اللهم صلِّ على سيدنا محمد صلاةً تخرجنا بها من ظلمات الوهم وتُكرمنا بها بنور الفهم
وتُوضح لنا بها ما أشكل علينا حتى نفهم وعلى آله وصحبه وسلم.
مرحباً بكم في حلقة جديدة من بودكاست شيفرات تقنية، حيث نناقش أحدث الابتكارات التكنولوجية التي تشكل مستقبلنا.
اليوم سنتحدث عن تقنية مثيرة تمزج بين العالمين الواقعي والرقمي بطريقة غير مسبوقة وهي التوأم الرقمي (Digital Twins). قد تكون سمعت بهذا المصطلح في بعض الصناعات المتقدمة، ولكن هل تعرف حقاً ما هو التوأم الرقمي؟ وكيف يمكن أن يؤثر في حياتنا؟ دعونا نتعرف على هذه التقنية عن قرب.
التوأم الرقمي ببساطة هو نسخة افتراضية من كائن مادي أو نظام، يتم تحديثها باستمرار ببيانات حقيقية في الوقت الفعلي. بمعنى آخر، التوأم الرقمي هو نموذج رقمي يحاكي الشيء الحقيقي بدقة فائقة. يمكن أن يكون هذا "الشيء" أي شيء، بدءاً من آلة صناعية إلى جسم الإنسان وحتى مدينة بأكملها.
الفكرة الأساسية في هذه التقنية هي استخدام البيانات التي يتم جمعها بكميات هائلة من المستشعرات الموجودة في الشيء الحقيقي لتحديث النسخة الرقمية، ما يتيح لنا مراقبة الأداء، التنبؤ بالمشاكل، وحتى تحسين العمليات بناءً على تلك البيانات.
وتُوضح لنا بها ما أشكل علينا حتى نفهم وعلى آله وصحبه وسلم.
مرحباً بكم في حلقة جديدة من بودكاست شيفرات تقنية، حيث نناقش أحدث الابتكارات التكنولوجية التي تشكل مستقبلنا.
اليوم سنتحدث عن تقنية مثيرة تمزج بين العالمين الواقعي والرقمي بطريقة غير مسبوقة وهي التوأم الرقمي (Digital Twins). قد تكون سمعت بهذا المصطلح في بعض الصناعات المتقدمة، ولكن هل تعرف حقاً ما هو التوأم الرقمي؟ وكيف يمكن أن يؤثر في حياتنا؟ دعونا نتعرف على هذه التقنية عن قرب.
التوأم الرقمي ببساطة هو نسخة افتراضية من كائن مادي أو نظام، يتم تحديثها باستمرار ببيانات حقيقية في الوقت الفعلي. بمعنى آخر، التوأم الرقمي هو نموذج رقمي يحاكي الشيء الحقيقي بدقة فائقة. يمكن أن يكون هذا "الشيء" أي شيء، بدءاً من آلة صناعية إلى جسم الإنسان وحتى مدينة بأكملها.
الفكرة الأساسية في هذه التقنية هي استخدام البيانات التي يتم جمعها بكميات هائلة من المستشعرات الموجودة في الشيء الحقيقي لتحديث النسخة الرقمية، ما يتيح لنا مراقبة الأداء، التنبؤ بالمشاكل، وحتى تحسين العمليات بناءً على تلك البيانات.
تعتبر فكرة إنشاء نسخ رقمية دقيقة للأشياء والأنظمة فكرة قديمة قدم الحضارة البشرية نفسها. ومع تطور التكنولوجيا، تحولت هذه الفكرة من مجرد نماذج بسيطة إلى نماذج رقمية مُعقدة للغاية.
بدأت بمحاولات مُبكرة لإنشاء نماذج حاسوبية بسيطة في الستينيات والسبعينيات، وتطورت مع ظهور المحاكاة الحاسوبية في الثمانينيات والتسعينيات. ومع ثورة إنترنت الأشياء وظهور الذكاء الاصطناعي، أصبح من الممكن جمع وتحليل كميات هائلة من البيانات لبناء نماذج رقمية أكثر دقة وتعقيداً، لنصل أخيراً إلى فكرة التوأم الرقمي الذي يمثل نسخة رقمية متطابقة لكائن مادي أو نظام في العالم الحقيقي.
