دوقلوی دیجیتال یا Digital Twin چیست؟
دوقلوی دیجیتال دیجیتال یا همزاد دیجیتال، نسخه هایی مجازی از دستگاه های فیزیکی می باشند. دو قلوهای دیجیتال معادل مجازی یک محصول یا موجودیت واقعی هستند. دوقلو یا همزاد دیجیتال عبارت است از مجموعه‌ای وسیع از انواع داده‌های مرتبط با یک موجودیت یا محصول.محققین فناوری اطلاعات می توانند برای اجرای آزمایشات و شبیه سازی های قبل از تکمیل و ساخت و استفاده از دستگاه های واقعی از آنها استفاده کنند.
امروزه دوقلوهای دیجیتال در زمینه پروژه های IoT کاربردهای فراوانی دارند. اگر دوقلوهای دیجیتال به خوبی طراحی شوند می توانند به طور قابل توجهی تصمیم گیری های سازمانی را بهبود بخشند.
آنها با همتایان واقعی دنیای خود ارتباط دارند و برای درک وضعیت سیستم، پاسخ به تغییرات، بهبود عملیات و ارزش افزوده استفاده می شوند. فن آوری دوقلو دیجیتال فراتر از تولید و به دنیای اینترنت اشیاء، هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل اطلاعات منتقل شده است.
دوقلو دیجیتال Digital Twin چیست؟
یک دوقلو دیجیتال، نمایندگی دیجیتال از یک جسم یا سیستم فیزیکی است. بطور کلی همزاد دیجیتالی منعکس کننده وضعیت فعلی شیء مورد نظر است. دوقلوی دیجیتالی، کپی دیجیتالی از یک محصول فیزیکی است که همزمان با طراحی اولیه محصول ایجاد شده و توسعه می‌یابد. فناوری های دوقلوهای دیجیتال در طی مدت کمی گسترش یافته است تا جایی که بسیاری پیش بینی کرده اند مردم نیز می توانند دوقلوهای دیجیتال داشته باشند و این مفهوم را حتی بیشتر گسترش دهند.
ایده اولیه ساخت دوقلو دیجیتال
این ایده ابتدا در ناسا به وجود آمد : در دهه‌های ۱۹۶۰ و ۷۰، ناسا از شکل اولیه دوقلوهای دیجیتال به نام “ سیستم‌های آینه ای “ استفاده کرد. این تکنولوژی نه‌تنها به مهندسان کمک کرد تا مشکلات پیچیده را با تجهیزات خود حل کنند، حتی گاهی اوقات قبل از اینکه مشکلات رخ دهند، خطاها را پیش‌بینی می‌کردند.
پیش از بازگشت به کره زمین، ناسا اخیراً از تکنولوژی دوگانه دیجیتال برای ایجاد کپی آنلاین از مرکز تحقیقات لانگلی در همپتون در ویرجینیا استفاده کرده است. با جمع‌آوری داده‌ها، تیم تلاش می‌کند تا چیزهایی مانند ایمنی سایت، کنترل جمعیت / ترافیک و صرفه‌جویی در انرژی را بهبود بخشد.
دوقلوهای دیجیتال و آینده
پس‌ازآنکه گارتنر دوقلوهای دیجیتال را به‌عنوان یکی از چندین فناوری برجسته راهبردی خود در سال 2017نامید، اظهار داشت که طی سه تا پنج سال، “میلیاردها گچت توسط سیستم دوقلوهای دیجیتال ساخته‌شده و یک مدل نرم‌افزاری واقعی را به‌صورت دیجیتالی تبدیل خواهد کرد.
به گزارش گارتنر تا پایان سال ۲۰۲۰، بیش از ۲۰ میلیارد سنسور متصل و نقاط پایانی وجود خواهند داشت و دوقلوهای دیجیتال بالقوه برای میلیاردها شی ایجاد خواهند شد. تا سال ۲۰۲۱ ، نیمی از شرکت‌های بزرگ صنعتی از دوقلوهای دیجیتال استفاده خواهند کرد که منجر به افزایش ۱۰ درصدی اثربخشی این سازمان‌ها خواهد شد.
