دوقلو دیجیتال: از هیاهو تا واقعیت

افزایش تقاضا برای دیجیتالی‌سازی و اینترنت صنعتی اشیا (IIoT) باعث شده است که دوقلو دیجیتال به یک عنصر کلیدی برای صنایع دیجیتال شناخته شوند. دوقلوهای دیجیتال با بهبود فناوری‌های دیجیتال، توسعه و استانداردسازی معماری‌ها را تسریع کرده و موارد استفاده و مدل‌های کسب‌وکار جدیدی را ایجاد می‌کنند. 

 تاریخچه و تعریف دوقلوی دیجیتال

نمایش‌های دیجیتال برای مدت‌طولانی به منظور مدل‌سازی اطلاعات مربوط به دارایی‌ها در طول چرخه زندگی‌شان استفاده می‌شدند. اصطلاح “دوقلوی دیجیتال” برای اولین‌بار در سال 2003 در یک دوره دانشگاهی مطرح شد. با گذشت زمان، تعاریف مختلفی از دوقلوی دیجیتال ظهور کرده‌اند که معمولاً بر موارد استفاده خاص آن تمرکز دارند. به مرور زمان، کنسرسیوم‌های مختلفی مانند Industrial Internet Consortium (IIC)، که ABB نیز در آن مشارکت دارد، تعریف‌هایی جامع‌تر از دوقلوهای دیجیتال ارائه دادند.

IIC دوقلو دیجیتال را به عنوان نمایش دیجیتال یک نهاد (مانند دستگاه، سلول تولید، یا کارخانه) تعریف می‌کند که نیازهای یک مجموعه خاص از موارد استفاده را برآورده می‌کند. این تعریف چند نکته مهم دارد:

– با اینکه بسیاری دوقلو دیجیتال را با IIoT مرتبط می‌دانند، این تعریف تأکیدی بر جنبه‌های IIoT ندارد. در واقع، مفهوم دوقلوی دیجیتال (هرچند نه با این نام) قبل از ظهور IIoT وجود داشته است.

– دوقلوها دیجیتال باید در ارتباط با امکان‌پذیر کردن موارد استفاده مورد بحث قرار گیرند، زیرا این موارد استفاده هستند که داده‌ها، مدل‌ها، محاسبات و خدماتی که باید ارائه شوند را تعیین می‌کنند.

 توجه به داده‌های چرخه عمر

دوقلوهای دیجیتال در سیستم‌های صنعتی به داده‌های چرخه عمر دستگاه‌ها توجه می‌کنند که به سه دسته تقسیم می‌شود: 

1. داده‌های فناوری مهندسی (ET)
2. داده‌های فناوری اطلاعات (IT)
3. داده‌های فناوری عملیاتی (OT)

این داده‌ها معمولاً به دلیل نیازهای عملکردی، کاربران مختلف و یا ادغام شرکت‌ها در مکان‌های مختلف و فرمت‌های گوناگون ذخیره می‌شوند. 

 چالش جزایر داده

جزایر داده (Data Silos) که در قالب‌های جداگانه نگهداری می‌شوند، منجر به عدم هم‌پوشانی و تعامل‌پذیری در چندین سطح دسترسی به داده‌ها می‌شود. نتیجه این وضعیت، نیاز به تبادل دستی داده‌هاست که معمولاً خطاهای انسانی و زمان‌بر بودن را به همراه دارد. علاوه بر این، ترکیب داده‌ها برای استفاده از برنامه‌های تحلیلی پیچیده و دشوار می‌شود. این مسئله نشان‌دهنده اهمیت دوقلوهای دیجیتال است که می‌توانند با یکپارچه‌سازی این داده‌ها، تعامل‌پذیری و کارایی بیشتری را در سیستم‌های صنعتی فراهم کنند.

