند تولید محصول و آزمایش نمونه اولیه را به کاربران می‌دهد. در چنین مواردی با یک همزاد دیجیتال می‌توان یک نمونه را بررسی و چالش‌های آن را پیش از رسیدن به مرحله تولید رفع کرد.

تاریخچه اختراع همزاد دیجیتال

اولین بار در سال 1991 و در کتاب دیوید گلرنتر با عنوان "Mirror Worlds" مفهوم همزادهای دیجیتالی مطرح شد و مایکیل گریوز از موسسه فناوری فلوریدا قصد استفاده از این مفهوم را در تولیداتش داشت. گریوز در سال 2002 به دانشگاه میشیگان منتقل شد و در کنفرانس انجمن مهندسان تولید در تروی به طور رسمی این مفهوم را معرفی کرد. با این‌حال، ناسا اولین موسسه‌ای بود که برای اولین بار مفهوم همزادهای دیجیتال را پذیرفت. در سال 2010 جان ویکرز از ناسا، از این فناوری برای ایجاد شبیه‌سازی دیجیتالی در ساخت کپسول‌های فضایی استفاده کرد.

کمپانی گارتنر در سال 2017 مفهوم همزاد دیجیتال را به عنوان یکی از 10 روند برتر استراتژیک فناوری معرفی کرد. از آن زمان تا کنون، این مفهوم در بسیاری از برنامه‌ها و حوزه‌های صنعتی در حال توسعه مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همزاد دیجیتال را کجا استفاده کنیم؟

همزادهای دیجیتال سه نوع گسترده دارند که هر نوع زمان استفاده از فرآیند را نشان می‌دهد:

1. ·         مدل پیش الگوی دوقلوی دیجیتال (DTP) – این امر پیش از ایجاد یک محصول فیزیکی انجام می‌شود.
2. ·         نمونه همزاد دیجیتال (DTI) – با تولید یک محصول، به منظور اجرای آزمایش روی سناریوهای مختلف تولید و استفاده می‌شود.
3. ·         همزاد دیجیتال گردآوری (DTA) – این مدل، اطلاعات DTI را برای تعیین قابلیت‌های یک محصول، اجرای ویژگی‌های مورد انتظار و آزمایش پارامترهای عملیاتی جمع می‌کند.

از یک همزاد دیجیتال برای صرفه‌جویی در وقت و هزینه در بررسی محصول در هر مرحله و فرآیندی که باید مورد ازمایش قرار گیرد استفاده می‌شود. چه در مرحله طراحی، چه در اجرا و چه در نظارت یا بهبود محصول.

مزایا

یک همزاد دیجیتال وابسته به نوع، مکان و زمان استفاده مزایای مختلفی خواهد داشت. به عنوان مثال بهره‌گیری از همزاد دیجیتال در نظارت بر محصولات موجود مانند توربین بادی یا خطوط لوله انتقال نفت هزینه‌های تعمیر و نگهداری را کاهش دهد. از همزادهای دیجیتال همچنین می‌توان برای نمونه‌سازی قبل از تولید، کاهش نواقص محصول و کوتاه شدن زمان عرضه به بازار استفاده کرد. بهبود فرآیند، نظارت بر سطح پرسنل در برابر خروجی و یا همسوکردن یک زنجیره تامین با نیازهای تولید و نگهداری از دیگر موارد استفاده این فناوری هستند.

افزایش قابلیت اطمینان و در دسترس بودن از طریق نظارت و شبیه‌سازی برای بهبود عملکرد مزایای مشترک این فناوری در حوزه‌های مختلف است. بدین ترتیب حتی می‌توان خطر عارضه‌های ناگهانی و خرابی‌های برنامه‌ریزی نشده را کاهش داد، با پیش‌بینی این خرابی‌ها هزینه‌های تعمیر و نگهداری کاهش می‌یابد و بدین ترتیب با برنامه‌ریزی نحوه نگه‌داری، تعمیر و سفارش قطعات جایگزین اثرات منفی احتمالی آن‌ها بر تولید کاهش می‌یابند. یک همزاد دیجیتال می‌تواند با تحلیل مدل‌های سفارشی‌سازی‌شده به صورت مستمر بهبود داشته باشد و از طریق آزمون عملکرد در زمان واقعی، کیفیت محصول را تضمین کند.

با همه این مزایا، وجود همزاد دیجیتال در همه حوزه کاربردی نخواهد بود زیرا ممکن است پیچیدگی‌های کار را افزایش دهد. برخی از چالش‌های صنعت و کسب و کار نیازی به وجود یک همزاد دیجیتال ندارد و بدون سرمایه‌گذاری در این فناوری و صرف هزینه و زمان، برطرف خواهند شد.

کاربردهای همزاد دیجیتال

همزادهای دیجیتال در حوزه گسترده‌ای از صنایع و کسب و کارها و در کاربردهای مختلفی موارد استفاده قرار می‌گیرند. برخی مثال‌های قابل توجه آن در ادامه ذکر شده‌اند:

تولید

به کمک همزادهای دیجیتال زمان تولید کاهش یافته و تولید کارامدتر و ساده‌تر می‌شود.

خودروسازی

از یک نمونه همزاد دیجیتال در صنعت خودرو برای جمع‌آوری و تحلیل داده‌های عملیاتی یک وسیله نقلیه به منظور ارزیابی وضعیت آن در نسخه واقعی و اطلاع از پیشرفت‌های محسوس استفاده می‌شود.

فروش

به منظور مدل‌سازی و تقویت تجربه مشتری، چه در سطح یک مرکز خرید و چه برای فروشگاه‌های خاص و بزرگ می‌توان از همزادهای دیجیتال استفاده کرد.

مراقبت‌های بهداشتی

همزاد دیجیتال در زمینه اهدای عضو و آموزش جراحی قابل استفاده است. همچنین توانایی مدلسازی جریان افراد به بیمارستان و وجود عفونت و میزان خطر تماس با آن‌ها را دارند.

مدیریت بحران

تغییرات آب و هوایی جهانی تاثیرات بسیاری در سراسر جهان داشته است. با استفاده از همزادهای دیجیتال می‌توان با آگاهی از آینده زیرساخت‌هایی هوشمندتر، برنامه‌های واکنشی بحرانی و نظارت بر تغییرات آب و هوایی ایجاد و با این مساله مقابله کرد.

شهرهای هوشمند

از همزادهای دیجیتال همچنین در کمک به شهرها از لحاظ اقتصادی، زیست محیطی و اجتماعی می‌توان استفاده کرد. مدل‌های مجازی قابلیت هدایت برنامه‌ریزی‌ها و ارائه راه‌حل‌هایی برای چالش‌های پیش‌رو در شهرهای مدرن را می‌دهند. به عنوان مثال با پاسخ‌دهی سریع همزاد در خصوص تخت‌های بیمارستانی در شرایط بحرانی می‌توان از ظرفیت آن‌ها آگاه شد.

سخن نهایی

همزادهای دیجیتال با ورود به فناوری‌های مختلف اینترنت اشیا، تحلیل داده و یادگیری ماشین به توسعه و رفع چالش‌های بسیاری از حوزه‌ها کمک می‌کنند. آن‌ها چالش‌های مختلف را شناسایی می‌کنند، امکان آزمایش نمونه پیش از تولید را می‌دهند و پیش و حین استفاده بسیاری از خطرات و هزینه‌ها را کاهش می‌دهند.