همزاد دیجیتال شامل نمایش دیجیتالی از یک محصول، سیستم یا فرایند فیزیکی در دنیای واقعی است که برای اهداف عملی مانند شبیه‌سازی، یکپارچه‌سازی، آزمایش، نظارت و نگهداری استفاده می‌شود. در این مقاله از سایت سیسوگ به بررسی جامع موضوع همزاد دیجیتال (Digital Twin) خواهیم پرداخت. در ابتدا تعریف و دلایل استفاده از آن را بیان می‌کنیم.
یک همزاد دیجیتال فقط یک کپی یا شبیه‌سازی نیست؛ بلکه این فناوری یک نمایش داینامیک و بلادرنگ (real-time) از یک شی یا سیستم است که می‌تواند برای درک و بهینه‌سازی عملکرد آن استفاده شود. [/su_box]
سپس به بررسی انواع همزاد دیجیتال (نمای کلی اولیه همراه با مثال) می‌پردازیم. به‌طورکلی در آینده در بسیاری از صنایع، فناوری همزاد دیجیتال اهمیت بسیار زیادی خواهد داشت. در این مقاله از سایت سیسوگ انواع اصلی همزادهای دیجیتال را بررسی و مثال‌هایی واقعی از نحوه استفاده کسب‌وکارها از این فناوری ارائه می‌کنیم. در نهایت، در انتهای این مطلب به بررسی رابطه همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا (IoT) و همچنین، تفاوت های آنها می‌پردازیم. پس تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.
همزاد دیجیتال
یک همزاد دیجیتال فقط یک کپی یا شبیه‌سازی نیست؛ بلکه این فناوری یک نمایش داینامیک و بلادرنگ (real-time) از یک شی یا سیستم است که می‌تواند برای درک و بهینه‌سازی عملکرد آن استفاده شود. به کمک سنسورها، اکچویتورها و سایر دستگاه‌های متصل، می‌توان از همزاد دیجیتال برای کنترل شی یا سیستم فیزیکی به صورت بلادرنگ استفاده کرد.
همزاد دیجیتال این امکان را فراهم می‌کند تا بتوانید ایده‌ها و استراتژی‌های جدید را قبل از پیاده‌سازی در دنیای واقعی، در یک محیط مجازی آزمایش کنید.
چرا باید از همزاد دیجیتال استفاده کنیم؟
همزاد دیجیتال یکی از فناوری‌های پیشرو است که تحول دیجیتال را در چندین صنعت از جمله خودروسازی، هوافضا، خرده‌فروشی و برنامه‌های مراقبت‌های بهداشتی، ایجاد می‌کند. صرف‌نظر از صنعت، دلایل متعددی وجود دارد که چرا شرکت‌ها باید از همزادهای دیجیتال استفاده کنند، از جمله این دلایل عبارت‌اند از:
بهبود طراحی و توسعه محصول
همزادهای دیجیتال می‌توانند به تولیدکنندگان کمک کنند تا محصولات را قبل از ساخت، آزمایش کنند. علاوه بر این، از همزادهای دیجیتال می‌توان برای شبیه‌سازی عملکرد محصولات در سناریوهای مختلف و همچنین، شناسایی مشکلات احتمالی در مراحل اولیه طراحی محصولات استفاده کرد؛ این کار به کاهش خطر خرابی محصول کمک می‌کند و روند توسعه آن را سرعت می‌بخشد.
نظارت و مدیریت محصولات و سیستم‌ها به صورت بلادرنگ
دو مورد از مهم‌ترین مواردی که کسب‌وکارها به دنبال آن هستند، مقرون‌به‌صرفه بودن و کارایی بالا است. به‌طورکلی همزادهای دیجیتال می‌توانند به بهبود هر دوی این موارد کمک کنند. با نظارت و مدیریت محصولات و سیستم‌ها به صورت بلادرنگ، کسب‌وکارها می‌توانند اطمینان حاصل کنند که فعالیت‌های آنها تاحدامکان کارآمد است.
ایجاد درک از نحوه عملکرد محصولات
با ارائه یک کپی مجازی از یک محصول، همزادهای دیجیتال به مشتریان این امکان را می‌دهند تا درک بهتری از نحوه عملکرد آنها داشته باشند که این کار منجر به افزایش رضایت و وفاداری مشتری می‌شود.
