استمع إلى المقال

“تقنية التوأم الرقمي” هي تمثيل رقمي لشيء مادي (واقعي) أو عملية أو خدمة أو منتج. يمكن أن يكون “التوأم الرقمي” نسخة رقمية طبق الأصل من شيء ما في العالم الواقعي، مثل المحرك النفاث أو توربينات الرياح، أو حتى عناصر أكبر من ذلك مثل المباني أو حتى المدن بأكملها.

تأتي هذه التقنية مزودة بأجهزة استشعار مختلفة تتعلق بمجالات حيوية من الوظائف. تنتج هذه المستشعرات بيانات حول الجوانب المختلفة لأداء الكائن المادي، مثل خرج الطاقة ودرجة الحرارة وظروف الطقس والمزيد. ثم يتم ترحيل هذه البيانات إلى نظام معالجة وتطبيقها على النسخة الرقمية.

هذه التقنية في جوهرها، برنامج كمبيوتر يستخدم بيانات العالم الحقيقي لإنشاء عمليات محاكاة يمكنها التنبؤ بكيفية أداء المنتج أو العملية. يمكن أن تدمج هذه البرامج إنترنت الأشياء والذكاء الصنعي وتحليلات البرامج لتحسين المخرجات.

مع تقدم التعلم الآلي وعوامل مثل البيانات الضخمة، أصبحت هذه النماذج الافتراضية عنصرا أساسيا في الهندسة الحديثة لدفع الابتكار وتحسين الأداء. ويتم تعزيز استراتيجيات التكنولوجيا، لمنع الإخفاقات المكلفة في الأشياء المادية، وأيضا باستخدام القدرات التحليلية والمراقبة والتنبؤية المتقدمة وعمليات الاختبار والخدمات.

تاريخ “التوأم الرقمي”

تم تقديم مفهوم استخدام “التوأم الرقمي” كوسيلة لدراسة جسم مادي لأول مرة من قِبل وكالة “ناسا” الفضائية، في الستينيات. إذ قامت “ناسا” بتكرار مركباتها الفضائية على الأرض لتتناسب مع الأنظمة في الفضاء. تم عرض هذه التكنولوجيا بشكل ملحوظ في مهمة “أبولو 13”. وبفضل هذه التقنية آنذاك تم تكييف وتعديل المحاكاة بسرعة لتتناسب مع ظروف المركبة الفضائية المتضررة واستراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها لإحضار رواد الفضاء بأمان إلى الأرض.

تم تقديم مفهوم استخدام “التوأم الرقمي” كوسيلة لدراسة جسم مادي لأول مرة من قِبل وكالة “ناسا” الفضائية، في الستينيات. إذ قامت “ناسا” بتكرار مركباتها الفضائية على الأرض لتتناسب مع الأنظمة في الفضاء. تم عرض هذه التكنولوجيا بشكل ملحوظ في مهمة “أبولو 13”. وبفضل هذه التقنية آنذاك تم تكييف وتعديل المحاكاة بسرعة لتتناسب مع ظروف المركبة الفضائية المتضررة واستراتيجيات استكشاف الأخطاء وإصلاحها لإحضار رواد الفضاء بأمان إلى الأرض.

في أوائل سبعينيات القرن الماضي، تم استخدام أجهزة الكمبيوتر المركزية كنُظم رقمية ثنائية السطح لمراقبة المشاريع الضخمة مثل محطات الطاقة.

قد يهمك: الجيل “زد” ودوره المحوري في رقمنة الشرق الأوسط

في الثمانينيات، ظهرت أنظمة “CAD ” ثنائية الأبعاد مثل ” AutoCAD”، لإنتاج رسومات فنية، مما يجعل من الممكن تصميم أي شيء باستخدام جهاز كمبيوتر، وسرعان ما تم تبنيها من قِبل ملايين المصممين والمهندسين. وبحلول العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، مكنت تقنية، “3D CAD ” مع النمذجة والمحاكاة البارامترية من تصميم تجميعات أكثر تعقيداً بطرق أكثر ذكاء.

فوائد “التوأم الرقمي”

إن الحصول على تصميمات أفضل من بداية أي مشروع يؤتي ثماره على المدى الطويل، وبفضل تقنية “التوأم الرقمي”، يمكن ضمان ومراقبة الجودة وتقليل الحوادث والأخطاء بشكل كبير في كثير من القطاعات وبالأخص قطاع الصناعة. عند استخدام محاكاة “التوأم الرقمي” للصيانة، فإن الفوائد تشمل تحسين العمليات وتقليل وقت التوقف عن العمل وتقليل تكاليف الصيانة والموظفين وغيرها من المزايا ومنها:

• بحث وتطوير أفضل

يتيح استخدام “التوأم الرقمي” مزيدًا من البحث الفعال وتصميم المنتجات، مع وفرة من البيانات التي تم إنشاؤها حول نتائج الأداء المحتملة. يمكن أن تؤدي هذه المعلومات إلى رؤى تساعد الشركات على إجراء التحسينات المطلوبة للمنتج قبل بدء الإنتاج.

• زيادة الكفاءة

حتى بعد دخول منتج جديد إلى مرحلة الإنتاج، يمكن أن تساعد “التوأم الرقمي” في عكس أنظمة الإنتاج ومراقبتها، مع التركيز على تحقيق الكفاءة القصوى والحفاظ عليها خلال عملية التصنيع بأكملها.

