Digital twin- تمت مراجعته

الكاتب عمر سليم

الآن، وبفضل التكنولوجيا يوجد لدينا التوأم الرقمي، فيمكن صنع شخص مماثل لك على الحاسوب ويدرس كل خطوة لك ويعطيك النتائج المستقبلية أو تمثيل افتراضي ديناميكي لمبنى أو أصل مادي، يمكن للشركات من خلاله فهم أداء أصولها بشكل أفضل، وإجراء تنبؤات، وإيجاد شركات جديدة تمكّن الدخل من تغيير وظيفتها في السوق، فهو تطور لنموذج البيم.

تاريخياً

في عام 1991، اقترح عالم الكمبيوتر Gelernter فكرة “Mirror Worlds”: نماذج تم إنشاؤها بواسطة الكمبيوتر في المناطق الحضرية حيث “تظهر المدينة بأكملها على شاشتك، في صورة واحدة كثيفة ومباشرة ونابضة ومليئة بالحركة ومتغيرة” (Gelernter, 1991 p30).

تستمد قيمة Mirror Worlds من قدرتهم على توفير وجهات نظر شاملة أو “رؤية أعلى” للمجموعة الحضرية الأوسع، مع تمكين المستخدم أيضًا من “الغوص بشكل أعمق” في البيانات مع الاحتفاظ بسياقه المكاني.

التوأم الرقمي ليس مفهومًا جديدًا!

كتب الدكتور Graves من جامعة ميشيغان University of Michigan أول منشور حول هذا الموضوع في 2002، تعمل وكالة ناسا منذ سنوات على النماذج الرقمية المعقدة التي تشكل نسخة طبق الأصل من الواقع، عندما ضربت الكارثة أبولو 13، استخدمت وكالة ناسا أنظمة النسخ المتطابق (سلف التوأم الرقمي) لحفظ مهمة Apollo 13، وفي الوقت الحالي تستخدم وكالة ناسا التوائم الرقمية لتطوير توصيات جديدة وخرائط مسارات والجيل التالي من المركبات الفضائية.

مثال

يوفر ViLo من CASA هذا النوع من الاستبصار من خلال دمج خريطة مخصصة ونظام التضاريس مع نماذج ثلاثية الأبعاد مفصلة للمباني التي يمكن تقديمها ديناميكيًا من قاعدة بيانات مخصصة الشكل (1)

ViLo: The Virtual London Platform by CASA (1)الشكل

يعمل التوائم الرقمي كجسر بين العالمين المادي والرقمي باستخدام أجهزة استشعار لجمع بيانات في الوقت الفعلي حول عنصر مادي، ثم يتم استخدام هذه البيانات لإنشاء نسخة مكررة من العنصر، مما يتيح فهمه أو معالجته أو تحسينه الشكل (2)

Digital twin بصفتها نسخة طبق الأصل للبيئة المادية، يمكن استخدام التوأم الرقمي بطرق متقدمة لأتمتة الأنظمة وتحسينها وتوصيلها – ناهيك عن تمكين الناس – في البيئة المضمّنة، وبعبارة أخرى التوائم الرقمية هي شريان الحياة الجديد للمباني الذكية في المستقبل.

Example of a dynamic data visualisation (2) الشكل

توفّر نمذجة معلومات البناء (BIM) منصّة مهمة لهذه الثورة البيئيّة المبنيّة، لكل بنية فيزيائية يتم إنشاء التوأم الرقمي Digital twin عندما يتقاطع هذا النموذج الافتراضي مع التخصصات الأخرى، مثل تحليلات البيانات، تتكاثر إمكانيات جديدة للابتكار، وبفضل انخفاض أسعار التكنولوجيا على شكل أجهزة استشعار منخفضة التكلفة وأجهزة متنقلة بأسعار معقولة، فإن وتيرة الابتكار تتسارع.

