التوئمة الرقمية في التصنيع

التوائم الرقمية في التصنيع: ثورة في الصناعة

1.مقدمة

• تقوم التوائم الرقمية بتحويل صناعة التصنيع من خلال توفير تمثيلات افتراضية في الوقت الحقيقي للأصول المادية والعمليات والأنظمة. تتيح هذه التكنولوجيا للمصنعين تحسين العمليات، وتوقع احتياجات الصيانة، وتحسين جودة المنتج. في هذا الدليل الشامل، سنستكشف مفهوم التوائم الرقمية، وفوائدها، وتطبيقاتها، ودراسات الحالة، وأفضل الممارسات، والاتجاهات المستقبلية.

2.فهم التوائم الرقمية

• ما هو التوأم الرقمي؟

التوأم الرقمي هو بالفعل تمثيل افتراضي لشيء مادي أو نظام أو عملية. يستفيد من البيانات في الوقت الحقيقي من المستشعرات وأجهزة إنترنت الأشياء ومصادر أخرى لإنشاء نموذج ديناميكي يعكس سلوك الكيان المادي وأدائه وظروفه. وهذا يسمح بإجراء محاكاة متقدمة، وصيانة تنبؤية، وتحسين العمليات.

• التاريخ والتطور

نشأ مفهوم التوائم الرقمية في صناعة الطيران، ولكنه توسع منذ ذلك الحين ليشمل قطاعات متنوعة، بما في ذلك التصنيع. لقد سرعت تطورات الصناعة 4.0 من اعتماد التوائم الرقمية.

3.فوائد التوائم الرقمية في التصنيع

• تحسين الكفاءة والإنتاجية

• • تتيح التوائم الرقمية للمصنعين تحديد نقاط الاختناق وتحسين العمليات من خلال محاكاة سيناريوهات مختلفة دون interrupting الإنتاج.
  • يمكنهم تعزيز فعالية المعدات الشاملة (OEE) والإنتاجية بشكل كبير بعدة طرق:
  • • الصيانة التنبؤية: من خلال مراقبة حالة المعدات بشكل مستمر، يمكن للتوائم الرقمية التنبؤ بالفشل المحتمل قبل حدوثه. هذا يقلل من وقت التوقف وتكاليف الصيانة، مما يضمن تشغيل الآلات بكفاءة قصوى.
      
    • الكفاءة التشغيلية: توفر التوائم الرقمية رؤى في الوقت الحقيقي حول عمليات التصنيع، مما يسمح بتحديد وإزالة عدم الكفاءة. يؤدي ذلك إلى عمليات أكثر سلاسة وزيادة في الإنتاجية.
      
    • تحسين خطوط الإنتاج: يمكن للتوائم الرقمية محاكاة سيناريوهات مختلفة لتحديد نقاط الاختناق وتحسين تدفق المواد والمنتجات. يساعد ذلك في تحقيق عملية إنتاج أكثر كفاءة.
      
    • تحسين اتخاذ القرار: من خلال المحاكاة التفصيلية والبيانات في الوقت الحقيقي، يمكن للمصنعين اتخاذ قرارات مستنيرة بشأن تحسينات العمليات والتعديلات. تعزز هذه المعايرة الديناميكية للآلات والأنظمة الإنتاجية العامة.
      
    • مراقبة الجودة: تتيح التوائم الرقمية النمذجة والاختبار الافتراضي، مما يضمن مراقبة جودة متسقة ويقلل من الوقت والتكلفة المرتبطة بالنمذجة التقليدية.

• خفض التكاليف

• • الصيانة التنبؤية: من خلال استخدام البيانات في الوقت الحقيقي للتنبؤ بموعد احتياج المعدات للصيانة، تساعد التوائم الرقمية في تجنب الأعطال غير المتوقعة وتقليل فترات التوقف. تقلل هذه المقاربة الاستباقية من تكاليف الإصلاح وتطيل عمر الآلات.
    
  • العمليات المحسّنة: تتيح التوائم الرقمية محاكاة سيناريوهات تشغيلية مختلفة للعثور على أكثر العمليات كفاءة. تقلل هذه التحسينات من الهدر، وتحسن استخدام الموارد، وتخفض التكاليف التشغيلية.
    
  • تحسين تصميم المنتج: يتيح النمذجة الافتراضية باستخدام التوائم الرقمية إجراء اختبارات شاملة وتحسين التصاميم قبل الإنتاج الفعلي. وهذا يقلل من التكاليف المرتبطة بالنماذج الأولية المادية ويسرع دورة التطوير.
    
  • كفاءة الطاقة: من خلال مراقبة وتحليل استهلاك الطاقة في في الوقت الحقيقي، يمكن للتوائم الرقمية تحديد المناطق التييمكن تقليل استهلاك الطاقة، مما يؤدي إلى توفير كبير في تكاليف المرافق 
  • إدارة سلسلة الإمداد: يمكن للتوائم الرقمية نمذجة وتحسين عمليات سلسلة الإمداد، مما يقلل من تكاليف المخزون، ويحسن اللوجستيات، ويقلل من التأخيرات.

