دوقلوهای دیجیتال: کلید توسعه محصول هوشمند

فناوری‌های دوقلوی دیجیتال می‌توانند به شرکت‌ها کمک کنند تا محصولات بهتر را در سریع‌ترین وقت ممکن تولید کرده و کار توسعه محصول را نیز متحول کنند. شرکت ها با توانایی خود در توسعه و عرضه محصولات جدید زندگی می کنند یا می میرند. در طول پنج سال آینده، ما تخمین می زنیم که حدود 30 تریلیون دلار درآمد شرکت ها به محصولاتی بستگی دارد که هنوز به بازار نرسیده اند.

با این حال، ایجاد محصولات جدید موفق روز به روز سخت تر شده و فشار برای پایین نگه داشتن هزینه های تحقیق و توسعه مانند همیشه بی امان است. برای ارائه دلیل قانع کننده به مشتریان برای خرید، محصولات به طور فزاینده ای نیازمند بهبود عملکرد و ویژگی هایی هستند که با فناوری های پیچیده و جدید ادغام شده باشند. همچنین مشتریان بیشتری انتظار دارند که محصولات نسل بعدی پایدارتر باشند و محدودیت‌های جدیدی در مورد انتخاب مواد و اجزاء، قابلیت تعمیر و ملاحظات پایان عمر ایجاد کنند.

در مقابل این پس‌زمینه، شرکت‌ها به دنبال بهبود قابلیت‌های توسعه محصول دیجیتال خود هستند و این فناوری‌ها را راهی برای سرعت بخشیدن به چرخه‌های طراحی و مهندسی و در عین حال کاهش هزینه‌ها از طریق بهینه‌سازی فرآیند تحقیق و توسعه می‌دانند. در یک نظرسنجی، 75 درصد از مدیران توسعه محصول گفتند که دیجیتالی شدن بیشتر برای آنها یک اولویت کلیدی است.

رویکردهای توسعه محصول دیجیتال به سرعت در حال تکامل بوده و بر پیشرفت در قدرت محاسباتی، رویکردهای تحلیلی و هوش مصنوعی تمرکز دارند. در این راستا ظهور دوقلوهای دیجیتالی موجب شده تا صنایع کپی دیجیتالی محصولات فعلی یا آینده که می توانند تمام ویژگی های همتایان فیزیکی خود را شبیه سازی کنند را در اختیار داشته باشند. تعامل یا تغییر یک محصول در یک فضای مجازی می تواند سریعتر، آسان تر و ایمن تر از انجام این کار در دنیای واقعی باشد.

رهبران توسعه محصول از دوقلوهای دیجیتال انتظار دارند که فرآیندهای توسعه محصول را تسریع و همزمان با کاهش هزینه ها نتایج را بهبود بخشند. آنها برای سرمایه گذاری در این مفهوم عجله داشته به طوری که پیش بینی می شود بازار جهانی فناوری های دوقلو دیجیتال در پنج سال آینده سالانه حدود 60 درصد رشد کرده و تا سال 2027 به 73.5 میلیارد دلار برسد.

در این مقاله، نحوه استفاده و عواملی را که زیربنای یک استراتژی موفق از دوقلوهای دیجیتال در صنعت امروز هستند را بررسی و در مورد تکامل آینده این فناوری تاثیرگذار بحث خواهیم کرد.

مفهوم دوقلوی دیجیتال

یک دوقلوی دیجیتال یک کپی مجازی از رفتار یک سیستم در محیط عملیاتی آن است. این سیستم، که ممکن است یک محصول، یک فرآیند تولید، یا حتی یک زنجیره تامین کامل باشد، با مجموعه‌ای از مدل‌های دیجیتال نشان داده می‌شود. دوقلوهای دیجیتال انواع مختلفی از مدل ها را ترکیب و داده ها را از چندین منبع پردازش می کنند، این امر به آنها اجازه داده تا تقریب بهتری از یک شی واقعی نسبت به رویکردهای شبیه سازی سنتی ارائه دهند.