• نهاية عمر المنتج

يمكن أن تساعد تقنية “التوأم الرقمي”، الشركات المصنّعة على تحديد ما يجب فعله بالمنتجات التي تصل إلى نهاية دورة حياة منتجاتها وتحتاج إلى تلقي المعالجة النهائية، من خلال إعادة التدوير أو تدابير أخرى. باستخدام “التوأم الرقمي”، يمكنهم تحديد مواد المنتج التي يمكن الاستفادة منها في أمور أخرى.

تحديات “التوأم الرقمي”

دائما ما يتم اتخاذ أفضل القرارات باستخدام البيانات، ولكن كثرت البيانات قد تؤدي إلى الغرق في البيانات الخام قبل إيجاد طريقة لمعالجتها والاستفادة منها. يُعد جمع البيانات الأولية تحدياً أقل بكثير من معالجتها، وتصفية الأجزاء غير المفيدة، ودمجها وتحليلها، وتحويلها إلى معلومات منطقية حتى يستفيد منها المستخدم.

التحدي الرئيسي لهذه التقنية، هي القدرة والقوة على إعادة فلترة هذه البيانات. فتقنية “التوأم الرقمي” قادرة في الوقت الحقيقي أن تجعل هذه البيانات تنبض بالحياة، وإتاحة البحث عن حلول لتمديد دورة حياة المنتجات، وتحسينات التصنيع والعمليات، وتطوير المنتجات في الكثير من الصناعات حول العالم.

استخدامات تقنية “التوأم الرقمي”

تُستخدم تقنية “التوأم الرقمي” على نطاق واسع في العديد من التطبيقات منها

• الرعاية الصحية

استفاد القطاع الطبي من “التوأم الرقمي”، في مجالات مثل التبرع بالأعضاء والتدريب على الجراحة وتقليل مخاطر الإجراءات. كما قامت الأنظمة بنمذجة تدفق الأشخاص عبر المستشفيات وتتبع مكان وجود العدوى للحد من انتشارها.

• أدوات توليد الطاقة

تستفيد المحركات الكبيرة مثل المحركات النفاثة ومحركات القاطرات وتوربينات توليد الطاقة، بشكل كبير من استخدام تقنية “التوأم الرقمي”، لا سيما للمساعدة في وضع أطر زمنية للصيانة اللازمة بانتظام.

قد يهمك: رحلة ميتا إلى الأصول الرقمية.. هل تنقذها من أزمتها الاقتصادية هذه المرة؟

• الهياكل وأنظمتها

يمكن تحسين الهياكل الكبيرة، مثل المباني الضخمة أو منصات الحفر البحرية، من خلال تقنية “التوأم الرقمي”، خاصة أثناء تصميمها. وهي مفيد أيضاُ في تصميم الأنظمة التي تعمل ضمن تلك الهياكل، مثل أنظمة التدفئة والتهوية وتكييف الهواء.

• إدارة الكوارث

تقنية “التوأم الرقمي” ساعدت في مكافحة تغير المناخ العالمي في السنوات الأخيرة، وذلك من خلال إنشاء بنى تحتية أكثر ذكاء وخطط الاستجابة للطوارئ ومراقبة تغير المناخ.

• عمليات التصنيع

نظرا لأن تقنية “التوأم الرقمي” تهدف إلى عكس دورة حياة المنتج بالكامل فهي عملية الإنتاج، فليس من المستغرب أن تكون هذه التقنية موجودة في كل مكان في جميع مراحل التصنيع، وتوجيه المنتجات من التصميم إلى المنتج النهائي، وجميع الخطوات بينهما.

• صناعة السيارات

تمثل صناعة السيارات محور أساسي في قطاع الصناعة، وتستخدم تقنية “التوأم الرقمي” على نطاق واسع في تصميم السيارات لما تمر به عمليات التصنيع والتأكد من كفاءة المنتج للكثير من التجارب، وكل ذلك لتحسين أداء السيارة وزيادة كفاءة إنتاجها.

• التخطيط العمراني

استخدام “التوأم الرقمي” لمساعدة المدن على أن تصبح أكثر استدامة من الناحية الاقتصادية والبيئية والاجتماعية. يمكن للنماذج الافتراضية توجيه قرارات التخطيط وتقديم حلول للعديد من التحديات المعقدة التي تواجهها المدن الحديثة. على سبيل المثال، عرض البيانات المكانية ثلاثية الأبعاد ورباعية الأبعاد في الوقت الفعلي، وأيضا دمج أنظمة الواقع المعزز في البيئات المبنية.

مستقبل “التوأم الرقمي”

مستقبل تقنية “التوأم الرقمي” لا حدود لها، وذلك للزيادة الملحوظة في كميات القوة المعرفية التي يتم تكريسها باستمرار واستخدامها في قطاعات عدة. لذلك يتعلم “التوأم الرقمي” بشكل مستمر مهارات وقدرات جديدة في كل ساعة، مما يعني أنه يمكنه الاستمرار في توليد الأفكار اللازمة لجعل المنتجات أفضل والعمليات أكثر كفاءة في المستقبل.

كاتب المقال نيرودا الحسين ينصح بقراءة ...

البصمة الرقمية.. تاريخك على الإنترنت وكيفية محو آثارك