نگاهی به انواع همزاد دیجیتال
فناوری همزاد دیجیتال را می‌توان به چهار نوع اصلی تقسیم کرد که هر کدام ویژگی‌ها و مزایای منحصربه‌فرد خود را دارند. اکنون قصد داریم به بررسی هر یک بپردازیم:
همزادهای کامپوننت
همزادهای کامپوننت مدل‌های دیجیتالی اجزا یا قطعات مجزا مانند موتورها، سنسورها، سوئیچ‌ها و… هستند. آنها اطلاعات دقیقی در مورد عملکرد و رفتار یک جزء به صورت بلادرنگ و در طول زمان ارائه می‌دهند. این اطلاعات به سازمان‌ها کمک می‌کند تا سلامت و عملکرد این اجزا را بررسی کنند و در صورت نیاز تغییرات لازم را ایجاد کنند.
همزادهای دارایی (Asset)
همزادهای Asset مدل‌های دیجیتالی دارایی‌های فیزیکی مانند ساختمان‌ها، ماشین‌ها و وسایل نقلیه هستند. آنها اطلاعات مربوط به وضعیت عملیاتی دارایی، داده‌های عملکرد و شرایط محیطی را به صورت بلادرنگ ارائه می‌دهند. این کار به سازمان‌ها کمک می‌کند تا زمان خرابی را کاهش دهند و کارایی عملیات خود را بهبود بخشند.
همزادهای سیستم
همزادهای سیستم شامل مدل‌های دیجیتالی از کل سیستم‌ها یا فرایندها هستند. آنها به سازمان‌ها اجازه می‌دهند تا عملکرد سیستم را نظارت و تجزیه‌وتحلیل کنند. همچنین، این امکان را فراهم می‌کند که بتوانند مواردی را که نیاز به بهبود دارند، شناسایی کنند. به‌علاوه، این نوع همزاد دیجیتال، سازمان‌ها را قادر می‌سازد تا فرایندهای خود را بهینه کرده و عملکرد خود را بهبود بخشند.
همزادهای فرایند (Process)
همزادهای فرایند شامل مدل‌های دیجیتالی کل فرایندهای تجاری هستند. آنها اطلاعات دقیقی در مورد نحوه تعامل با مشتریان و همچنین، محصولات و خدمات سازمان به صورت بلادرنگ ارائه می‌دهند. این اطلاعات به سازمان‌ها کمک می‌کند تا مواردی را که می‌توان تجربه مشتری را در آنها بهبود بخشید، شناسایی کرد.
مثال‌هایی از همزاد دیجیتال در واقعیت
پیش‌بینی می‌شود که تا سال 2040 ارزش فناوری همزاد دیجیتال از 6.5 میلیارد دلار در سال 2021 به 125.9 میلیارد دلار افزایش یابد. بدون شک تمامی صنایع در سراسر دنیا، افزایش ارزش همزاد دیجیتال را مشاهده خواهند کرد. در اینجا چند مثال از نحوه استفاده شرکت‌ها از همزاد دیجیتال آورده شده است:
شرکت فورد
یکی از مهم‌ترین بخش‌های همزاد دیجیتال شامل تولید یک صنعت بزرگ است. در واقع، فورد یکی از اولین شرکت‌هایی است که استراتژی همزاد دیجیتال را اجرا کرده است. این شرکت از همزادهای دیجیتال برای نظارت و مدیریت فرایندهای تولید خود به صورت بلادرنگ استفاده می‌کند تا اطمینان حاصل کند که محصولات تاحدامکان کارآمد ساخته می‌شوند و همچنین، از منابع به طور مؤثر استفاده می‌شود.
همچنین، فورد از همزاد دیجیتال برای بهبود طراحی محصول استفاده کرده است. به‌عنوان‌مثال، این شرکت از فناوری همزاد دیجیتال برای شبیه‌سازی تأثیر فرایندهای مختلف تولید بر دوام محصولات خود استفاده کرده است.
شرکت (جنرال الکترونیک)GE
جنرال‌الکتریک (GE) شرکت دیگری است که چندین سال است از فناوری همزاد دیجیتال استفاده می‌کند. این شرکت از این فناوری برای بهبود طراحی و عملکرد طیف وسیعی از محصولات از جمله موتورهای جت و توربین‌های گازی استفاده کرده است. به‌علاوه، جنرال‌الکتریک از همزاد دیجیتال برای ایجاد یک «موتور مجازی» استفاده کرده است که می‌تواند برای آزمایش ایده‌ها و استراتژی‌های جدید قبل از اجرای آنها در دنیای واقعی، استفاده شود. این کار به کاهش خطر خرابی محصول کمک می‌کند و روند توسعه محصولات را سرعت می‌بخشد.