• صنع القرار المعتمد على البيانات

• • من خلال البيانات الشاملة والمحاكاة، توفر التوائم الرقمية رؤى قيمة تدعم اتخاذ قرارات أفضل. وهذا يؤدي إلى استراتيجيات أكثر فعالية وحلول موفرة للتكاليف.

• مراقبة الجودة

• • يضمن الرصد المستمر والمحاكاة جودة المنتج المتسقة من خلال تحديد العيوب قبل حدوثها.

• تخفيف المخاطر

• • يساعد محاكاة سيناريوهات مختلفة الشركات المصنعة على توقع المخاطر والتخفيف منها، مما يقلل من وقت التوقف المحتمل والأخطاء المكلفة.

4. تطبيقات التوائم الرقمية في التصنيع

• الصيانة التنبؤية

• • تقوم التوائم الرقمية بالتقاط البيانات من المستشعرات بشكل مستمر، مما يوفر رؤى حول حالة وأداء المعدات. يمكن استخدام هذه البيانات للتنبؤ بالأعطال قبل حدوثها.

• تحسين العمليات

• • يمكن للمصنعين تقييم وتعديل عمليات الإنتاج عبر الإنترنت دون التأثير على العمليات في الموقع.

• تطوير المنتج

• • تسريع الاختبار الافتراضي والتكرار لتطوير المنتجات، مما يؤدي إلى ابتكار أسرع وتقليل الوقت اللازم للوصول إلى السوق.

• تصوير سلسلة الإمداد

• • توفير رؤية شاملة لسلسلة الإمداد يُحسن من إدارة اللوجستيات والمخزون، مما يُعزز الكفاءة ويُقلل التكاليف.

5.دراسة حالة: مارس، إنكوربوريتد

• مقدمة

• • مارس، إنكوربوريتد هي رائدة عالمية في صناعات المواد الغذائية ورعاية الحيوانات الأليفة والحلويات. معروفة بعلاماتها التجارية الشهيرة مثل M&M's وSnickers وPedigree، بنت مارس سمعة للجودة والابتكار. تستكشف هذه الدراسة حالة أهداف مارس الاستراتيجية واستراتيجيات التسويق والتوازن بين الربح والهدف.
  • تطبيق المبادئ الخمسة توجه عمليات مارس من خلال مبادئها الخمسة، التي تعزز الجودة، والمسؤولية، والتبادلية، والكفاءة، والحرية. هذه المبادئ متأصلة في ثقافة الشركة وتوجه ممارساتها التجارية.
  • تقوم شركة مارس بالاستفادة من تقنية التوأم الرقمي لتحويل عملياتها التصنيعية بشكل كبير. إليك كيف طبقوا ذلك والتأثيرات التي أحدثها:

• تطبيق التوائم الرقمية على المريخ

• • مصنع المستقبل: تعاونت شركة مارس مع أكسنتشر لتطوير "مصنع المستقبل" باستخدام الذكاء الاصطناعي، والحوسبة السحابية، وتكنولوجيا الحافة، والتوائم الرقمية. بدأت هذه المبادرة بتجارب في أواخر عام 2020.
    
  • المراقبة في الوقت الحقيقي والتحليلات التنبؤية: تم استخدام التوائم الرقمية لإنشاء تمثيلات افتراضية لعمليات التصنيع. كانت هذه التوائم تغذي بيانات المستشعرات في الوقت الحقيقي إلى نماذج التحليلات التنبؤية، مما يسمح للمشغلين بمراقبة وضبط العمليات في الوقت الحقيقي.
    
  • تقليل الإفراط في التعبئة: كانت إحدى التطبيقات المحددة هي تقليل حالات الإفراط في تعبئة الحزم، وهي مشكلة شائعة في صناعة المواد الغذائية. قدم التوأم الرقمي رؤية شاملة لخطوط الإنتاج، مما مكن من إجراء تعديلات دقيقة.
    
  • التنفيذ العالمي: بعد التجارب الناجحة، وسعت شركة مارس استخدام التوائم الرقمية عبر عملياتها في الولايات المتحدة ووضعت حلولاً مماثلة لعملها في رعاية الحيوانات الأليفة في أوروبا والصين.
    

آثار التوائم الرقمية على المريخ

• • توفير التكاليف: من خلال تحسين عمليات الإنتاج وتقليل الفاقد، ساعدت التوائم الرقمية شركة مارس على تحقيق توفيرات كبيرة في التكاليف.
    
  • زيادة الكفاءة: لقد حسّنت الرؤى في الوقت الحقيقي والصيانة التنبؤية كفاءة عمليات التصنيع في مارس، مما قلل من فترات التوقف وزاد من الإنتاجية.
    
  • أهداف الاستدامة: لقد دعمت التكنولوجيا أيضًا شركة مارس في تحقيق أهداف الاستدامة، مثل تقليل استهلاك المياه وانبعاثات الغازات الدفيئة.
    
