معرفی دوقلوی دیجیتال

در چشم انداز تولید که سرعت تحولات آن بسیار سریع شده است شرکت ها به طور مداوم به دنبال راه های نوآورانه برای بهینه سازی عملیات زنجیره تامین خود هستند. یکی از فناوری هایی که به دلیل پتانسیل بسیار زیاد خود به رسمیت شناخته می شود ، فناوری دوقلوی دیجیتال است. دوقلوهای دیجیتال، که کپی های مجازی از موجودات فیزیکی و تعاملات آنها هستند، حداقل از دهه 1960 زمانی که ناسا با مدل های مجازی در طول برنامه آپولو آزمایش می کرد، وجود داشته است. با این حال، مفهوم دوقلوی دیجیتال اولین بار در کتاب «جهان‌های آیینه‌ای» توسط دیوید گلرتنر در سال ۱۹۹۱ ارائه شد و مایکل گریوز از موسسه فناوری فلوریدا قصد پیاده‌سازی این مفهوم را در صنعت تولید داشت. در سال ۲۰۰۲ گریوز به دانشگاه میشیگان نقل مکان کرد؛ در همان زمان او رسماً مفهوم دوقلوی دیجیتال را در کنفرانس جامعه مهندسین تولید در تروی ایالت میشیگان معرفی کرد.

هرچند در عمل، این ناسا بود که به مفهوم Digital Twin بها داد و در یک گزارش نقشه راه در سال 2010، جان ویسکر از ناسا نام “دوقلوی دیجیتال” را بر روی این مفهوم گذاشت. از این ایده به منظور ایجاد شبیه‌سازی‌های دیجیتالی از کپسول‌های فضایی و ساختن آن‌ها برای آزمایش کردن در آن سال استفاده شد. با این حال، پیشرفتهای اخیر در حسگرها و بسته های نرم افزاری، این امکان را برای تولیدکنندگان فراهم کرده است که از دوقلوهای دیجیتال برای بهبود عملکرد و کارایی زنجیره تأمین خود استفاده کنند.

یک “دوقلو دیجیتال” یک مدل دیجیتالی از دارایی‌های فیزیکی، سیستم‌ها، افراد یا فرآیندها می باشد که برای پیش‌بینی چگونگی عملکرد آن‌ها استفاده شود.گارتنر دوقلو دیجیتال را این گونه تعریف می‌کند:

الگوی طراحی نرم‌افزاری که یک شی فیزیکی را با هدف درک وضعیت دارایی، واکنش به تغییرات، بهبود عملیات تجاری و ارزش افزوده نشان می‌دهد.

برای تولیدکنندگان صنعتی، یک دوقلو دیجیتال به آن ها اجازه می‌دهد تا مدل‌های دیجیتالی ماشین‌های واقعی را ایجاد کنند. سپس داده‌های دیجیتال و فیزیکی را ترکیب کنند تا درک بهتری از عملکرد و ارزش بالقوه آن ماشین‌های فیزیکی ارائه کنند. این امر در مورد تمام جنبه ‌های عملکرد دستگاه – تولید، نگهداری، تجربه کاربر و موارد دیگر صدق می‌کند. هر دیجیتال دوقلو به عنوان یک پروکسی برای یک ماشین واقعی استفاده می‌شود و به سازندگان امکان می‌دهد تا مفاهیم و فرضیه‌ها را قبل از اعمال آن ها در ماشین‌های فیزیکی آزمایش کنند. 

درک دوقلوهای دیجیتال

دوقلوهای دیجیتال تنها مدل های سه بعدی یا شبیه ساز نیستند؛ بلکه ترکیبی از فناوری های فعال و قابلیت های تحلیلی هستند. این فناوری شامل سنسورها، محاسبات ابری، هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل پیشرفته، شبیه سازی، تجسم و واقعیت افزوده و مجازی است. آنچه دوقلوهای دیجیتال را متمایز می کند، توانایی آنها در تقلید از توانایی های انسانی، حمایت از تصمیم گیری و حتی تصمیم گیری از طرف انسان است. آنها داده های زمان واقعی را از طریق سنسورها جمع آوری می کنند، از این اطلاعات یاد می گیرند و با انسان ها، دستگاه ها و دیگر دوقلوهای دیجیتال ارتباط برقرار می کنند. این باعث می شود آنها ابزارهای فعال و اجتماعی باشند که می توانند به طور مداوم با اشیاء فیزیکی و دیجیتال مرتبط خود ارتباط برقرار و همکاری کنند.

پیاده سازی دوقلوهای دیجیتال در مدیریت زنجیره تامین می تواند مزایای قابل توجهی داشته باشد. یکی از مزایای کلیدی، توانایی آزمایش طرح های جدید محصول و قطعات ماشین آلات از طریق شبیه سازی های مجازی است. این امر به تولیدکنندگان اجازه می دهد تا با شناسایی و پرداختن به ناکارآمدیها قبل از اجرای تغییرات در دنیای فیزیکی، در وقت و هزینه صرفه جویی کنند. به عنوان مثال، تولیدکنندگان میتوانند از دوقلوهای دیجیتال برای آزمایش چیدمانهای مختلف تجهیزات و خروجیهای تولید مدل بر اساس تغییرات تقاضا استفاده کنند که منجر به بهبود عملیات زنجیره تأمین میشود.