هنا يا صديقي تبدأ عملية بناء التوأم الرقمي بجمع بيانات دقيقة وشاملة عن النظام أو الكائن الذي نريد عمل نسخة رقمية منه. هذه البيانات تأتي من مجموعة متنوعة من المستشعرات التي تقيس كل شيء من الحركة والحرارة إلى الضغط وحتى الاهتزاز. بمجرد أن يتم جمع البيانات، يتم تحليلها بواسطة الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي لإنشاء نسخة افتراضي تُحاكي الكائن الحقيقي بدقة.
لكن ما يميز التوأم الرقمي حقًا هو التفاعل المستمر بين النسخة الرقمية والمادية. البيانات الجديدة التي يتم جمعها من الكائن المادي تُرسل باستمرار إلى التوأم الرقمي، مما يسمح له بالتطور والتكيف. هذا يعني أن التوأم الرقمي لا يعكس فقط الحالة الحالية للنظام، بل يمكنه أيضًا التنبؤ بالأحداث المستقبلية واقتراح تحسينات.
هناك العديد من أنواع التوأم الرقمية المختلفة، حيث أن كل نوع من هذه التوائم الرقمية يخدم غرضًا محددًا بناءً على استخدامه في الصناعات المختلفة، ويعتمد على البيانات الحية. ويمكن أن تعمل هذه الأنواع جنبًا إلى جنب داخل نفس النظام. والأنواع الأكثر شيوعًا من التوائم الرقمية هي التالية:
1. التوأم الرقمي للأفراد (Human Digital Twin)
هذا النوع يركز على الأفراد، ويتم استخدامه بشكل متزايد في الرعاية الصحية. حيث أنه يحاكي الصحة الشخصية استنادًا إلى البيانات الطبية والبيانات الحية، مما يتيح للأطباء تحليل الحالة الصحية وتقديم رعاية مخصصة أو توقعات حول الأمراض المستقبلية.
2. التوأم الرقمي للنظام (System Digital Twin)
يتيح هذا النوع نمذجة النظام بأكمله ومحاكاة كيفية تفاعل المكونات المختلفة مع بعضها البعض. حيث يمثل أنظمة كبيرة ومعقدة تتكون من العديد من المكونات المتداخلة مثل شبكات الطاقة أو أنظمة الطيران ويساعد في تحسين النظام ككل من خلال التنبؤ بالمشاكل المحتملة وتقديم اقتراحات لتحسين كفاءة النظام.
3. التوأم الرقمي للأداء (Performance Digital Twin)
يركز هذا النوع على مراقبة وتحليل أداء الأنظمة أو المنتجات بعد تشغيلها في العالم الحقيقي. حيث يستخدم لجمع بيانات التشغيل الفعلية والتنبؤ بتدهور الأداء أو الأعطال المحتملة، مما يسهم في تحسين الصيانة وتجنب التعطل.
4. التوأم الرقمي للمنتج (Product Digital Twin)
يمثل هذا النوع نموذجًا افتراضيًا لمنتج أو جهاز مادي معين. حيث يستخدم بشكل رئيسي في تطوير المنتجات، حيث يساعد في تحسين التصميم، اختبار الأداء، والتنبؤ بالعمر الافتراضي للمنتج قبل تصنيعه. ويتم تحديث هذا التوأم ببيانات المنتج أثناء تصنيعه وتشغيله لتقديم رؤى وتحسينات.
5. التوأم الرقمي للعمليات (Process Digital Twin)
يعكس هذا النوع عمليات الإنتاج أو سير العمل في المصنع أو النظام الصناعي. حيث يتم استخدامه لتحليل الأداء، تحسين الكفاءة، وتقليل الهدر في العمليات. يمكنه أن يقدم تحليلات وتوصيات لتحسين العمليات بناءً على البيانات الحقيقية.
من الأمثلة عليه تحليل خطوط الإنتاج في المصنع لتحسين الإنتاجية وتقليل الأعطال.
1. التوأم الرقمي للأفراد (Human Digital Twin)
هذا النوع يركز على الأفراد، ويتم استخدامه بشكل متزايد في الرعاية الصحية. حيث أنه يحاكي الصحة الشخصية استنادًا إلى البيانات الطبية والبيانات الحية، مما يتيح للأطباء تحليل الحالة الصحية وتقديم رعاية مخصصة أو توقعات حول الأمراض المستقبلية.