وفقًا لتقرير Gartner الأخير، فإن اتجاه “التوأم الرقمي” يقترب من “ذروة التوقع”، ماذا بعد؟ في غضون 5 إلى 10سنوات من المتوقع أن يصل الاتجاه إلى “هضبة الإنتاجية” الشكل (3)

الشكل(3) Gartner دورة الضجيج للتقنيات الناشئة 2018

التوائم الرقمية Digital twin هي تمثيلات رقميّة لأجسام العالم الحقيقي، وهي مبنيّة على مفهوم أن نماذج الأصول الافتراضيّة تتعايش وترتبط بأصول حقيقية، بعض الشركات تستخدم بالفعل التوائم الرقميّة، فهي تساعد على التحقق من أصول العالم الحقيقي والتنبؤ بالنتائج المختلفة بناءً على البيانات المتغيرة، مما يؤدي إلى تحقيق وفورات في الصيانة.

يجب على المزيد من الشركات إظهار الاهتمام والاستثمار في هذه التقنية، تقرير Gartner “أعلى 10 اتجاهات التقنية الاستراتيجية لعام 2019” يتنبأ: “بحلول عام 2020، نتوقع أنه سيكون هناك أكثر من 20 مليار جهاز استشعار ونقطة نهاية متصلة، وستتوفر التوائم الرقمية للملايين من الأشياء المحتملة، وستشمل الفوائد تحسين الأصول، والتمايز التنافسي وتحسين تجربة المستخدم في جميع الصناعات تقريبًا، بحلول عام 2021، الكثير من الشركات الصناعية الكبيرة ستستخدم التوائم الرقمية، مما سيؤدي إلى حصول تلك المنظمات على تحسن بنسبة 10٪ في الفاعلية. ”

تتوقع شركة Gartner أنه بحلول عام 2021، تم استخدام نصف الشركات الصناعية الكبيرة Digital Twins لتحسين نتائج البحث والتطوير، وهذا يسمح بتحقيق ضربة فعالة بنسبة 10 ٪ في قطاع العقارات، سوف يساعدك التوائم الرقمية قريبًا في الهندسة المعمارية والبناء، في النهاية أضافت التوائم الرقمية قيمة لكامل دورة حياة العقارات، أفترض أن شركة Digital Twins العقارية تستخدم أيضًا السنوات الخمس إلى العشر القادمة لتحسين إدارة الأصول العقارية ومرونتها وموثوقيتها وكفاءتها.

التوائم الرقميّة التي تتمتع بدورات حياة طويلة، مثل المباني والطائرات والسفن والمصانع والشاحنات والآلات الصناعية، حيث تمتد دورات حياة هذه التوائم إلى ما أبعد من طول عمر برمجيات التصميم المسجّلة، والتي تم على الأرجح استخدامها في إنشاء هذه التوائم ووسائل تخزين البيانات.

الشكل (تطور دورة الحياة)

يمكن للتطورات التكنولوجية المساهمة في مستقبل العقارات والمجتمع ونوعية الحياة، يملك القطاع العقاري الهولندي القدرة على اتخاذ قفزة ليصبح بيئة معيشية تقدمية دولية، واحدة من لبنات البناء لجعل هذه القفزة هو التوأم الرقمي، يستخدم القطاع العقاري نماذج 3D الرقمية منذ 2000، نحن نعلم الآن أن تكاليف الفشل أثناء عملية الإنشاء قد انخفضت بفضل التعاون بين عدة تخصصات.

التطور نحو توأم رقمي:

لإضفاء الحيوية على الأشياء العقارية، يمكننا تثبيت أجهزة استشعار متعددة يمكن جمع البيانات منها، يمكننا قياس أداء المبنى باستخدام خوارزميات التعلم الذاتي (الذكاء الاصطناعي) وتحليل البيانات، لحل المشكلات في وقت أقصر وخفض التكاليف، يتحول المبنى إلى مبنى ذكي ذو قيمة مضافة كبيرة.

