ابزاری حیاتی در صنعت 4
بیایید قبل از این که به تعریف همزاد دیجیتال بپردازیم، آن را در عمل و از زاویه دید یک مهندس مشاهده کنیم:
کار یک مهندس، طراحی و آزمایش محصولات است، حالا این محصولات می‌خواهد خودرو باشد یا موتور جت و یا حتی خط تولید یک کارخانه. آنها باید کل چرخه حیات محصول را در نظر بگیرند. به بیان دیگر، آنها باید مطمئن باشند که محصولی که طراحی می‌کنند می‌تواند بدون اشکال در شرایط مختلف کار کند، در مقابل فرسودگی دوام بیاورد و مشکلی هم با محیطش نخواهد داشت. فرض کنید یک مهندس می‌خواهد سیستم ترمز یک خودرو را تست کند. او از شبیه‌سازی کامپیوتری بهره می‌برد تا ببیند که سیستم او در سناریوهای دنیای واقعی چگونه عمل خواهد کرد. این روش بسیار سریع‌تر و ارزان‌تر از آن است که چندین خودرو ساخته شود و کار تست روی آنها انجام شود.
اما با این حال، چند مساله وجود دارد:
- اول این که شبیه سازی‌های کامپیوتری محدود به شرایطی است که هم اکنون در دنیای واقعی آنها را تجربه می‌کنیم. این شبیه سازی‌ها نمی‌توانند واکنش ترمز خودرو را در مورد سناریوهای غیرقابل تصور در آینده بررسی کنند.
- دوم این که سیستم ترمز مدرن، فقط با مسائل مکانیکی و برقی سروکار ندارد بلکه در این سیستم از میلیون‌ها کد برنامه نویسی نیز استفاده شده است.
در این‌جاست که بحث همزاد دیجیتال و اینترنت اشیا مطرح می‌شود.
یک همزاد دیجیتال از داده‌های حسگرها استفاده می‌کند تا ماجرای آن محصول را در طول چرخه حیاتش بازگو کند؛ از تست، تا استفاده در دنیای واقعی.
با داده‌های اینترنت اشیا، می‌توان شاخص‌های خاص سلامت محصول و عملکرد آن، مانند دما و رطوبت را ارزیابی کرد. حالا مدل مجازی، یا همزاد دیجیتال، این داده‌ها را در اختیار می‌گیرد، و مهندس می‌تواند دیدگاهی کامل نسبت به عملکرد خودرو داشته باشد.
یک دوقلوی دیجیتال
همزاد دیجیتال به شبیه‌سازی مجازی یک شی یا یک سیستم گفته می‌شود که با داده‌های واقعی به‌روز می‌شود و از شبیه‌سازی، یادگیری ماشین و استدلال استفاده می‌کند تا به تصمیم‌گیری کمک کند. به زبان ساده، این یعنی یک مدل بسیار پیچیده مجازی، که دقیقا همزاد (یا دوقلوی) یک سیستم فیزیکی است. آن سیستم می‌تواند یک خودرو، خط تولید کارخانه، یا موتور جت باشد.
حسگرهای متصل به آن سیستم، داده‌ها را گردآوری کرده و به همزاد دیجیتال منتقل می‌کنند و بدین ترتیب هر فردی که به همزاد دیجیتال نگاه کند، اطلاعات مهمی را دربارۀ نحوۀ عملکرد آن سیستم در دنیای واقعی کسب می‌کند.
به این ترتیب، همزاد دیجیتال یک ابزار حیاتی است که به مهندسان و اپراتورها کمک می‌کند که نه‌تنها درک کنند که محصولات چطور کار می‌کنند بلکه نحوه کارشان در آینده را هم پیش‌بینی کنند.
تحلیل داده‌های حسگرها، در کنار منابع دیگر اطلاعاتی، به ما اجازه این پیش‌بینی‌ها را می‌دهد. سازمان‌ها با این اطلاعات می‌توانند سریع‌تر و بیشتر به فرآیند یادگیری بپردازند. در گذشته مرزهایی پیرامون نوآری محصول، چرخه حیات و ایجاد ارزش وجود داشت که امروزه با استفاده از این اطلاعات می‌توان این مرزها را شکست.