دوقلوهای دیجیتال همچنین دارای پتانسیل افزایش بهره وری کارخانه و کمک به تعمیر و نگهداری پیشگیرانه هستند. تولیدکنندگان با نظارت و تجزیه و تحلیل مداوم داده های بلادرنگ از سنسورها، می توانند الگوهای رفتار پیچیده و پویا را در زنجیره های تأمین خود شناسایی کنند. این امر آنها را قادر می سازد تصمیمات سریع تر و دقیق تری بگیرند که منجر به بهبود کارایی و کاهش هزینه می شود. علاوه بر این، دوقلوهای دیجیتال می توانند با ارائه بینش در مورد آسیب پذیری های بالقوه و اجازه دادن به اقدامات پیشگیرانه به تلاش های امنیت سایبری کمک کنند.

گزارشی از گلوبال دیتا نشان می‌دهد که چگونه دوقلوهای دیجیتال به طور فزاینده‌ای به شرکت‌های نفت و گاز در طول چرخه عمر عملیات خود کمک می‌کنند.

راویندرا پورانیک، تحلیلگر نفت و گاز در گلوبال دیتا گفت:

“دوقلوهای دیجیتال به سرعت در حال تبدیل شدن به یک ستون اصلی در عملیات نفت و گاز هستند زیرا شرکت ها در تلاش برای بهینه سازی عملکرد دارایی و به حداقل رساندن قطعی های برنامه ریزی نشده هستند. هدف از این کار این است که ایمنی در عملیات نفت و گاز را افزایش و ردپای کربن را کاهش دهند و سودآوری را بهبود ببخشند. علاوه بر این، شرکت‌ها همچنین از این ابزارها برای نظارت از راه دور و تعمیر و نگهداری پیش‌گویانه استفاده می‌کنند.”

در حالی که دوقلوهای دیجیتال می‌توانند مدیریت یک دارایی نفت و گاز را شبیه‌سازی کنند و سناریوهای بالقوه را پیش‌بینی کنند، آنها همچنین توانایی مدل‌سازی عملکرد دارایی‌ها را به صورت پویا در زمان واقعی دارند.

این کارشناس ادامه می­دهد:

” با استفاده از داده‌های بلا‌درنگ، شبیه‌سازی و تجزیه و تحلیل، دوقلوهای دیجیتال می‌توانند بینش عمیقی درباره دارایی‌های عملیاتی ارائه دهند. آنها می­توانند شرکت های نفت و گاز را قادر سازند تا فرآیندها را ساده کنند، از خرابی ها جلوگیری کنند، اقدامات ایمنی را تقویت کنند، و در نتیجه سودآوری کلی را افزایش دهند. دوقلوهای دیجیتال با توانایی خود در ارائه دیدی جامع از عملیات، به تدوین تصمیمات آگاهانه و دقیق تر کمک می کنند و آنها را به ابزارهای ضروری در عملیات نفت و گاز تبدیل می کنند. هدف نهایی دستیابی به عملیات مستقل در واحدهای تولیدی برای افزایش ایمنی و بهره وری است.”

دوقلوهای دیجیتال در ابتدا در تاسیسات تولید نفت و گاز که سرمایه­گذاری زیادی لازم دارد به کار گرفته شدند. این ابزار باعث سادگی فرآیندها، کاهش ردپای انتشار و صرفه جویی در هزینه ها می شود. از آن زمان، شرکت‌ها دوقلوهایی از سیستم خط لوله، کارخانه‌های گاز و پایانه‌های گاز طبیعی مایع و همچنین پالایشگاه‌ها و مجتمع‌های پتروشیمی خود را ایجاد کرده‌اند. این گزارش تخمین می­زند که ارزش بازار جهانی دوقلوهای دیجیتال تا سال 2030 به 154 میلیارد دلار خواهد رسید. در حال حاضر تعدادی از شرکتهای نفتی از این ابزار استفاده می کنند.

شرکت شل از دوقلوهای دیجیتال برای بهینه‌سازی عملکرد میدان‌های نفتی خود استفاده می‌کند. آن‌ها با استفاده از مدل‌های دیجیتال، می‌توانند پیش‌بینی کنند که چگونه تغییرات در فرآیندها بر تولید نفت تأثیر می‌گذارد. شرکت بی پی از دوقلوهای دیجیتال برای مدیریت و نظارت بر تأسیسات خود استفاده می‌کند. این شرکت با استفاده از مدل‌های دیجیتال، می‌تواند به تجزیه و تحلیل داده‌ها پرداخته و تصمیمات بهتری در مورد نگهداری و عملیات بگیرد. شرکت اکسون‌موبیل از دوقلوهای دیجیتال برای شبیه‌سازی و بهینه‌سازی فرآیندهای پالایشگاهی استفاده می‌کند. این شرکت با کمک این تکنولوژی می‌تواند کارایی و ایمنی عملیات خود را افزایش دهد.

شکل 1: ارزش بازار دوقلوهای دیجیتال در فاصله سالهای 2023 تا 2033

این کارشناس در پایان افزود:

” شرکت‌های نفت و گاز نیز مایلند از این فناوری برای سرمایه‌گذاری‌های جدیدتر خود فراتر از نفت و گاز، از جمله در جذب و ذخیره‌سازی کربن (CCS) و پروژه‌های انرژی تجدیدپذیر استفاده کنند. پتانسیل قابل توجهی برای دوقلوهای دیجیتال در بهبود کارایی و اثربخشی پروژه‌های CCS و پیش‌بینی توان خروجی از مزارع بادی یا خورشیدی وجود دارد. یکی دیگر از موارد استفاده نوظهور در زنجیره تامین و مدیریت موجودی است، جایی که محصولات را می توان در زمان واقعی ردیابی کرد تا از دسترسی به موقع آنها برای برنامه های کاربردی نهایی اطمینان حاصل شود. این به ساده‌سازی هزینه‌های لجستیک و حفظ کیفیت محصول برای مصرف‌کنندگان نهایی کمک می‌کند.”