دوقلوهای دیجیتالی محصول را می توان با سه بعد کلیدی مشخص کرد: سطح مدل سازی و پیچیدگی داده به کار گرفته شده، محدوده فیزیکی دوقلو، و بخش هایی از زنجیره ارزش که آن را در بر می گیرد (جدول).

دوقلوهای دیجیتال می توانند در سطوح فزاینده ای از گنجاندن زنجیره ارزش، دامنه و پیچیدگی عمل کنند.

زنجیره ارزش	مهندسی: از تعریف محصول گرفته تا اعتبارسنجی و عرضه برای ساخت	تولید: شامل یک محصول، سیستم ها و اجزای آن است	خدمات: شامل فروش محصول تا پایان عمر و بازیافت
محدوده	مولفه: عنصر منفرد و ساده در یک محصول	سیستم: ترکیبی از مؤلفه هایی که برای انجام یک عملکرد خاص با یکدیگر تعامل دارند	محصول: محصول کامل متشکل از تمامی سیستم ها و زیرسیستم ها
پیچیدگی	پایه داده ها: پیوند داده ها از منابع مختلف	شبیه سازی سنتی: استفاده از ابزارهای شبیه سازی برای انجام تجزیه و تحلیل عملکرد طراحی	اصلاح طراحی خودکار: استفاده از تجزیه و تحلیل پیش‌بینی‌کننده و فناوری یادگیری ماشینی برای اجرای اصلاحات شبیه‌سازی خودکار و تولید خودکار نتایج بهینه	پیوند دنیای واقعی حلقه بسته: استفاده از چندین مدل شبیه‌سازی پیشرفته که به طور پویا به محیط‌های در حال تغییر واکنش نشان می‌دهند، که به طور منظم با داده‌های دنیای واقعی از تولید و آزمایش تزریق می‌شوند.

 

همانطور که سازمان‌ها در حال یادگیری ساخت و استفاده از دوقلوهای دیجیتالی هستند، هر یک از این ابعاد را طی کرده و از ساده‌ترین آنها شروع می‌کنند. دامنه یک دوقلوی دیجیتال اولیه ممکن است یک جزء منفرد و حیاتی بوده و فقط در یک منطقه از زنجیره ارزش اعمال شده، در حالی که دوقلوهای بعدی ممکن است محصول را در تولید و استفاده شبیه‌سازی کنند.

دوقلوهای دیجیتال امروزی

در صنایع پیشرفته، داده‌های نظرسنجی نشان می‌دهد که تقریباً 75 درصد از شرکت‌ها قبلاً از فناوری‌های دوقلو دیجیتال استفاده کرده‌ و حداقل به سطوح متوسطی از پیچیدگی دست یافته‌اند، با این حال بین بخش ها اختلاف معنا داری وجود دارد. به نظر می‌رسد که امروزه فعالان صنعت خودروسازی، هوافضا و دفاع در استفاده از دوقلوهای دیجیتال پیشرفته‌تر هستند، در حالی که بازیگران لجستیک، زیرساخت‌ها و انرژی احتمالاً اولین مفاهیم دوقلو دیجیتال خود را توسعه می‌دهند.

یکی از شرکت‌های بزرگ هوافضا در حال توسعه یک سیستم بهینه‌سازی هندسه مبتنی بر یادگیری ماشینی است که می‌تواند هزاران پیکربندی مختلف را با سرعت بالا شبیه‌سازی کرده تا کاهش وزن، بهبودهای آیرودینامیکی و سایر مزایای عملکرد را شناسایی کند. یک شرکت نرم افزاری اروپایی در حال ساخت یک مدل چندفیزیکی از قلب انسان است تا از توسعه دارو و تجهیزات پزشکی پشتیبانی کند.