  • تحسين اتخاذ القرار: مع المحاكاة التفصيلية والبيانات في الوقت الفعلي، يمكن لمشغلي خطوط مصنع مارس اتخاذ قرارات أكثر اطلاعًا بسرعة، مما يعزز المرونة التشغيلية العامة.
    
  • قابلية التوسع: تخطط شركة مارس لتطبيق تقنية التوأم الرقمي على العشرات من حالات الاستخدام خلال السنوات القليلة المقبلة، مما يعزز فوائدها عبر العمليات العالمية.
    

باختصار، أدى تطبيق شركة مارس للتوائم الرقمية إلى تحسين الكفاءة، وتوفير التكاليف، واتخاذ قرارات أفضل، والتقدم نحو أهداف الاستدامة. إن الاستخدام الاستراتيجي لهذه التكنولوجيا يُعدّ شركة مارس لمستقبل التصنيع.

6.أفضل الممارسات لتنفيذ التوائم الرقمية

• حدد أهدافًا واضحة: حدد بوضوح الأهداف والغايات التي تسعى لتحقيقها من خلال الاستثمار في تكنولوجيا التوأم الرقمي وطور رؤية واضحة لمستقبل تكنولوجيا التوأم الرقمي في مؤسستك، ولكن تجنب الانشغال بالأشياء اللامعة.
• ضمان جودة البيانات: البيانات عالية الجودة ضرورية لإجراء محاكاة وتنبؤات دقيقة.
• التكامل مع الأنظمة الحالية: إن التكامل السلس مع الأنظمة والعمليات الحالية أمر حاسم للتنفيذ الناجح، بالإضافة إلى ضمان تكامل حلول التوأم الرقمي عبر الأقسام والأنظمة لتجنب البيانات والعمليات المعزولة.
• تكامل دورة الحياة: دمج التوائم الرقمية في جميع مراحل التصميم والبناء والتشغيل لتعظيم فوائدها
• المراقبة المستمرة والتحسين: راقب بانتظام أداء التوائم الرقمية وقم بإجراء التعديلات اللازمة لتحسين العمليات، بالإضافة إلى طرح أسئلة صعبة لتحدي تنفيذ التوائم الرقمية باستمرار بأسئلة صعبة لضمان تلبية احتياجات وأهداف مؤسستك.

7.الاتجاهات المستقبلية في التوائم الرقمية

• الدمج مع الواقع الممتد (XR): سيساهم دمج التوائم الرقمية مع تقنيات XR في تحسين التصور والتفاعل مع النماذج الافتراضية.
• التأكيد على الأثر البيئي: ستلعب التوائم الرقمية دورًا كبيرًا في تعزيز ممارسات التصنيع المستدام من خلال تحسين استخدام الموارد وتقليل الفاقد.
• تكامل الحوسبة الطرفية: ستتيح الحوسبة الطرفية معالجة البيانات بشكل أسرع وتحليلات في الوقت الحقيقي، مما يعزز قدرات التوائم الرقمية.

8.الخاتمة

• تُحدث التوائم الرقمية ثورة في صناعة التصنيع من خلال توفير رؤى في الوقت الحقيقي، وتحسين العمليات، وزيادة جودة المنتجات. مع استمرار تطور التكنولوجيا، ستصبح اعتماد التوائم الرقمية أمرًا أساسيًا بشكل متزايد للمصنعين الذين يسعون للبقاء تنافسيين في مشهد الصناعة 4.0. تُظهر شركة مارس، المدمجة، كيف يمكن للشركة أن توازن بين الربح والهدف من خلال التخطيط الاستراتيجي، والتسويق المبتكر، والالتزام بالاستدامة. من خلال الالتزام بقيمها ومبادئها الأساسية، تواصل مارس الازدهار في سوق تنافسية بينما تُحدث تأثيرًا إيجابيًا على المجتمع والبيئة.

9.المراجع

1. فهم الصناعة 4.0
2. Harnessing Industrial Data
3. Strategies to Maximize OEE
4. Top Technologies Driving Industry 4.0
5. Industry 4.0 Success Stories
6. The Future of Manufacturing
7. Predictive Maintenance
8. Best Practices for Digital Twins
9. Process Optimization
10. Supply Chain Visualization
11. https://pluto-men.com/digital-twins-in-manufacturing-benefits-usecase-examples/
12. https://nextgeninvent.com/blogs/benefits-of-digital-twins-in-manufacturing/
13. https://www.autodesk.com/blogs/design-and-manufacturing/2025/01/16/digital-twin-in-manufacturing/
14. https://www.nist.gov/publications/economics-digital-twins-costs-benefits-and-economic-decision-making
15. https://interscale.com.au/blog/benefits-of-digital-twins/
16. https://thecodework.com/blog/cost-of-implementing-digital-twin-solution/
17. https://newsroom.accenture.com/news/2022/accenture-collaborates-with-mars-to-develop-factory-of-the-future-using-ai-cloud-edge-and-digital-twins
18. https://www.cio.com/article/188793/mars-sweetens-supply-chain-with-digital-twin.html
19. https://wginc.com/5-best-practices-for-digital-twin-implementation/