الشكل (التوأم الرقمي – دورة حياة البيانات )

التوائم الرقميّة أيضًا تمكين الخطوة التالية، وهي التطوير نحو المباني سريعة الاستجابة، والتي ستُلبّي احتياجات ورغبات المستخدمين في الوقت الفعلي. يتم استخدام الإحصاءات من تحليل البيانات في المباني سريعة الاستجابة تلقائيًا لتحسين أداء المستخدم. على سبيل المثال، التحكُّم في التثبيت استنادًا إلى مستخدمين محدّدين، وتمكين الخدمات (وإرشادهم بشكل استباقي) للمستخدمين، تساعد التّقنية الرقميّة المزدوجة الشركات العقارية على فهم احتياجات العملاء بشكل أفضل ، مما يسمح بإجراء تحسينات أكثر ملاءمة على المنتجات والخدمات ونماذج القيمة التي تحسن بشكل كبير من تجربة العملاء.

وبمجرد احتضان التكنولوجيا بالكامل، يمكن أن يتغير تركيز الشركة وبنيتها بالكامل، ويقضيان على الأدوار القديمة، وينشئان أدوارًا جديدة، ويحتمل أن يولّدا تدفقات جديدة تمامًا للإيرادات.

نحو الإنترنت للتوائم الرقمية:

إذا قام مالك العقار بربط أشياء عقارية رقميّة “مستقلّة”، فسيتُم إنشاء إنترنت للتوائم الرقمية، سيتم تعزيز القدرة التّعليمية على المباني والأحياء والمدن كنظم متكاملة من خلال هذا، لأنه يمكن مراقبة البيانات وتحليلها في الوقت الفعلي، هذا يوفر نظرة قيّمة إلى المعيشة وصحة البيئات الحية والنظم الإيكولوجية، ويمكن بعد ذلك اختبار التعديلات مقدّماً حتى يمكن زيادة تأثير التحسينات.

خذ مدينة سنغافورة على سبيل المثال، سنغافورة وفرت على الإنترنت التوائم الرقمية للمدينة بحيث يمكن البحث والتحليل والتعديل في الوقت الفعلي من قبل العديد من أصحاب المصلحة من كل من الجهات العامة والخاصة، من خلال التنبؤات الأكثر كفاءة ودقة للتجارب المستقبلية، يمكن لسنغافورة أن تتوقع بشكل أفضل تخطيط الموارد الطبيعية أو تقديم الخدمات والمساهمة في نوعية حياة أكثر استدامة. سنغافورة كمدينة افتراضية هي تعاون بين القطاعين العام والخاص مما يتيح للمدينة إعادة ابتكار نفسها.

مثال آخر هو الرصيف تورونتو. يجمع هذا المشروع بين الأفضل في التصميم الحضري وأحدث التقنيات لمعالجة بعض أكبر التحديات للمدن؛ بما في ذلك استخدام الطاقة والقدرة على تحمل تكاليف السكن والنقل، ما يبدو أنه مفقود في الخطة هو استخدام التوائم الرقمية – فرصة ضائعة أو فرصة لمجتمعات الشركات الهولندية لاتخاذ قفزة؟

هناك أربعة مكونات رئيسية للتوأم الرقمي:

1. البيانات (مثل أنظمة البناء والبيانات الخارجية وبيانات المخطط)
2. الاستنتاج المنطقي (مثل نماذج AI / ML أو القواعد غير الخطية)
3. مؤشرات الأداء الرئيسية (مثل الكفاءة، الانبعاثات، صافي دخل التشغيل ومؤشرات السلامة)
4. السياق (مثل سلوك الساكن وسلوك النظام / الجهاز وسير العمل)

فقط عندما يتم تعيين هذه المكونات الرئيسية الأربعة بطريقة مجدية، يكون لدى المؤسسة توأم رقمي حقيقي.