2. التوأم الرقمي للنظام (System Digital Twin)
يتيح هذا النوع نمذجة النظام بأكمله ومحاكاة كيفية تفاعل المكونات المختلفة مع بعضها البعض. حيث يمثل أنظمة كبيرة ومعقدة تتكون من العديد من المكونات المتداخلة مثل شبكات الطاقة أو أنظمة الطيران ويساعد في تحسين النظام ككل من خلال التنبؤ بالمشاكل المحتملة وتقديم اقتراحات لتحسين كفاءة النظام.
3. التوأم الرقمي للأداء (Performance Digital Twin)
يركز هذا النوع على مراقبة وتحليل أداء الأنظمة أو المنتجات بعد تشغيلها في العالم الحقيقي. حيث يستخدم لجمع بيانات التشغيل الفعلية والتنبؤ بتدهور الأداء أو الأعطال المحتملة، مما يسهم في تحسين الصيانة وتجنب التعطل.
4. التوأم الرقمي للمنتج (Product Digital Twin)
يمثل هذا النوع نموذجًا افتراضيًا لمنتج أو جهاز مادي معين. حيث يستخدم بشكل رئيسي في تطوير المنتجات، حيث يساعد في تحسين التصميم، اختبار الأداء، والتنبؤ بالعمر الافتراضي للمنتج قبل تصنيعه. ويتم تحديث هذا التوأم ببيانات المنتج أثناء تصنيعه وتشغيله لتقديم رؤى وتحسينات.
5. التوأم الرقمي للعمليات (Process Digital Twin)
يعكس هذا النوع عمليات الإنتاج أو سير العمل في المصنع أو النظام الصناعي. حيث يتم استخدامه لتحليل الأداء، تحسين الكفاءة، وتقليل الهدر في العمليات. يمكنه أن يقدم تحليلات وتوصيات لتحسين العمليات بناءً على البيانات الحقيقية.
من الأمثلة عليه تحليل خطوط الإنتاج في المصنع لتحسين الإنتاجية وتقليل الأعطال.
تقدم التوائم الرقمية للمستخدمين العديد من الفوائد. سنقوم بشرح البعض منها:
الأداء المُحسّن
من خلال محاكاة الظروف المختلفة، يمكن للتوأم الرقمي تحسين أداء النظام عبر تقديم توصيات للتحسين المستمر.مما يضمن عمل الأنظمة في ذروتها وتقليل وقت التوقف عن العمل.
قدرات تنبؤية
يمكن أن تقدم التوائم الرقمية رؤية مرئية ورقمية كاملة لمصنع التصنيع الخاص بك, مبنى تجاري, أو منشأة حتى لو كانت تتكون من آلاف القطع من المعدات. تراقب المستشعرات الذكية إخراج كل مكون، مما يؤدي إلى الإبلاغ عن المشكلات أو الأخطاء عند حدوثها. حيث يمكنك اتخاذ إجراء عند أول علامة على وجود مشاكل بدلاً من الانتظار حتى تتعطل المعدات تمامًا.
المراقبة عن بُعد
الطبيعة الافتراضية للتوائم الرقمية تعني أنه يمكنك مراقبة المرافق والتحكم فيها عن بُعد. كما تعني المراقبة عن بُعد أيضًا أنه يتعين على عدد أقل من الأشخاص التحقق من المعدات الصناعية التي يحتمل أن تكون خطرة.
وقت الإنتاج المعجل
يمكنك تسريع وقت الإنتاج على المنتجات والمرافق قبل وجودها من خلال إنشاء نسخ رقمية متماثلة. من خلال تشغيل السيناريوهات، يمكنك أن ترى كيف يتفاعل منتجك أو منشأتك مع حالات الفشل وإجراء التغييرات اللازمة قبل الإنتاج الفعلي.
الأداء المُحسّنمن خلال محاكاة الظروف المختلفة، يمكن للتوأم الرقمي تحسين أداء النظام عبر تقديم توصيات للتحسين المستمر.مما يضمن عمل الأنظمة في ذروتها وتقليل وقت التوقف عن العمل.
قدرات تنبؤيةيمكن أن تقدم التوائم الرقمية رؤية مرئية ورقمية كاملة لمصنع التصنيع الخاص بك, مبنى تجاري, أو منشأة حتى لو كانت تتكون من آلاف القطع من المعدات. تراقب المستشعرات الذكية إخراج كل مكون، مما يؤدي إلى الإبلاغ عن المشكلات أو الأخطاء عند حدوثها. حيث يمكنك اتخاذ إجراء عند أول علامة على وجود مشاكل بدلاً من الانتظار حتى تتعطل المعدات تمامًا.