همزادهای دیجیتال به تولیدکنندگان و مهندسان امکانات بسیاری می‌دهند که از مهمترین آنها می‌توان به این موارد اشاره کرد:
- تصویری‌سازی محصولات مورد استفاده، از سوی کاربران واقعی، در لحظه
- ساخت یک فرآیند دیجیتال موازی و ردگیری کارها و اقدامات انجام شده روی آن
- بهینه‌سازی فرض‌ها با استفاده از پیش‌بینی
- رفع مشکلات دستگاه‌ها از راه دور
- مدیریت پیچیدگی‌ها
ارزش همزاد دیجیتال: درک عملکرد محصول
همزادهای دیجیتال به شرکت‌ها این امکان را می‌دهند که دیدی متفاوت از نحوه عملکرد محصولاتشان داشته باشند. یک همزاد دیجیتال به شرکت کمک می‌کند که خطاهای بالقوه را شناسایی کند، خرابی‌ها را از راه دور تعمیر کند، و در نهایت رضایت مشتری را افزایش دهد. به این ترتیب می‌توان کیفیت محصول را ارتقا داد و خدمات بیشتری ارائه کرد.
اگر بتوانید ببینید که مشتری‌ها پس از خرید محصول از آن چگونه استفاده می‌کنند، بینش فوق‌العاده‌ای به دست خواهید آورد. این یعنی اگر بتوانید با رضایت مشتری، از داده‌ها استفاده کنید، می‌توانید محصولات، ویژگی‌ها، یا اجزایی که مشتری‌ها استفاده نمی‌کنند را حذف کنید و به این ترتیب در وقت و پول صرفه‌جویی کنید.
کنترل کامل از راه دور
همزاد دیجیتال مزایای دیگری هم دارد. یکی از مهمترین آنها این است که به مهندسان و اپراتورها این امکان را می‌دهد که از راه دور، دید کاملی از یک محصول فیزیکی داشته باشند. دیگر نیازی نیست که مهندس کنار محصول باشد. او می‌تواند از هزاران کیلومتر آن‌طرف‌تر محصول را ببیند.
برای مثال، فرض کنید که یک مهندس مکانیک در بلژیک از همزاد دیجیتال بهره بگیرد تا یک موتور جت را در فرودگاهی در سوئد تعمیر کند. یا مهندسان بتوانند همه مسیر یک تونل را از کیلومترها آن‌طرف‌تر ببینند. هزاران حسگر جنبه‌های مختلف، مانند جنبه‌های بصری، صوتی، لرزشی، ارتفاع و امثال این‌ها را اندازه می‌گیرند و مهندس می‌تواند از هر جایی در دنیا، همزاد محصول را ببیند.
همزادهای دیجیتال به سازمان‌ها کمک می‌کنند که تشخیص دهند مشتری‌ها چه می‌خواهند و محصولات را مطابق سلیقه و تجربه آنها بسازند. این دانش یعنی محصولات در سطح اجزا و کد هم سریع‌تر و باکیفیت‌تر تولید می‌شوند. البته همزاد دیجیتال از این فراتر هم می‌رود. استفاده از فناوری‌هایی مانند پردازش زبان‌های طبیعی، یادگیری ماشین، بازشناسی اشیا، تحلیل آکوستیک، و پردازش سیگنال به همزادهای دیجیتال کمک خواهد کرد. برای مثال، می‌توان مشخص کرد که کدام تست‌های محصول باید بیشتر انجام شوند. همچنین تاریخ انقضای محصول به شکل دقیق‌تری تعیین خواهد شد.
ارزش همزاد دیجیتال در کارخانه‌های هوشمند
با توجه به تعریفی که در ابتدای مقاله دربارۀ همزاد دیجیتال ارائه دادیم می‌توان گفت که همزاد دیجیتال در یک کارخانه هوشمند اشاره به یک شبیه‌سازی مجازی از دارایی فیزیکی، فرآیندهای موجود، سیستم‌های اتوماسیون و دستگاه‌ها دارد و انعطاف پذیری و بهره‌وری را ارتقا می‌دهد.