دوقلوهای دیجیتالی بر اساس این مفهوم ساخته‌شده‌اند که اگر مدل‌های دارایی مجازی باهم، هم‌زیستی داشته و به دارایی‌های حقیقی متصل می‌شوند، آنها دوقلو هستند. بااین‌حال، این مفهوم به دارایی‌ها یا اشیا محدود نمی‌شود. آنها با مدل‌های پیچیده‌تر مبتنی بر هوش مصنوعی، همانند دوقلوهای دیجیتال برای دارایی‌ها، القا می‌شوند.
موارد استفاده دوقلوی دیجیتال
یک نمونه از این مفهوم، استفاده از مدل‌سازی سه‌بعدی برای اشیاء فیزیکی است. حسگرها داده‌های جسم را جمع‌آوری کرده و آن را از طریق اینترنت اشیاء به نرم‌افزار شبیه‌سازی سه‌بعدی می‌دهند. این مفهوم به‌نوعی واقعیت افزوده هم محسوب می‌شود.
از دوقلوی دیجیتال یا همزاد دیجیتال می‌توان برای تعمیر و نگهداری هوشمند نیز استفاده کرد و بهره‌وری را بهبود بخشید.
اشیاء مانند موتورهای هواپیما، قطارها، پلتفرم‌های دریایی و توربین‌ها با این سیستم می‌تواند قبل از تولید فیزیکی طراحی و آزمایش شوند.
سیستم دوقلوهای دیجیتال می‌تواند برای کمک به عملیات تعمیر و نگهداری ساختمان‌ها و دیگر سیستم‌ها استفاده شوند. دوقلوی دیجیتال یک مدل مجازی از یک ساختمان را می‌تواند بازسازی کند و اطلاعات مربوط به ساختار واقعی را از طریق سنسورها ، هواپیماهای بدون سرنشین و سایر فناوری‌های بی‌سیم جمع‌آوری کند.
دوقلوی دیجیتال به‌طور مداوم از منابع مختلف ، از جمله تجزیه‌وتحلیل پیشرفته ، الگوریتم‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (AI) یاد می‌گیرد تا دید کلی در مورد عملکرد ، بهره‌برداری یا سودآوری یک پروژه ، اعم از ساخته‌شده یا در حال ساخت را به دست آورد.
از دوقلوی دیجیتال می‌توان برای انجام آزمایش‌ها به دست آوردن واکنش‌ها و ثبت وقایع و تجربیات بدون اینکه روی شی مربوطه تأثیر خاصی بگذارد، استفاده کرد.
با استفاده از سیستم دوقلوی دیجیتال می‌توان از داده‌های قبل استفاده کرد و اطلاعات را با گذشته مقایسه نمود و مثلاً میزان انحراف قسمت‌های مختلف یک بنای تاریخی را بررسی کرد.
دوقلوی دیجیتال به‌طور مداوم از منابع مختلف، از جمله تجزیه‌وتحلیل پیشرفته ، الگوریتم‌های یادگیری ماشین و هوش مصنوعی (AI) یاد می‌گیرد تا دید کلی در مورد عملکرد ، بهره‌برداری یا سودآوری یک پروژه ، اعم از ساخته‌شده یا در حال ساخت را به دست آورد.
از دوقلوی دیجیتال می‌توان برای انجام آزمایش‌ها به دست آوردن واکنش‌ها و ثبت وقایع و تجربیات بدون اینکه روی شی مربوطه تأثیر خاصی بگذارد، استفاده کرد.
با استفاده از سیستم دوقلوی دیجیتال می‌توان از داده‌های قبل استفاده کرد و اطلاعات را با گذشته مقایسه نمود و مثلاً میزان انحراف قسمت‌های مختلف یک بنای تاریخی را بررسی کرد.
از دیگر کاربردها فناوری دوقلو دیجیتال می‌توان به موارد دیگری نیز اشاره کرد:
توسط دوقلوی دیجیتال می‌توان با نگاه به شکل و ساختار زمین و ساختمان‌ها امکان پیش‌بینی سیل را بررسی کرد.