المراقبة عن بُعدالطبيعة الافتراضية للتوائم الرقمية تعني أنه يمكنك مراقبة المرافق والتحكم فيها عن بُعد. كما تعني المراقبة عن بُعد أيضًا أنه يتعين على عدد أقل من الأشخاص التحقق من المعدات الصناعية التي يحتمل أن تكون خطرة.
وقت الإنتاج المعجليمكنك تسريع وقت الإنتاج على المنتجات والمرافق قبل وجودها من خلال إنشاء نسخ رقمية متماثلة. من خلال تشغيل السيناريوهات، يمكنك أن ترى كيف يتفاعل منتجك أو منشأتك مع حالات الفشل وإجراء التغييرات اللازمة قبل الإنتاج الفعلي.
عملية إنشاء التوأم الرقمي (Digital Twin) تتطلب عدة خطوات رئيسية لدمج البيانات الحقيقية مع النماذج الافتراضية، وتحليل هذه البيانات لتحقيق أقصى استفادة. إليك هذه الخطوات لعمل التوأم الرقمي:
1. جمع البيانات:
تبدأ العملية بتجميع البيانات الحقيقية من النظام أو المنتج الذي سيتم نمذجته. يتم استخدام أجهزة الاستشعار وأنظمة إنترنت الأشياء (IoT) لجمع بيانات تفصيلية مثل درجات الحرارة، السرعة، الاهتزاز، الضغوط، والأداء العام. ويمكن أيضًا جمع البيانات التاريخية من قواعد البيانات السابقة المتعلقة بالنظام أو المنتج.
2. إنشاء النموذج الافتراضي:
يتم بناء نموذج رقمي يحاكي النظام المادي أو المنتج باستخدام تقنيات المحاكاة والبرمجيات المتقدمة. هذا النموذج يجب أن يكون مطابقًا تقريبًا للنظام الحقيقي من حيث البنية والتصرفات.
1. جمع البيانات:
تبدأ العملية بتجميع البيانات الحقيقية من النظام أو المنتج الذي سيتم نمذجته. يتم استخدام أجهزة الاستشعار وأنظمة إنترنت الأشياء (IoT) لجمع بيانات تفصيلية مثل درجات الحرارة، السرعة، الاهتزاز، الضغوط، والأداء العام. ويمكن أيضًا جمع البيانات التاريخية من قواعد البيانات السابقة المتعلقة بالنظام أو المنتج.
2. إنشاء النموذج الافتراضي:
يتم بناء نموذج رقمي يحاكي النظام المادي أو المنتج باستخدام تقنيات المحاكاة والبرمجيات المتقدمة. هذا النموذج يجب أن يكون مطابقًا تقريبًا للنظام الحقيقي من حيث البنية والتصرفات.
يتم تصميم النموذج الرقمي باستخدام أدوات مثل CAD أو منصات نمذجة ثلاثية الأبعاد، ويتم ضبطه ليتناسب مع البيانات التي تم جمعها.
3. التكامل بين العالمين المادي والرقمي
يتم دمج البيانات التي تم جمعها من العالم المادي مع النموذج الرقمي. حيث يتم نقل البيانات في الوقت الفعلي من المستشعرات إلى التوأم الرقمي لضمان أن النسخة الافتراضية تعكس تمامًا حالة النظام المادي. (يعتمد التوأم الرقمي على البيانات الحية التي تتدفق باستمرار لمراقبة الأداء.)
4. التحليل والمعالجة
بمجرد أن يتم تزويد التوأم الرقمي بالبيانات الحقيقية، يتم استخدام الذكاء الاصطناعي، تعلم الآلة، وأدوات التحليل لتقييم الأداء وتحديد الأنماط والمشاكل المحتملة. هذا التحليل يمكن أن يشمل التنبؤ بالأعطال، تحسين الكفاءة، أو اختبار سيناريوهات مختلفة لتحديد الحلول المثلى.
5. التغذية الراجعة والتحديث المستمر
يتم استخدام النتائج المستخلصة من التحليل لإجراء تحسينات على النظام المادي. على سبيل المثال، إذا أظهر التوأم الرقمي أن هناك احتمالاً لتعطل مكون معين، يمكن اتخاذ إجراء استباقي لإصلاحه أو استبداله. بالإضافة إلى ذلك، يتم تحديث التوأم الرقمي باستمرار مع تغير البيانات من النظام المادي لضمان أن النموذج الافتراضي يظل دقيقًا.