 راهکارهای دوقلو دیجیتال

مشکلات مربوط به داده‌ها می‌توانند با استفاده از دوقلوهای دیجیتال حل شوند که امکان اجرا به‌صورت محلی یا در فضای ابری را دارند. دوقلوهای دیجیتال می‌توانند یک مدل اطلاعات مشترک ارائه دهند که داده‌های ET، IT و OT را تعریف کند. این مدل به عنوان مبنایی برای رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (APIs) عمل می‌کند که به دسترسی به داده‌ها و تعریف ارتباطات معنایی بین مجموعه داده‌های پراکنده کمک می‌کند.

دوقلو دیجیتال می‌تواند APIs یکپارچه‌ای برای جستجوی انواع مختلف داده‌های چرخه عمر ارائه دهد، صرف‌نظر از اینکه داده‌ها در فضای ابری یا منابع داده خارجی ذخیره شده باشند. سطح بلوغ دوقلوهای دیجیتال می‌تواند با بیان همبستگی‌های بین مدل‌های مختلف که در داخل دوقلوی دیجیتال قرار دارند، افزایش یابد و این اطلاعات می‌تواند به استنتاج‌های دقیق‌تری منجر شود. 

 بهبود هوش دوقلو دیجیتال

محتوای دوقلوهای دیجیتال می‌تواند با استفاده از یادگیری ماشین و مدل‌های شبیه‌سازی توسعه یابد. این بهبودها به افزایش هوش دوقلو دیجیتال کمک می‌کند و استنتاج‌های دقیق‌تری در مورد وضعیت دوقلوی فیزیکی فراهم می‌آورد. همچنین، از مدل‌های شبیه‌سازی بلادرنگ پشتیبانی می‌کند.

موارد استفاده پیشرفته‌تر را می‌توان با ترکیب چندین مدل به دست آورد. به عنوان مثال، داشتن مدل‌های شبیه‌سازی هوشمند برای پیش‌بینی وضعیت یک دستگاه می‌تواند به شرکت‌ها کمک کند تا عملیات خود را بهینه‌سازی کنند و از خرابی‌های ناگهانی جلوگیری نمایند. این امر در نهایت به افزایش بهره‌وری و کاهش هزینه‌ها منجر می‌شود.

 تأثیر فناوری‌های نوین

در عصر اینترنت صنعتی اشیا (IIoT)، فناوری‌هایی مانند فضای ابری، رایانش لبه‌ای، اتصال 5G و واقعیت افزوده مفهوم دوقلوی دیجیتال را به سطح جدیدی ارتقاء داده‌اند. این فناوری‌ها می‌توانند به بهبود تکنولوژی‌های دیجیتال، توسعه و استانداردسازی معماری‌ها، ایجاد تعاملات نوآورانه بین سیستم‌ها یا کاربران و شکل‌گیری مدل‌های کسب‌وکار جدید کمک کنند.

با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده و شبیه‌سازی‌های بلادرنگ، این فناوری‌ها به شرکت‌ها امکان بهینه‌سازی عملیات و افزایش کارایی در فرآیندها را می‌دهند. همچنین، فرصت‌های جدیدی برای تعاملات بین دستگاه‌ها و کاربران ایجاد می‌شود که به نوآوری در مدل‌های تجاری کمک می‌کند.

 موارد استفاده و کاربردهای دوقلو دیجیتال

دوقلوهای دیجیتال می‌توانند موارد استفاده نوآورانه‌ای ایجاد کنند، که شامل موارد زیر است:

– مدیریت یکپارچه اطلاعات در سراسر زنجیره ارزش

– مهندسی مبتنی بر ابر: به جای تمرکز بر دامنه گسترده فرآیندها، می‌توان از دوقلو دیجیتال برای تبادل داده‌های یکپارچه بین ابزارهای مختلف استفاده کرد. پارامترهای دستگاه‌ها می‌توانند به عنوان مدلی اختصاصی در دوقلوی دیجیتال در فضای ابری ذخیره شوند و در مراحل بعدی برای پیکربندی مجدد ابزارهای مهندسی مورد استفاده قرار گیرند. این دوقلوی دیجیتال همچنین پشتیبان‌گیری و بازیابی داده‌های مهندسی در فضای ابری را پشتیبانی می‌کند.