در ایالات متحده، یک شرکت خودروسازی در حال ساخت سیستمی است که می تواند تمام تنظیمات نرم افزاری و سخت افزاری را که ارائه می دهد، مدل کند. از این سیستم برای شبیه سازی تأثیر پیشرفت های طراحی قبل از تحویل به مشتریان به عنوان به روزرسانی های خارج از هوا استفاده می شود. در بخشی دیگر یک شرکت صنعتی چندملیتی ایالات متحده در حال توسعه مدل‌های چندفیزیکی توربین‌ها است تا امکان پیش‌بینی ساییدگی در زمان واقعی، تنظیم دقیق عملکرد و بهینه‌سازی خروجی در برابر عمر سرویس و هزینه کل مالکیت را فراهم کند.

این شرکت ها و سایر پیشگامان دوقلوی دیجیتال چهار انگیزه اصلی برای سرمایه گذاری خود در این فناوری را ذکر می کنند.

1. دوقلوهای دیجیتال یک محیط توسعه محصول بدون ریسک را فراهم کرده و به تیم های طراحی و مهندسی امکان می دهند گزینه های طراحی بیشتری را بدون هزینه مرتبط با تولید و آزمایش نمونه های اولیه فیزیکی کشف کنند.
2. دوقلوهای دیجیتال با اجازه دادن به راه حل های جدید در طیف گسترده ای از سناریوهای زندگی ، از جمله شرایط عملیاتی غیرمعمول و شدید ، آزمایش و اعتبار سنجی را بهبود می بخشند.
3. دوقلوهای دیجیتال بینش عمیق تری در مورد رفتار محصول ارائه می دهند. مهندسان می توانند از مدل های دوقلو دیجیتال برای نظارت بر وضعیت هر بخشی از سیستم در هر زمان و برای ردیابی تعامل پیچیده بین عناصر محصول استفاده کنند.
4. دوقلوهای دیجیتال به داده های دنیای واقعی اجازه داده تا با شبیه سازی تأثیر تغییرات طراحی پیشنهادی بر داده های جمع آوری شده از محصولات عملکردی، موجل بهبود محصول شوند.

مکالمات ما با رهبران ارشد تحقیق و توسعه نشان داده که دوقلوهای دیجیتال در حال حاضر تفاوت معنی داری بر عملکرد توسعه محصول ایجاد می کنند. بر این اساس آنها زمان توسعه کل را برای برخی از کاربران 20 تا 50 درصد کاهش داده که این مسیر موجب کاهش هزینه ها شده است. برای برخی دیگر، آنها تعداد نمونه های اولیه تولیدی را که گران قیمت هستند، اغلب از دو یا سه به یک کاهش داده اند. از آنجا که کار تأیید و پذیرش مشتری می تواند در یک محیط مجازی انجام شود ، برخی از شرکت ها گزارش می دهند که محصولات هنگام ورود به تولید 25 درصد از کیفیت کمتری برخوردار هستند، اما امروزه با وجود دوقلوهای دیجیتال آنها شانس بالاتری برای موفقیت تجاری دارند. این شرکت ها به لطف ویژگی های بهتر ، کیفیت بالاتر و بهبود رضایت مشتری ، 3 تا 5 درصد بیشتر از محصولات مبتنی بر دوتایی دیجیتال را گزارش کرده اند. سرانجام ، یک دوقلوی دیجیتالی که در طول توسعه محصول ایجاد شده می تواند به شرکت ها اجازه دهد طیف وسیعی از خدمات پس از فروش، از جمله نگهداری پیش بینی کننده و بهینه سازی عملکرد ضمن خدمت را ارائه دهند. این می تواند در برخی از دسته بندی محصولات 5 تا 10 درصد درآمد را افزایش دهد.

