”معلومات الوزراء” يستعرض في تحليل جديد تقنية التوأم الرقمي واستخداماته في المجالات المختلفة

أصدر مركز المعلومات ودعم اتخاذ القرار بمجلس الوزراء، تحليلاً جديداً بعنوان 'تقنية التوأم الرقمي'، مشيراً إلى أنه في العقدين الأخيرين شهدت الشركات في جميع أنحاء العالم تطورات متلاحقة أكثر سرعة وتعقيدًا من ذي قبل، ومن بين أبرز هذه التطورات الرقمنة المتزايدة التي تجبر الشركات على التطوير بطرق أكثر كفاءة من حيث التكلفة والوقت، وقد ظهرت تقنية جديدة يُطلَق عليها 'التوأم الرقمي'، تُعَدُّ من بين أهم سمات العصر، وتشير إلى التمثيل الافتراضي لمبنى أو منتج أو أصل مادي، وتكمن فائدتها في زيادة الدقة والموثوقية وكذلك تقليل الوقت والتكاليف.

وقد اكتسب مفهوم التوأم الرقمي اعترافًا في عام 2002 بعد أن استضافت شركة 'Challenge Advisory' لاستشارات الأعمال في المملكة المتحدة عرضًا تقديميًّا لجامعة 'ميتشجان' حول التكنولوجيا، تضمن العرض تطويرًا لإدارة دورة حياة المنتج، واحتوى على العناصر المرتبطة بمفهوم التوأم الرقمي، وبينما يُعتَقد بشكل شائع أن هذا المفهوم تم تطويره في عام 2002، إلا أن تقنية التوأم الرقمي كانت في الواقع فكرة مطبقة منذ الستينيات؛ حيث استخدمت وكالة 'ناسا' أفكار التوأمة الأساسية خلال هذه الفترة في برامج الفضاء؛ إذ أنشأت أنظمة مكررة ماديًّا على الأرض لتطابق الأنظمة الموجودة في الفضاء عندما طورت توأمًا رقميًّا لتقييم ومحاكاة الظروف على متن مركبة 'أبولو 13'.

وعن ماهية التؤام الرقمي؛ أشار التحليل إلى أنه عبارة عن نموذج يقوم بعملية المحاكاة والتمثيل الافتراضي لإنشاء كائن مثل مصنع أو محطة طاقة أو منتج، وتقوم مجموعة متنوعة من أجهزة الاستشعار -التي تضم بيانات حول جوانب مختلفة لدورة حياة المنتج وبمساعدة الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وإنترنت الأشياء- بتحليل مشكلات الأداء والقيام بمحاكاة افتراضية 'ماذا لو'؛ حيث يوفر إنترنت الأشياء البيانات الحيوية بينما يحلل الذكاء الاصطناعي البيانات ويتعلم منها ليتنبَّأ بالمشكلات ويقترح حلولًا، ويمكن بعد ذلك تطبيق البيانات والاكتشافات على الكائن في العالم الحقيقي.

كما يكمن الفارق الكبير بين المحاكاة التقليدية والتوأمة الرقمية أن التوأم الرقمي يقدم عملية محاكاة أكثر مرونة وعمقًا مقارنة بتلك التي توفرها المحاكاة التقليدية؛ حيث يمتلك القدرة على جمع بيانات حقيقية حول أداء الأصول طوال دورة حياتها، ومن خلال استخدام إنترنت الأشياء، يمكن أن يقوم بمشاركة البيانات بين الأنظمة المختلفة لتقديم صورة أوضح عن الأداء ولأغراض المقارنة، ومع ذلك، ترتفع تكلفتها؛ حيث تتطلب تركيب أجهزة استشعار ودمجها مع برامج تحليلية وواجهة مستخدم، ويتم استخدامها عادة للأصول أو العمليات الأكثر أهمية حتى تكون التكلفة مبررة.

أشار التحليل إلى أن التوأم الرقمي يُعَدُّ بمثابة مؤشر مهم في عمليات القياس والتحقق؛ وذلك بتصحيح جميع الأخطاء التي قد تحدث مستقبلًا في أثناء المراحل المبكرة من عملية التخطيط والتصميم وليس في المراحل المتقدمة كالتصنيع والإنتاج، وتقديم محاكاة لجميع السيناريوهات المحتمل حدوثها، ووضع خطة عامة للتطوير وحل المشكلات التي قد تطرأ فيما بعد، ومنها تكوين حلول مبتكرة غير تقليدية وإجراء التغييرات المطلوبة قبل البدء في عمليات التصنيع والإنتاج الفعلي، وقد زاد الاعتماد على النظم الرقمية المتمثلة في العديد من التقنيات الرقمية، مثل: الحوسبة السحابية، والبيانات الضخمة، وإنترنت الأشياء، والروبوتات، وأساليب التصنيع المعتمدة على الإنترنت، والذكاء الاصطناعي، وتقنية التوأم الرقمي، والتي سيكون لها تأثيرات كبيرة ومهمة في عملية اتخاذ القرارات في كثير من الأعمال؛ لذا يجب معرفة وفهم تأثيرات تقنية التوأم الرقمي وأهميتها في دورة حياة المنتج.