مزايا استخدام التوائم الرقميّة في البناء:

الاستخدام الصحيح للتكنولوجيا يجعل العمليات دائمًا أكثر كفاءة، على سبيل المثال، التوائم الرقميّة، من خلال السّماح لعمليات المحاكاة بإمكانيّة تحمُّل الضّرر الناجم عن الكوارث الطبيعيّة والكوارث التي من صنع الإنسان، يمكن أن تساعد المواطنين على العيش حياة أكثر أمانًا،على سبيل المثال، في حالة البنى التحتية حيث من المفترض أن يكون هناك الكثير من الحركة، من خلال استخدام برنامج محاكاة المشاة، يمكننا أن نتوقع متى وأين سيكون هناك المزيد من الازدحام، من خلال إدخال التغييرات اللازمة في النموذج الرقمي للبنية التحتية، من الممكن تحقيق قدر أكبر من الأمان والكفاءة وخفض تكاليف التشغيل في بناء الأصول وصيانتها،

مزايا استخدام التوائم الرقمية في البناء كثيرة. بعضها مفصل أدناه:

الرصد المستمر لتقدُّم البناء:

تتحقق المراقبة الفعلية لموقع البناء عن طريق التوأم الرقمي من أن العمل المنجز يتوافق مع الخطط والمواصفات، من خلال التوائم الرقمية من الممكن تتبع التغييرات في نموذج ما حيث يتم إنشاؤه يوميًا وساعة وفي حالة حدوث أي انحراف، يمكن اتخاذ إجراء فوري. بالإضافة إلى ذلك، يمكن بسهولة التحقق من حالة الخرسانة أو التشققات في الأعمدة أو أي إزاحة للمواد في موقع البناء في التوأم الرقمي. تؤدي هذه الاكتشافات إلى عمليات تفتيش إضافية ويتم اكتشاف المشكلات بسرعة أكبر، مما يؤدي إلى حلول أكثر فعالية.

رقمنة المدينة:

قال Ingeborg Rocker، المهندس المعماري الشهير الذي تم تدريبه على برنامج Princeton ونائب رئيس مشروع EXPERIENCity ثلاثي الأبعاد: “لقد أدركنا أن هناك فجوة بين الأدوات المتاحة بشكل كلاسيكي للتخطيط والتصميم الحضري، وتلك الموجودة لدينا في المجالات الأخرى، ما بدأنا به هو الاستفادة الكاملة من محفظة Dassault Systémes من أجل تحليل قدرات المدينة مقابل احتياجات المدينة من أجل توسيع نطاق تفكيرنا في التحول الرقمي. ”

وقال جورج لوه George Luo ، مدير إدارة برامج المؤسسة الوطنية للبحوث بسنغافورة : “سنلتقط الحياة الافتراضية لسنغافورة”. على سبيل المثال، ستشمل البيانات الديموغرافية حول مكان معيشة المسنين، ومواقع الشركات ومراكز التسوق والمطاعم، وما هي جداول النقل.

“يمكن للناس الوصول إلى جميع هذه المعلومات وتفهمها، يمكن أن تخدم الوكالات الحكومية، ولكنها أيضًا يمكن أن تكون منصة يمكن للأشخاص من خلالها الوصول إلى بيانات محدودة ويمكنهم استخدام التطبيقات التي تجعل حياتهم أكثر راحة، يمكن للشركات أيضًا تقديم خدمات مستهدفة لعملائها، والمجموعة الأخيرة من أصحاب المصلحة هي الباحثين، الذين قد يكون لديهم أفكار أكثر من البيروقراطيين الحكوميين حول كيفية إنشاء تكنولوجيات وخدمات جديدة. ”

الاستخدام الأمثل للموارد:

تؤدي التوائم الرقميّة إلى تخصيص أفضل للموارد ومساعدة الشركات والحكومات على تجنب إضاعة وقت الانتاج في حركات غير مفيدة والتعامل مع المواد غير الضرورية، مع استخدام هذه التكنولوجيا، يمكن تجنب التخصيص المفرط كما أنه من الأسهل أيضًا التنبؤ بمتطلبات الموارد على الموقع ديناميكيًا.

حتى يمكن تتبع استخدام المعدات ويمكن إطلاق سراح غير المستخدمة في وظائف أخرى، هذا يوفر الوقت والمال.