6. التنبؤ وتحسين الأداء
يستخدم التوأم الرقمي لمحاكاة سيناريوهات مستقبلية بناءً على البيانات الحالية، مما يسمح بالتنبؤ بالمشاكل المحتملة وتحسين الأداء بمرور الوقت.
يمكن استخدامه لتخطيط الصيانة، اختبار الابتكارات، أو تحسين العمليات بناءً على المحاكاة والتوقعات.
تُحدث التوائم الرقمية ثورة في مجال الهندسة من خلال دمج بيانات الخبراء البشريين والقدرات الذكية للذكاء الاصطناعي، بهدف توجيه التطوير نحو مسارات جديدة وغير مستكشفة. من خلال اعتمادها على البيانات من مختلف المصادر، تمكِّن التوائم الرقمية من كشف الحالات النادرة وتنفيذ عمليات إصلاح تلقائية، مما يتيح لها نمذجة ومحاكاة الإجراءات والعمليات بشكل شامل. ولكن الأمر الأهم بلا شك هو قدرتها على تمكين الشركات من التنبؤ بالمشكلات ومنع الأخطاء قبل حدوثها، مما يعزز من كفاءة الأنظمة والعمليات بشكل عام.
تم استخدامها في العديد من مجالات الهندسة, منها:
1. الهندسة المدنية والبنية التحتية
2. الهندسة الميكانيكية والتصنيع
3. الهندسة المعمارية.
4. الهندسة الكهربائية
5. الهندسة الفضائية والجوية.
6. الهندسة البحرية
بالطبع، مثل أي تقنية جديدة، تواجه التوأم الرقمي بعض التحديات. أحد أبرز التحديات هو الأمان والخصوصية. نظرًا لأن التوأم الرقمي يعتمد بشكل كبير على البيانات، فإن تأمين هذه البيانات من الهجمات الإلكترونية يعد أمرًا بالغ الأهمية.
هناك أيضًا التحديات التقنية المتعلقة بتطوير النماذج الدقيقة والمحاكاة في الوقت الفعلي. قد تحتاج الشركات إلى استثمارات ضخمة في التكنولوجيا والبنية التحتية لجمع ومعالجة هذه البيانات الضخمة.
هناك العديد من الشركات الرائدة التي تقدم حلول التوأم الرقمي في مختلف القطاعات، مستخدمة تقنيات متقدمة مثل إنترنت الأشياء (IoT) والذكاء الاصطناعي (AI) لتحسين الأداء وزيادة الكفاءة. إليك بعض هذه الشركات البارزة:
1. جنرال إلكتريك (General Electric - GE)
2. سيمنز (Siemens)
3. IBM
4. داسو سيستمز (Dassault Systèmes)
5. مايكروسوفت (Microsoft)
6. أنسيز (ANSYS)
7. جنرال موتورز (General Motors)
1. جنرال إلكتريك (General Electric - GE)
2. سيمنز (Siemens)
3. IBM
4. داسو سيستمز (Dassault Systèmes)
5. مايكروسوفت (Microsoft)
6. أنسيز (ANSYS)
7. جنرال موتورز (General Motors)
التوأم الرقمي هو خطوة نحو مستقبل رقمي أكثر ذكاءً وفعالية، حيث يمكننا محاكاة وتحسين كل شيء من الآلات البسيطة إلى الأنظمة المعقدة مثل المدن والبنية التحتية. مع توسع هذه التقنية واستخداماتها المتعددة، يمكننا أن نتوقع أن تصبح جزءًا لا يتجزأ من حياتنا اليومية.
شكرًا لمتابعتكم هذه الحلقة من بودكاست شيفرات تقنية. إذا كنت تجد هذه المواضيع مُثيرة، تأكد من متابعة حلقاتنا القادمة حيث نناقش المزيد من الابتكارات التقنية. ولا تنسى أنه بإمكانك قراءة حلقاتنا السابقة من خلال هذه الروابط:
1. الذكاء الاصطناعي
2. الحوسبة السحابية
3. أمن المعلومات
4. تقنية سلسلة الكتل | Blockchain
دُمتم بحفظ الله ورعايته