– پلاگ اند پروداکت برای دستگاه‌های میدانی: پیکربندی یا تعویض دستگاه‌های میدانی اغلب دشوار و زمان‌بر است. دوقلوی دیجیتال این امکان را فراهم می‌کند که فرآیند پلاگ اند پروداکت سرعت بگیرد. با استفاده از کشف خودکار دستگاه‌ها و محاسبات ابری، می‌توان دستگاه‌های متصل را به‌طور خودکار شناسایی کرده و پارامترهای مناسب را از ابر به دستگاه‌ها منتقل کرد.

 استانداردسازی و ابتکارات دوقلو دیجیتال

چندین فعالیت استانداردسازی مرتبط با دوقلو دیجیتال در حال پیشرفت است. فناوری Aspect Object در استاندارد IEC-81346 برای ساختاردهی اطلاعات مرتبط با دیدگاه‌های مختلف سیستم‌های صنعتی (مانند محصول، عملکرد، یا مکان) تعریف شده است. همچنین IEC 62832 چارچوبی برای کارخانه‌های دیجیتال ارائه می‌دهد. ابتکارات دیگری مانند IEEE P2806 و ISO/AWI 23247 نیز به استفاده از دوقلوهای دیجیتال در تولید و تعریف معماری مرجع آن‌ها کمک می‌کنند.

پلتفرم‌هایی مانند Plattform Industrie 4.0 و سازمان‌هایی مانند Industrial Digital Twin Association و Digital Twin Consortium به ارتقاء یکپارچگی، امنیت و استانداردهای دوقلوهای دیجیتال کمک می‌کنند.

 آینده مدل‌های کسب‌وکار با دوقلوهای دیجیتال

دوقلو دیجیتال زیربنای خدمات دیجیتال جدید و همکاری‌های گسترده‌تر را فراهم می‌کند و به بهبود دسترسی و کارایی خدمات موجود کمک می‌کند. همچنین، داشتن روشی توافق‌شده برای دسترسی به داده‌های دستگاه‌ها و تبادل آن‌ها به کاهش خطاهای تولید ناشی از داده‌های نادرست کمک می‌کند و مهندسی مشارکتی را در طول چرخه عمر تسهیل می‌کند.

برخلاف دستگاه‌های فیزیکی، یک دوقلو دیجیتال و تمامی جنبه‌های آن می‌توانند به طور گسترده و با تدابیر امنیت سایبری مناسب در دسترس قرار گیرند. این امکان به ایجاد برنامه‌های مبتنی بر فضای ابری مانند “X-as-a-Service” کمک می‌کند. 

دسترسی یکپارچه به داده‌های فناوری مهندسی (ET)، فناوری اطلاعات (IT) و فناوری عملیاتی (OT) از طریق رابط‌های برنامه‌نویسی کاربردی (APIs) دوقلوی دیجیتال، این امکان را فراهم می‌کند که قوانین دسترسی و استفاده از داده‌ها در سطح دوقلوی دیجیتال تنظیم شوند. این مدیریت دسترسی به داده‌ها نیاز به تعریف قوانین جداگانه برای هر منبع داده را از بین می‌برد و تدوین سیاست‌های استفاده از داده‌ها برای کاربران خارجی دوقلوی دیجیتال را تسهیل می‌کند.

 نتیجه‌گیری

هیچ شکی نیست که دوقلو دیجیتال نقش حیاتی در تکامل سریع دیجیتال در صنعت ایفا خواهد کرد. از طریق پروژه‌ها و همکاری‌های مختلف و با مشارکت در کنسرسیوم‌هایی مانند IIC و Plattform Industrie 4.0، شرکت ABB به تعیین تعاریف و استانداردهای مشترک برای دوقلوهای دیجیتال کمک می‌کند.