شرکت ABB
رباتیک (ABB) یکی از شرکت‌های دیگری است که از فناوری همزاد دیجیتال استفاده می‌کند. ABB، یک شرکت روباتیک پیشرو است که از این فناوری برای آزمایش تنظیمات رباتیک در خطوط تولید مجازی قبل از اینکه در زندگی واقعی ساخته شوند، استفاده می‌کند. این شبیه‌سازی فرایند پیکربندی را ساده کرده و منجر به کاهش تعداد نمونه‌های اولیه ساخته شده، می‌شود.
وجود همزاد دیجیتال به این معنی است که شرکت ABB می‌تواند کل فرایند نصب ربات را به‌صورت مجازی شبیه‌سازی کند. علاوه بر این، فرایند انتخاب یکپارچه را برای کارخانه‌ها و خطوط تولید فراهم می‌کند. در نتیجه، برای بازاریابی و نصب خطوط زمان کوتاه‌تری صرف می‌شود. به‌صورت کلی از طریق استفاده از فناوری همزاد دیجیتال، شرکت ABB توانسته است ضایعات محصول را تا 75٪ و هزینه‌های کلی را تا 30٪ کاهش دهد.
خرده‌فروشی Intermarché
Intermarché یک سوپرمارکت زنجیره‌ای فرانسوی است از فناوری همزاد دیجیتال برای بهبود افزایش رضایت مشتری در فروشگاه‌های خود استفاده می‌کند. فناوری همزاد دیجیتال حرکت مشتریان را ردیابی کرده و تعامل آنها با محصولات را تجزیه‌وتحلیل می‌کند تا Intermarché بتواند بینش‌هایی در مورد محصولاتی که مردم به آن علاقه دارند، به دست آورد. سپس می‌توان از این اطلاعات برای بهبود جایگاه و طراحی محصول و همچنین، ایجاد کمپین‌های بازاریابی هدف‌مند استفاده کرد.
به‌غیراز تجزیه‌وتحلیل نیازهای مشتری، Intermarché از فناوری همزاد دیجیتال برای بهبود زنجیره تأمین خود استفاده کرده است. به‌عنوان‌مثال، این شرکت از این فناوری برای مدل‌سازی تأثیر شرایط آب‌وهوایی مختلف بر دردسترس‌بودن محصول و بهینه‌سازی سطح موجودی استفاده کرده است.
پروژه قلب زنده
آیا میتوانید تصور کنید از همزاد دیجیتال برای مطالعه قلب استفاده می‌شود؟ پروژه قلب زنده یک ابتکار تحقیقاتی است که از فناوری همزاد دیجیتال برای متحول کردن آموزش در صنعت مراقبت‌های بهداشتی استفاده می‌کند. با یک کپی مجازی از قلب انسان، محققان می‌توانند رفتار آن را به روشی مطالعه کنند که با قلب واقعی امکان‌پذیر نیست. سپس متخصصان مراقبت‌های بهداشتی می‌توانند درک بهتری از بیماری‌های قلبی پیدا کنند و در نتیجه، روش‌های درمانی جدیدی کشف کنند.
ازآنجایی‌که بیماری‌های قلبی یکی از دلایل اصلی مرگ‌ومیر در جهان است، این فناوری جدید می‌تواند به کاهش مرگ‌ومیر، کاهش هزینه‌ها، افزایش اعتمادبه‌نفس و بهبود ایمنی بدن بیماران کمک کند.
شانگهای چین: برنامه‌ریزی شهری
شانگهای چین یکی از پرجمعیت‌ترین شهرهای جهان است و جمعیتی حدود 28.5 میلیون نفر دارد. این شهر برای همگام‌شدن با رشد خود، از فناوری همزاد دیجیتال برای بهینه‌سازی برنامه‌ریزی شهری خود استفاده می‌کند. شرکت 51World مستقر در پکن، یکی از شرکت‌هایی است که به شانگهای در برنامه‌ریزی شهری خود کمک می‌کند. این شرکت با استفاده از نقشه‌برداری سه‌بعدی و فناوری شبیه‌سازی خود قادر است که فناوری همزاد دیجیتال را در تمامی شهرها ایجاد کند.