همچنین می‌توان مسیرهای تخلیه و خروج اضطراری و دستورالعمل‌های آن را بررسی کرد.
همچنین توسط داده‌های پویا سیستم دوقلوی دیجیتال می‌توان بررسی کرد که اتوبوس‌ها در سفرها به چه میزان شلوغ می‌شوند.
همچنین می‌توان با نظارت بر جمع‌آوری زباله، نقاط بازیافت، آب آشامیدنی و فضای سبز توسعه‌ای پایدار را رقم زد.
دوقلو دیجیتال چگونه کار می‌کند؟
دوقلو دیجیتال زندگی خود را با متخصصان، اغلب کارشناسان علوم داده یا ریاضی کاربردی، آغاز می‌کند. این توسعه‌دهندگان شرایط فیزیکی را بررسی می‌کنند که در آن شیء یا سیستم فیزیکی می‌تواند به‌عنوان یک الگو قرارگیرد و از داده‌های آن برای توسعه یک مدل ریاضی استفاده کرد وبه واقع شبیه‌سازی دنیای واقعی در فضای دیجیتال اتفاق می‌افتد.
اگر یک دوقلوی دیجیتال بتواند بهبود یا تغییرات را بر اساس داده‌های جمع‌آوری‌شده پیشنهاد کند، عالی خواهد بود. اما به کجا ختم می‌شود؟آیا ممکن است دوقلوی دیجیتال به‌تنهایی خود را به حال خود رها کند؟
دوقلوهای دیجیتال و IoT
یکی از مهم‌ترین دلایل وجود سیستم‌های همزاد دیجیتال یا دوقلو دیجیتال، استفاده در سیستم‌های IoT است . دوقلوهای دیجیتال می‌تواند برای پیش‌بینی نتایج مختلف بر اساس داده‌های متغیر نیز استفاده شود . همان‌طور که در بالا اشاره شد می‌توان در بخشی از شهر هوشمند از دوقلوی دیجیتال در پیش‌بینی سیل استفاده کرد.
با استفاده از نرم‌افزارهای جدید و تجزیه‌وتحلیل داده‌ها، دوقلوهای دیجیتال می‌توانند یک سیستم IoT را تقویت کند و برای حداکثر کارآیی بهینه‌سازی نماید، همچنین می‌تواند به طراحان کمک کنند تا قبل از اینکه آنها به‌صورت فیزیکی اشیا را به‌کارگیرند، چگونگی حرکت آنها را مشخص کنند.
فروشندگان دوقلوی دیجیتال
ساخت یک دوقلوی دیجیتالی پیچیده است و هنوز هیچ پلتفرم استاندارد برای انجام این کار وجود ندارد. ایان اسکرت، مشاور متخصص در این زمینه که دارای تاریخچه طولانی درزمینهٔ سیستم منبع باز است، طرح کلی یک پلت فرم دوقلوهای دیجیتال را پیشنهاد کرده است.
در مقایسه با بسیاری از فن‌آوری‌های در حال ظهور، پیشنهاد‌های تجاری دوقلو تجاری در واقع از برخی از بزرگ‌ترین شرکت‌ها در این زمینه می‌آیند. به‌عنوان‌مثال، GE، که تکنولوژی دوقلوی دیجیتال را به‌عنوان بخشی از فرآیند تولید موتور جت خود توسعه داده است، در حال حاضر تخصص خود را به مشتریان ارائه می‌دهد.
همچنین شرکت زیمنس ، یکی دیگر از غول‌های صنعتی که به‌شدت در تولید دخیل هستند دوقلوی دیجیتال را به‌عنوان بخشی از IoT خود به فروش می‌رساند، همچنین شرکت مایکروسافت پلتفرم دوقلو دیجیتال خود را تحت مجموعه‌ی Azure ارائه می‌دهد.
دوقلو دیجیتال در مقابل دوقلو پیش‌بینی
Deepak Puri یکی از نویسندگان شبکه جهانی در نوامبر 2017، نمونه‌ای از ابزار دیجیتال دوگانه اوراکل را معرفی کرد که کاربران را با دو گزینه – دوقلوی دیجیتال و دوقلوی پیش‌بینی روبرو می‌کرد.