و يمكن للمالكين والمشغلين استخدام التوائم الرقمية لخفض التكاليف وتجنب التكاليف المستقبلية وزيادة معدلات الإشغال وتحسين القيمة الإجمالية للأصول.

وينطبق الشيء نفسه في حالات الاستخدامات الأخرى – على سبيل المثال، المستشفيات الذكية. من خلال إنشاء التوأم الرقمي للمستشفى، يمكن لمسؤولي المستشفيات والأطباء والممرّضين الحصول على رؤية قوية في الوقت الحقيقي لصحة المرضى وسير العمل، باستخدام أجهزة استشعار لمراقبة المرضى وتنسيق المعدات والموظفين، توفر التوائم الرقمية طريقة أفضل لتحليل العمليات وتنبيه الأشخاص المناسبين في الوقت المناسب عند الحاجة إلى إجراء فوري.

مراقبة الأمن:

السلامة هي مصدر قلق كبير في مواقع البناء، تساعد التوائم الرقميّة، من خلال السّماح للشركات بتتبع الأشخاص والأماكن الخطرة في موقع البناء، في تجنب استخدام المواد والأنشطة غير الآمنة في المناطق الخطرة، بناءً على المعلومات في الوقت الفعلي، يمكن تطوير نظام إشعار مبكر يسمح لمدير الإنشاء بمعرفة وقت وجود عامل ميداني في منطقة غير آمنة. يمكن أيضًا إرسال إشعار إلى الجهاز المحمول للعامل لمنع حدوث خطر.

تُتيح التوائم الرقمية لمشغلي المباني الجمع بين الأنظمة غير المتصلة سابقًا – بدءًا من الأمان وحتى أنظمة التكييف والتهوية والتكييف وأنظمة ربط الطرق – لاكتساب رؤى جديدة وتحسين تدفق العمل ومراقبة العمليات عن بُعد.

ما هو مستقبل التوأم الرقمي؟

توفر التوائم الرقمية إمكانيات جديدة وملموسة في البيئة المبنية، يمكن استخدام التوائم الرقمية لتحسين الكفاءة وتحسين العمليات واكتشاف المشكلات قبل حدوثها والابتكار في المستقبل، يمكن استخدامها لإنشاء قيمة طويلة الأجل عن طريق حل المشكلات الكبيرة باستخدام نهج يركز على الأشخاص.

يقوم التوأم الرقمي بمعالجة الكثير من البيانات وإنشاء الكثير من المعلومات المفيدة، من خلال واجهات برمجة التطبيقات، يمكن أن تتعرض هذه المعلومات لمشغلي البناء، ولكن يمكن أيضًا أن تتعرض لأشخاص وخدمات حرجة أخرى – مثل المستجيبين الأوائل، وبهذه الطريقة، يحمل التوأم الرقمي الوعد بربط المباني الذكية بالمباني الذكية الأخرى وكذلك بالمدن الذكية.

أصبح التوأم الرقمي حقًا شريان الحياة للمباني الذكية، إنهم يفتحون مستقبل إنترنت الأشياء ويمكّنوا من مستقبل العمل الجديد.

إذا كانت مؤسستك مهتمة بإنتاج نتائج أعمال فائقة وتجربة مستأجرة ملهمة، فإن التوائم الرقمية تستحق الاستكشاف.PAGE_BREAK: PageBreak

المراجع

1. Delbrügger, T., Lenz, L.T., Losch, D. and Roßmann, J., 2017, September. A navigation framework for digital twins of factories based on building information modeling. In 2017 22nd IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA) (pp. 1-4). IEEE.
2. Dawkins, O., Dennett, A. and Hudson-Smith, A., 2018, January. Living with a Digital Twin: Operational management and engagement using IoT and Mixed Realities at UCL’s Here East Campus on the Queen Elizabeth Olympic Park’. GISRUK.
3. Patterson, E.A., Taylor, R.J. and Bankhead, M., 2016. A framework for an integrated nuclear digital environment. Progress in Nuclear Energy, 87, pp.97-103.