یک روش جدید کار

ادغام فناوری دوقلوی دیجیتال در مراحل اولیه توسعه محصول به شرکت‌ها اجازه داده تا فرآیندهایی را اتخاذ کنند که عملکرد را تسریع‌، نتایج را بهبود و فاصله آنها با مشتریان را کاهش دهد. به عنوان مثال، طراحی محصولات پیچیده و بسیار سفارشی شده مانند ماشین آلات برای تولید پیشرفته را در نظر بگیرید. چنین محصولاتی به طور معمول به صورت یک طرفه یا در حجم بسیار کوچک ساخته شده و هر واحد نیاز به ورودی مهندسی قابل توجهی دارد. با استفاده از روش‌های مهندسی مرسوم، عدم وجود نمونه‌های اولیه به این معنی است که این محصولات اغلب پس از تحویل به کار قابل توجهی برای رفع مشکلات و بهینه‌سازی عملکرد نیاز دارند.

در مقابل، یک شرکت با یک پلتفرم دوقلوی دیجیتال قوی، می‌تواند شبیه‌سازی‌های کامل محصول را در یک محیط مجازی قبل از امضای هر طرح پیشنهادی توسط مشتری انجام دهد. از آنجایی که ماشین‌های پیچیده معمولاً از ترکیبی از عناصر موجود و جدید مهندسی شده استفاده می‌کنند، شرکت‌ها می‌توانند با بهره مندی از  کتابخانه‌ای از مدل‌های دیجیتالی دوقلو، اجزای کلیدی را نگهداری کرده و آنها را با مدل‌های قطعات جدید ترکیب کرده تا یک دوقلوی دیجیتال کامل ایجاد کنند. از این دوقلو می توان برای نشان دادن راه حل پیشنهادی برای مشتری استفاده و تأیید کرد که طراحی جدید نیازهای آنها را برآورده می کند.

پذیرش دوقلو: غلبه بر چالش ها

ساختن یک پلتفرم دوتایی دیجیتال مشکل است. پذیرندگان اولیه چالش‌هایی را در مورد ادغام فناوری‌های دوقلو دیجیتال در محیط توسعه محصول موجود و زیرساخت‌های فناوری اطلاعات گسترده‌تر گزارش می‌کنند. دوقلوهای دیجیتال همچنین به روشهای جدیدی هم در توابع تحقیق و توسعه و هم فراتر از آنها برای کار نیاز دارند. این بدان معناست که یک برنامه دیجیتالی موفق یک تلاش مدیریت تغییر است که نیازمند تعهد و پشتیبانی مدیریت ارشد و یک تیم مدیریت برنامه قوی برای ردیابی نقاط عطف، توسعه فرآیندهای جدید و حمایت از پذیرش آنها توسط سازمان است.

برای غلبه بر این موانع بالقوه ، شرکت ها می توانند یک رویکرد مرحله ای را برای پذیرش دوقلو دیجیتال اتخاذ کنند. سه مرحله اول به چالش های فناوری انتخاب پلت فرم، طراحی معماری و ادغام پرداخته و مراحل بعدی بر تحول سازمانی مورد نیاز برای پشتیبانی از فرآیندهای جدید و شیوه های کاری متمرکز است.

در مرحله هوش رقابتی و محدوده، سازمان انواع راه حل های دیجیتال دوقلو موجود در بخش خود را شناسایی کرده و ارزش بالقوه ارائه شده توسط هر نوع را تخمین می زند. این کار، که شامل یک فرو رفتن عمیق در برنامه های کاربردی دیجیتال دوقلو در شرکت های دیگر است، همچنین به سازمان کمک کرده تا چارچوبی برای سفر تحول خود ایجاد کند.

در مرحله طراحی معماری و تعریف پشته نرم افزار، سازمان اجزای نرم افزاری خاص و روابطی را که برای برآورده کردن جاه طلبی های دیجیتالی دوقلو خود به آن نیاز دارد، شناسایی می کند. این امر یک پشته نرم افزاری را طراحی کرده که قابلیت های مربوطه را با استفاده از ترکیبی از ابزارهای طراحی دیجیتال موجود و عناصر جدید فراهم می کند. در این موضوع باید تصمیم گیری شود که آیا این عناصر باید در خانه تهیه شده یا از یک ارائه دهنده داخلی خریداری شوند.