به‌طورکلی ایجاد یک کپی مجازی از شهر به این معنی است که برنامه‌ریزان می‌توانند ایده‌ها و استراتژی‌های جدید را قبل از اجرای آنها در دنیای واقعی آزمایش کنند؛ همچنین، از اشتباهات پرهزینه اجتناب کنند و امکان استفاده کارآمدتر از منابع را فراهم کنند. به‌علاوه، در صورت نیاز، همزاد دیجیتال برای نظارت بر عملکرد شهر و ایجاد تغییرات به صورت بلادرنگ استفاده می‌شود.
رابطه بین همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا (IoT)
بسیاری از مردم این دو فناوری را با یکدیگر اشتباه می‌گیرند، اما در واقع این دو مکمل یکدیگر هستند. برای درک بهتر این موضوع، ابتدا همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا (IoT) را تعریف می‌کنیم و نگاهی عمیق‌تر به نحوه کار این دو فناوری می‌اندازیم.
اینترنت اشیا (IoT) و همزاد دیجیتال چگونه با یکدیگر کار می‌کنند؟
به‌طورکلی همزاد دیجیتال یک کپی مجازی از یک فرایند فیزیکی، سیستم یا محیطی است که شبیه همزاد واقعی خود است و رفتاری مشابه با آن دارد. از همزاد دیجیتال می‌توان در طراحی، بهره‌برداری و نگهداری دستگاه‌ها و سیستم‌ها با مشاهده، اندازه‌گیری یا شبیه‌سازی عملکرد آن استفاده کرد. همزادهای دیجیتال اغلب از مدل‌های مفهومی ساخته می‌شوند که با ترکیبی از دیتاهای مدل (BIM، CAD، GIS) و دیتاهای IoT ایجاد می‌شوند.
با استفاده از دیتاهای سنسور و دستگاه‌های مجهز به اینترنت اشیا، می‌توان از همزادهای دیجیتال برای نظارت بر رفتار و وضعیت یک سیستم در زمان واقعی استفاده کرد. همچنین، همزادهای دیجیتال به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد تا به‌سرعت مشکلات احتمالی را شناسایی کرده و برای آن اقدام کنند. به‌عنوان‌مثال، یک موتور همزاد دیجیتال ممکن است حاوی اطلاعاتی در مورد ویژگی‌های عملکرد آن باشد و به مهندسان اجازه دهد شبیه‌سازی‌هایی را برای آزمایش طرح‌های جدید یا اندازه‌گیری تأثیر تغییرات آتی اجرا کنند. به‌عبارت‌دیگر، بسیاری از همزادهای دیجیتال به دستگاه‌های فیزیکی که بخشی از شبکه اینترنت اشیا (IoT) هستند، متصل می‌شوند.
این اشیاء فیزیکی دارای شناسه‌های منحصربه‌فرد (UID) و فناوری امبدد هستند که آنها را قادر می‌سازد تا از طریق اینترنت یا شبکه‌های لوکال با اشیاء دیگر ارتباط برقرار کرده و تعامل داشته باشند. این ارتباط دوطرفه بین همزادهای دیجیتال و دستگاه‌های فیزیکی اینترنت اشیا، امکان تبادل اطلاعات و هماهنگی اقدامات را فراهم می‌کند.
همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا هم برای مشاغل و هم برای مصرف‌کنندگان مزایای زیادی دارند. به‌عنوان‌مثال، اینترنت اشیا با ارائه دیتا به صورت بلادرنگ موجب بهبود بهره‌وری انرژی می‌شود و به شرکت‌ها این امکان را می‌دهد تا به‌سرعت مسائلی را که بر مصرف انرژی تأثیر می‌گذارند شناسایی کرده و در صورت نیاز، تغییراتی در آنها ایجاد کنند.
همچنین، اینترنت اشیا کمک می‌کند تا کارهایی که قبلاً به‌صورت دستی انجام می‌شدند؛ مانند تنظیم دما، بتوانند به‌صورت خودکار انجام شوند. نوآوری‌ها و پیشرفت‌های موجود در فناوری IoT یک عامل مهم در گسترش فناوری همزاد دیجیتال بوده است. با دسترسی به سنسورها و دیتاهای اینترنت اشیا، همزادهای دیجیتال می‌توانند یک نمای کلی از مدل مجازی سیستم یا فرایند موردنظر به تصویر بکشند.