وأضاف التحليل أن سوق التوأم الرقمي حول العالم شهد زيادة مطردة، ومن المتوقع أن يسجل حجم السوق العالمية في قطاع التصنيع وحده نحو 6.7 مليارات دولار في عام 2025، ويُمثل ذلك زيادة تتجاوز عشرة أضعاف حجم السوق عام 2020، وكذا يُعَدُّ قطاعا السيارات والطيران من بين أكبر القطاعات التي تعتمد على تقنية التوأم الرقمي التي قد تشهد توسعًا كبيرًا هذا العام. ومن المتوقع أن توسع قطاعات الطاقة والرعاية الصحية والخدمات اللوجستية والتجزئة استخدامها لتقنية التوأم الرقمي.

تناول التحليل العديد من القطاعات التي يمكن أن تساهم فيها التوائم الرقمية بشكل فعال بما في ذلك المجالات الصناعية التقليدية والمجالات غير التقليدية، ومن أبرزها:

- الفضاء والدفاع: تدعم التوائم الرقمية دورة الحياة الكاملة لصناعات الدفاع؛ فهي تعمل على تحسين أداء الطائرات والسفن والمركبات الفضائية والمركبات الأرضية والأقمار الصناعية والبنية الأساسية، وكذا تستوعب الأمن السيبراني والحماية على المستوى العسكري، بالإضافة إلى توفير فوائد عديدة لقطاع الدفاع عن طريق المساعدة في اتخاذ القرارات بشكل أسرع، وذلك من خلال تعزيز الكفاءة التشغيلية، وتحسين السلامة والأمان مع الحد من المخاطر، فضلًا عن توفير رؤية شاملة للمهام في الوقت الفعلي.

- الهندسة المعمارية والإنشاءات: تؤدي التوائم الرقمية دورًا مهمًّا في قطاع الهندسة والبناء، يبدأ منذ مرحلة التصميم، كما تعمل على تعزيز الكفاءة التشغيلية لمؤسسات الهندسة والإنشاءات والبناء والصيانة وأنظمة المدن الذكية، عن طريق تحسين جميع عناصر دورة حياة المباني، وكذلك فيما يتعلق باعتبارات السلامة والتكاليف، وكذلك تقديم تحليلات للمباني الذكية والبيانات التنبؤية لضمان سلامة المبنى، بالإضافة إلى تحديد التأثير على الاقتصاد الدائري والاستدامة الشاملة، ومن الأمثلة على ذلك:

1- إنشاء نسخة رقمية لمدينة أورلاندو في ولاية فلوريدا الأمريكية بتقنية ثلاثية الأبعاد، ومن المقرر استخدام هذا النموذج الافتراضي لمحاكاة تأثير مشروعات التخطيط الحضري المختلفة على البيئة والمقيمين. والجدير بالذكر أن العديد من المدن الأمريكية تستخدم هذه التقنية بالفعل لإدارة المرور وتقليل الانبعاثات.

2- في ولاية كولورادو الأمريكية، يعمل جهاز الإطفاء مع التوائم الرقمية ثلاثية الأبعاد من شركة 'جرافيكس إنفيديا' لتصور ودراسة انتشار حرائق الغابات من أجل تحسين الوقاية والمساعدة في احتواء الحرائق بشكل أكثر فعالية.

3- مدينة سنغافورة من بين أهم المستخدمين للتوائم الرقمية في العالم، وهناك نموذج افتراضي ثلاثي الأبعاد للمدينة، مكون من ملايين الصور الملتقطة من الأرض والجو إلى جانب البيانات الأخرى؛ إذ توجد أكثر من 100 تيرابايت من البيانات تُغطي البنية التحتية للمدينة والمباني بما في ذلك الأسطح والواجهات والنوافذ، وهذا يعني أن التحسينات والخطط الجديدة يمكن نمذجتها بدقة كبيرة. ومن المتوقع أن تؤدي تقنية التوائم الرقمية دورًا رئيسًا في سعي سنغافورة نحو الاستدامة ومكافحة درجات الحرارة المرتفعة.