در مرحله توسعه نرم افزار، سازمان فرآیندها و قابلیت های مورد نیاز خود را برای توسعه، ادغام و راه اندازی پلتفرم دوقلوی دیجیتال خود توسعه خواهد داد.

این سه مرحله به کارکنانی با طیف وسیعی از مهارت‌های تخصصی، از جمله مهندسان سیستم برای تعریف الزامات و تحلیلگران برای توسعه مدل نیاز دارد. در نقطه اوج، یک تیم توسعه پلتفرم دیجیتال ممکن است حدود 50 نفر را درگیر کند.

برای ادغام فناوری دوتایی دیجیتال در سازمان، شرکت ها می توانند یکی از این سه مدل را انتخاب کنند:

1. تیم دیجیتال دوقلو می‌تواند به‌عنوان یک واحد تجاری مجزا تشکیل شده که مسئول ایجاد مجموعه‌ای متمایز از دارایی‌های دیجیتالی است که در کنار دارایی‌های فیزیکی مربوطه فروخته می‌شوند.
2. تیم دیجیتال دوقلو می تواند در یک واحد تجاری موجود، با تمرکز بر توسعه و پشتیبانی از برنامه های کاربردی مرتبط با محصولات آن کسب و کار، ادغام شود. این رویکرد می‌تواند در دو حالت اتخاذ شود، در وهله نخست برای کسب تجربه با دوقلوهای دیجیتال و در حالت دوم برای مواردی که هم‌افزایی محدود بین واحدهای تجاری برای ایجاد تیم دوقلوی دیجیتال به عنوان یک واحد مجزا، ارزش اضافی کمی را برای سازمان به ارمغان آورد.

در نهایت، تیم دیجیتال دوقلو می‌تواند به‌عنوان یک مرکز برتر مجزا عمل کرده که از توسعه برنامه‌های کاربردی در واحدهای تجاری موجود پشتیبانی می‌کند. این رویکرد به شرکت ها کمک می کند تا ضمن اطمینان از فرآیندهای مداوم و مؤلفه های فناوری ، تلاش های دوقلوی دیجیتالی خود را به سرعت مقیاس دهند.

نتیجه

دوقلوهای دیجیتال به شرکت های تولید کننده کمک کرده تا در پیشرفت های اخیر هوش مصنوعی و اینترنت اشیا سرمایه گذاری کنند. همانطور که این فناوری ها اخیرا به پیشرفت سریع خود ادامه می دهند، می توان انتظار داشت که دوقلوهای دیجیتال به طور موازی تکامل پیدا کنند. این امکان پذیر است که دوقلوهای دیجیتال به زودی قادر به جستجوی فعالانه برای بینش های جدید باشند، مانند تغییر تنظیمات حسگرها و سخت افزار اکتساب نصب شده روی محصولات. آنها می توانند از این داده ها برای اصلاح مدل های خود و ایجاد بینش جدید برای تولید کنندگان و کاربران استفاده کنند. تعامل بین دوقلوهای دیجیتال شبیه‌سازی محیط‌های بسیار پیچیده، مانند عملیات بندرهای کشتیرانی، سیستم‌های حمل‌ونقل شهری، یا زنجیره‌های تامین مهندسی چندجانبه را ممکن می‌سازد. در نهایت، پیش بینی می شود در آینده نزدیک شاهد ظهور دوقلوهای دیجیتالی خواهیم بود که قادر به یادگیری از تجربیات خود، شناسایی فرصت‌ها و ارائه پیشنهادهای بهبود محصول به طور کاملا مستقل هستند.