اینترنت اشیا چگونه همزاد دیجیتال را تقویت می‌کند؟
همزاد دیجیتال با دیتا بلادرنگ (real-time) بسیار قدرتمندتر می‌شود. این دیتا به اپراتورهای همزادهای دیجیتال این امکان را می‌دهد تا در هر لحظه، نگاهی به نحوه عملکرد جسم فیزیکی متصل به آن همزاد دیجیتال در دنیای واقعی داشته باشند. در مورد ماشین‌آلات یا تأسیساتی مانند ساختمان، این دیتاهای real-time برای شناسایی سریع مشکلات و همچنین، نگهداری بهتر از سیستم‌ها در حین کار به‌جای واکنش به مشکلات آینده، مؤثر است.
سنسورهای شبکه و دستگاه‌های امبدد با اتصال به اینترنت که بخشی از شبکه IoT هستند، دسترسی به دیتاهای real-time را از طریق همزاد دیجیتال فراهم می‌کنند. همزادهای دیجیتال می‌توانند فرایندها را با استفاده از دیتاهای استاتیک شبیه‌سازی کنند؛ اما این شبیه‌سازی‌ها زمانی مفیدتر هستند که امکان مقایسه آنها با دیتاهای real-time از شبکه IoT وجود داشته باشد.
کاربردهای همزادهای دیجیتال در صنایع به‌سرعت در حال افزایش است. در صنایعی مانند ساخت‌وساز، جایی که تصمیم‌گیری درست بسیار اهمیت دارد، دسترسی به دیتاهای real-time این امکان را فراهم می‌کند که جریان کار تغییر کند و سیستم‌هایی را که هر روز با آنها در ارتباط هستیم، ایمن‌تر و کارآمدتر شوند.
همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا چه تفاوتی با هم دارند؟
اینترنت اشیا و همزاد دیجیتال می‌توانند مکمل یکدیگر باشند، اما یکسان نیستند. به‌طورکلی IoT به شبکه‌ای از دستگاه‌های فیزیکی گفته می‌شود که دارای شناسه‌های منحصربه‌فرد هستند و با دستگاه‌های دیگر از طریق اینترنت تعامل دارند. از طرف دیگر، همزاد دیجیتال، نمایش‌های مجازی از اشیا یا سیستم‌هایی است که از دیتای دستگاه‌های IoT برای شبیه‌سازی رفتار و اندازه‌گیری خروجی‌شان استفاده می‌کند.
- یکی از تفاوت‌های مهم همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا این است که دستگاه‌های اینترنت اشیا می‌توانند با سیستم‌های فیزیکی و دیجیتالی تعامل داشته باشند، درحالی‌که همزادهای دیجیتال فقط می‌توانند از دیتای دستگاه‌های IoT استفاده کنند.
- تفاوت دیگر این است که همزاد دیجیتال توانایی پیش‌بینی آینده را بر اساس اطلاعات گذشته دارد، درحالی‌که دستگاه‌های اینترنت اشیا این قابلیت را ندارند. همچنین، معمولاً همزادهای دیجیتال در ارتباط با دستگاه‌های IoT استفاده می‌شوند.
هم اینترنت اشیا و هم همزاد دیجیتال اگر به فناوری‌های هوشمند وارد شوند، اهمیت بسیار زیادی پیدا می‌کنند. بسیاری از شرکت‌ها قبلاً از این فناوری‌ها، برای بهبود کارایی و کاهش هزینه‌ها استفاده می‌کردند؛ اما هنوز کارهای زیادی باید انجام شود تا این فناوری‌ها بتوانند به پتانسیل کامل خود دست پیدا کنند.
جمع‌بندی
فناوری همزاد دیجیتال در حال تبدیل‌شدن به بخش مهمی در بسیاری از صنایع است. با ایجاد یک کپی مجازی از یک شی یا سیستم فیزیکی، شرکت‌ها می‌توانند به بینش جدیدی از دیتاهای خود دست پیدا کنند. در حال حاضر، این فناوری در تعدادی از صنایع از جمله مراقبت‌های بهداشتی، برنامه‌ریزی شهری، و تولید استفاده می‌شود.
بااین‌وجود، فناوری همزاد دیجیتال هنوز در مراحل اولیه خود می‌باشد. به عبارتی، پتانسیل‌های این فناوری تازه در حال تحقق هستند. ازآنجایی‌که شرکت‌های بیش‌تری در حال پذیرش فناوری همزاد دیجیتال هستند، آینده این فناوری بسیار روشن به نظر می‌رسد.
منبع: unity و Digital Directions