علاوه بر تمامی مزایایی که ذکر کردیم، همزاد دیجیتالی امکان آزمایش کردن با داده‌های واقعی و جدیدی که بوسیلۀ هوش مصنوعی ساخته می‌شوند را فراهم می‌کند و این آزمایش‌ها چون در فضای مجازی انجام می‌شوند هیچگونه ریسکی بابت توقف خط تولید و یا خطرات جانی و مالی به همراه ندارند
همزاد دیجیتالی می‌تواند در سطوح مختلفی به کار گرفته شود. برای مثال نسخه دیجیتالی یک دستگاه باشد یا خط تولید و یا حتی کل فرآیند تولید را شامل شود. همچنین این همزاد دیجیتال می‌تواند به عنوان مکانی مجازی برای آموزش نیروهای جدید استفاده شود بدون اینکه کارکرد سیستم اصلی کارخانه و یا سازمان تحت تاثیر قرار گیرد.
همزاد دیجیتال و دو نمونه واقعی
بیاید استفاده شرکت بین‌المللی یونیلیور از همزاد دیجیتال را بررسی کنیم.
این شرکت در زمینه تولید کالاهای مصرفی مانند مواد غذایی، چای، قرص‌های ویتامین و محصولات شوینده فعالیت و محصولاتش را به بیش از 190 کشور صادر می‌کند. یونیلیور با بهره‌مندی از همزاد دیجیتال، فرآیند تولید را منعطف‌تر و مقرون به صرفه‌تر می‌کند.
این شرکت مدل مجازی تمام کارخانه‌هایش را می‌سازد. در هر مکان، حسگرهای اینترنت اشیا، داده‌های مربوط به عملکرد مانند دما و سرعت موتور را به فضای ابر شرکت (Cloud) منتقل می‌کنند.
همزاد دیجیتال با استفاده از تحلیل‌های پیشرفته و الگوریتم‌های یادگیری ماشین، می‌تواند پیچیده‌ترین سناریوهای ممکن را پیش‌بینی کند و بهترین شرایط عملیاتی را تشخیص دهد.
این امر به تولیدکنندگان این امکان را می‌دهد که از مواد اولیه بهترین استفاده را و تولید محصولات بی‌کیفیت و ضایعات را کاهش دهد.
یونیلیور، هشت همزاد دیجیتال در آمریکای شمالی، آمریکای جنوبی، اروپا و آسیا دارد.
حالا بیایید یک نمونه واقعی از استفاده از همزاد دیجیتال در سیستم آبرسانی را بررسی کنیم.
شرکت AdP (Aguas do Porto) ، یک سازمان پرتغالی است که مسئولیت آبرسانی به شهر پورتو را به عهده دارد. این شرکت با استفاده از همزاد دیجیتال، سیل و مسائل مربوط به کیفیت آب را پیش‌بینی می‌کند، پاسخگویی و خدمات شهری را بهبود می‌دهد و از انعطاف‌پذیر بودن زیرساخت‌های آبرسانی اطمینان حاصل می‌کند.
این مدل مجازی تنها به وسیله داده‌های دریافت شده از حسگرها ساخته نمی‌شود بلکه داده‌هایی از 20 منبع مختلف در این فرآیند دخیل هستند مانند داده‌های مدیریت خدمات مشتری، صورتحساب‌ها، هزینه‌های نگهداری و غیره.
همزاد دیجیتال این امکان را به سازمان می‌دهد که سیستم آبرسانی را در زمان واقعی زیر نظر بگیرد، مصرف آب را پیش‌بینی و سناریوهای مربوط به شکستن لوله‌ها یا خراب شدن پمپ‌ها را شبیه سازی کند.
همزاد دیجیتالی امروزه در بسیاری از کارخانه‌ها استفاده می‌شود اما انتظار می‌رود با بهبود قابلیت‌های مدل‌سازی، فراگیر شدن استفاده از حسگرهای اینترنت اشیا و افزایش ابزارها و زیرساخت‌های محاسباتی به مرور زمان استفاده از آن در سازمان‌ها و کارخانه‌های کوچک‌تر هم امکان پذیر شود.