- في مجال الزراعة، يتم استخدام الذكاء الاصطناعي بشكل متزايد لتعزيز إنتاج المحاصيل، وخاصةً بالنسبة للمحاصيل الأساسية، مثل: الذرة وفول الصويا والقمح، فعلى سبيل المثال: تعمل شركة إدارة المزارع 'CropX' النيوزلندية على دمج البيانات من مستشعرات التربة مع صور الأقمار الصناعية وتوقعات الطقس؛ حيث يوفر دمج المعلومات هذا رؤية شاملة لظروف الزراعة؛ مما يُمكِّن من اتخاذ قرارات إدارية دقيقة، وتحقيق أقصى قدر من الإنتاج، ومع تحذير الأمم المتحدة من أن المحاصيل الغذائية معرضة بشكل متزايد للتهديد بسبب الجفاف وغيره من الأحداث الطبيعية، فإن مثل هذه الحلول قد تصبح مهمة لضمان الأمن الغذائي لسكان العالم المتزايدين.

- التكنولوجيا المالية: ترتكز القيمة في عالم التكنولوجيا المالية في الأصول غير الملموسة، وتمتلك التوائم الرقمية تأثيرًا فوريًّا على النتائج المالية للشركات من خلال العمل على مستويات متعددة داخل المؤسسة، فهي تُسهم في جعل العمليات المالية أكثر كفاءة من خلال إنشاء نماذج افتراضية لكل عناصر التكنولوجيا المالية بما في ذلك المعاملات والتحقق من صحتها وتبسيط العمليات، بالإضافة إلى التعامل مع تحديات الأمان.

- النقل: تُسهم التوائم الرقمية بشكل فعال في قطاع النقل؛ فتساعد في تسريع عملية اتخاذ القرار وتبسيط التحليلات وأتمتة معالجة المشكلات، فضلًا عن تعظيم الكفاءة مع تقليل استخدام الموارد من خلال توفير بيانات أفضل لتلبية متطلبات اللوائح البيئية والاجتماعية والحوكمة المتغيرة باستمرار، وتمكين حل المشكلات بشكل مستقل لتحسين التحكم في الملاحة وإدارة البضائع وما إلى ذلك، فضلًا عن تحسين السفر من خلال الوعي الظرفي وإدارة حركة المرور والجدولة المتقدمة، بالإضافة إلى تحسين تجربة النقل العام من خلال تطوير البنية التحتية والسلامة وإدارة الاستدامة عبر سلسلة القيمة والحد من انبعاثات الكربون.

- الموارد الطبيعية: تتمتع التوائم الرقمية بتأثير هائل على جميع مراحل إنتاج الطاقة، من الهندسة والتصميم إلى النشر والعمليات، وهذا من شأنه أن يعزز من نظافة وكفاءة الطاقة من حيث التكلفة والاستدامة من خلال التنبؤ بالأعطال واكتشافها وتحسين السلامة، وإدارة استهلاك المياه وضمان سلامة وكفاءة العمليات، وجعل مصادر الطاقة المتجددة أكثر كفاءة وسهولة في الوصول إليها، بما في ذلك الطاقة الشمسية وطاقة الرياح والطاقة الحرارية الأرضية والطاقة الكهرومائية، فضلًا عن التنبؤ بالكوارث الطبيعية والاستجابة السريعة لها.

- الأدوية: تُمهِّد التوائم الرقمية الطريق أمام نظام بيئي أكثر ذكاء وكفاءة مع ضمان بقاء سلامة المرضى والامتثال للقواعد التنظيمية على رأس الأولويات، ومن خلال محاكاة العمليات في العالم الحقيقي، تعمل التوائم الرقمية على تمكين الابتكار بشكل أسرع وتحسين عملية اتخاذ القرار وتبسيط الموافقة التنظيمية من خلال تطوير الأدوية عن طريق تحسين تصميمات التجارب السريرية والتنبؤ بالنتائج، وتحسين عمليات التصنيع، وتحسين العائد، وتقليل النفايات، وضمان الجودة، هذا بالتوازي مع محاكاة استجابات المرضى للعلاجات، وتحسين الفعالية، وتقليل الآثار الجانبية، بالإضافة إلى التخفيف من اضطرابات سلسلة التوريد، وضمان التوافر المستمر للأدوية الحيوية.

- الاتصالات السلكية واللاسلكية: في قطاع الاتصالات، يُعَدُّ التوأم الرقمي -بفضل قدرته على إدارة البيانات الضخمة- مناسبًا لتوفير رؤية شاملة لأداء الشبكات وأنماط الاستخدام، وتُسهم البيانات الضخمة التي توفرها التوائم الرقمية في تحسين التغطية، وتوفير تحليلات أكثر دقة، وأساليب إدارة فعالة للاتصالات وأداء الشبكات، وكذلك في تمكين مراقبة الأداء الدقيق والتحليلات، بالإضافة إلى تحسين أداء واستدامة المدن الذكية -أي مصادر الطاقة والشبكات الأساسية- والاستجابة السريعة للكوارث الطبيعية من خلال تحديد الموقع ومواجهة الأزمات.