دوقلوی دیجیتال می‌تواند شامل توضیحات دستگاه‌ها، رندر 3D و جزئیات مربوط به تمام سنسورها در دستگاه باشد. این روش معمولی است که به‌طور دائم در حال بررسی سنسورها و حسگرهاست و داده‌های تولید از آن را تحلیل و شبیه‌سازی می‌کند.
Puri می‌نویسد: دوقلو پیش‌بینی درواقع مدل آینده سیستم دوقلوی دیجیتال است. این سیستم بر اساس داده‌های گذشته از دستگاه‌های دیگر است که می‌تواند خرابی‌ها و شرایط دیگری را که نیاز به توجه دارند شبیه‌سازی کند.”
مزایای دوقلوهای دیجیتال
دوقلوهای دیجیتال درواقع چیزی را ارائه می‌دهند که نیازهای بسیاری را رفع می‌کند. با استفاده از این تکنولوژی تعدد زمان‌های تعمیرو نگهداری بسیار کاهش می‌یابد. مثلاً شرکت Chevron از تکنولوژی دوقلوی دیجیتال درزمینهٔ های نفت و پالایشگاه خود استفاده می‌کند و انتظار می‌رود میلیون‌ها دلار هزینه‌های تعمیر و نگهداری تجهیزات در این شرکت کمتر شود. شرکت زیمنس به‌عنوان یکی از شرکت‌های پیشرو در این زمینه می‌گوید که استفاده از دوقلوهای دیجیتال برای مدل‌سازی و نمونه‌سازی اشیائی که هنوز تولید نشده‌اند، بسیار کاربردی است و می تواند نقایص محصول را کاهش داده و زمان ارائه آن به بازار را سریع‌تر کند .
کاربرد دوقلوی دیجیتال برای دیتاسنتر و مراکز داده
Facility Facilities اولین شرکت نرم‌افزاری است که دوقلوی دیجیتال را در دیتاسنتر پیاده‌سازی می‌کند.
دوقلوی دیجیتال دیتاسنتر یک ماکت مجازی 3 بعدی از مرکز داده‌های شما است که شامل زیرساخت کل تجهیزات و تجهیزات IT می‌شود. این پیاده‌سازی فرآیند کامل ساخت دیتاسنترها ومرکز داده ها ، از طراحی تا عملیات ، را قبل از ساخت ارائه می‌نماید و شمارا قادر می‌سازد تا قبل از اجرا هر عملیاتی، تأثیر هرگونه تغییر در مرکز داده خود را پیش‌بینی کنید.
ارزش دوقلوهای دیجیتالی در توانایی این تکنولوژی برای پیش‌بینی نتیجه آینده بر اساس شرایط امروزی نهفته است. از طریق توانایی‌های تکنولوژی دوقلوی دیجیتال می‌توان برای پیش‌بینی نتیجه آینده استفاده کرد و اتفاقات و اقدامات احتمالی را قبل از راه‌اندازی بررسی کرد. این روش پیش‌بینی با شبیه‌سازی مبتنی بر شرایط اصلی انجام می‌پذیرد. بدون شبیه‌سازی ، نمایش عملکرد واقعی جریان هوا در مرکز داده و پیش‌بینی دقیق نتیجه تغییر غیرممکن است.
مهندسین آموزش‌دیده از طریق بازدیدهای داخل سایت و نقشه‌های CAD ، دوقلوی دیجیتال را ایجاد می‌کنند. آنها لیست کاملی از تجهیزات IT درون رک ها را تهیه می‌کنند، شبکه برق را ترسیم می‌کنند و اجزای فیزیکی مرکز داده‌های شمارا دقیقاً از برق تا دما اندازه‌گیری می‌کنند.
هنگامی‌که داده‌های فیزیکی در نرم‌افزار وارد شد ،با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده از سایت به‌عنوان ورودی برای محاسبات استفاده می‌کنیم. این نرم‌افزار توزیع جریان هوا و دما را در همزاد دیجیتال محاسبه می‌کند.