أشار التحليل إلى أن مصر تُولي اهتمامًا كبيرًا بالتطورات التكنولوجية الجارية حول العالم، وصار تعزيز التحول الرقمي أحد الممكنات الأساسية التي تساعد على تحقيق أهداف رؤية مصر 2030 الاقتصادية والاجتماعية والمؤسسية والبيئية، وكذا يجري العمل على إنشاء بنية تحتية مرنة للحكومة والمؤسسات تسمح بمواكبة مستجدات الثورة التكنولوجية والتغيرات المتسارعة عالميًّا بما في ذلك التوأم الرقمي. وهناك عدد من المبادرات التي تستهدف تقنية التوأم الرقمي:

1- يقدم المعهد القومي للاتصالات مبادرة شباب مصر الرقمية، التي تتناول تقنية 'التوأم الرقمي' والمهارات اللازمة لبناء توائم رقمية، وكذا دراسة الذكاء الاصطناعي، وتحليل البيانات وإنترنت الأشياء؛ حيث إن التوائم الرقمية تجمع بين الذكاء الاصطناعي (AI) وإنترنت الأشياء (IoT) لخلق عالم متصل ومبتكر؛ إذ يوفر إنترنت الأشياء (IoT) البيانات الحيوية، بينما يحلل الذكاء الاصطناعي (AI) البيانات ويتعلم منها ليتنبأ بالمشكلات ويقترح حلولًا؛ مما يجعلها نظامًا متكاملًا يدمج العالم المادي بالرقمي بذكاء غير مسبوق، فضلًا عن التعرض لمجالات التوأم الرقمي المتعددة.

2- يقدم معهد تكنولوجيا المعلومات دورة تدريبية مجانية حول 'تكنولوجيا التوأم الرقمي: الأسس والتطبيقات'، وتتناول الدورة المفاهيم الرئيسة لتكنولوجيا التوأم الرقمي وتطبيقاتها العملية، وتسلط الضوء على الفوائد والتحديات والأدوات الأساسية التي تدعم هذه التقنية المبتكرة، مع أمثلة حقيقية تشمل توأمة المنتجات والخدمات.

استعرض التحليل مجموعة من الفرص الواعدة التي يمكن لمصر الاستفادة منها:

1- يمكن أن تستفيد مصر من تقنية التوأم الرقمي في مجالات عديدة بما في ذلك الصناعة من خلال التنبؤ بدورة حياة المنتج، فضلًا عن توقع الأعطال في الآلات والمعدات، الأمر الذي يزيد من كفاءة وفاعلية التشغيل والإنتاج، بالإضافة إلى إمكانية استخدامه في قناة السويس؛ حيث يمكن التنبؤ بحالات الطوارئ كحالات جنوح السفن ومن ثَمَّ الحد من الخسائر الناتجة، فضلًا عن الاستخدامات الطبية فيما يتعلق بمحاكاة جسم الإنسان للوصول إلى تشخيص دقيق وطرق علاج أكثر فعالية.

2- فيما يتعلق بإنشاء المدن الذكية، يمكن للتوائم الرقمية تحسين عمليات التخطيط والتشغيل وتسليم المشروعات وتنفيذها في الوقت الفعلي، من خلال استخدام البيانات والتحليلات الفورية. ويستفيد المستخدمون من محاكاة السيناريوهات عبر الخدمات والمجتمعات على مستوى المدينة بأكملها.

3- ومن منظور إدارة المدن، يمكن لتقنية التوأم الرقمي أن تحقق دقة أعلى بكثير في استخدام الطاقة والمرور، إلى جانب تحسين عمليات الصيانة وإدارة الأصول، على سبيل المثال، فإن محاكاة المخاطر الناجمة عن درجات الحرارة المرتفعة أو العواصف الرملية في الصحراء يمكن أن تؤدي إلى تصميمات أكثر متانة ومواد أكثر مقاومة، بينما يمكن لمحاكاة تأثير الكثافة السكانية المرتفعة أن توفر رؤى حول قضايا مثل الصيانة، وبشكل خاص الصيانة الاستباقية للأصول المختلفة والبنية التحتية؛ لتفادي أي مشكلات كبيرة.

أشار التحليل في ختامه إلى أن تقنية التوأم الرقمي أصبحت من بين أهم التطورات التكنولوجية التي يشهدها العالم في الآونة الأخيرة، ويمكن أن تُسهم بشكل فعّال في تعزيز التنمية الاقتصادية والاجتماعية والبيئية وغيرها. ولتحقيق الاستفادة القصوى من هذه التقنية؛ تحتاج التقنية إلى تبني سياسات حكومية داعمة لتقنيات البيانات الضخمة وإنترنت الأشياء، وكذلك تحسين البنية التحتية الرقمية؛ لتوفير بيئة مواتية لاستخدام التوائم الرقمية في مختلف القطاعات.