Qatium
ارتفاع عدد سكان المدن ، وارتفاع استهلاك الموارد ، والبنية التحتية المتقادمة ، وتغير المناخ ، وأنظمة توزيع المياه المعقدة – هذه ليست سوى عدد قليل من القضايا التي تجبر أولئك الذين يعملون في إدارة المدن على إعادة التفكير في جهود الاستدامة والكفاءة. ويكمن وراء كل منها مسألة إدارة المياه النظيفة، وكيف يمكن تمكين مرافق المياه من اتخاذ قرارات مستنيرة في مواجهة القضايا مجتمعة. الجواب هو: تحتاج مرافق المياه إلى تحسين إدارة أنظمة توزيع المياه من خلال تبني الأدوات المتقدمة التي تجمع بين جمع بيانات أجهزة الاستشعار في الوقت الفعلي والتحليلات المتقدمة والقدرات القائمة على النماذج لمحاكاة سيناريوهات “ماذا لو”. ومن خلال الوفاء بكل هذه الوظائف ، هذا هو بالضبط المكان الذي يتناسب فيه Digital Twins for Water Utilities مع الصورة.
ما هو التوأم الرقمي؟
في عام 2003 ، قدم الدكتور مايكل جريفز التوائم الرقمية كتمثيل رقمي للمنتجات المادية للمساعدة في تحسين دورة حياة المنتج ، وخاصة عملية التصميم والتصنيع ، والصيانة اللاحقة خلال حياته. وفقا ل Grieves ، يجب أن يحتوي أي طراز Digital Twin على ثلاثة أجزاء أساسية:
- الأصول المادية.
- نموذج افتراضي للأصول المادية.
- روابط البيانات والمعلومات التي تربط المساحات الافتراضية والحقيقية معا.
منذ ذلك الحين ، توسع العديد من الباحثين الآخرين في التعريف والأسس والتقنيات الرئيسية المشاركة في بناء التوأم الرقمي ، بما في ذلك:
- النمذجه: يجب أن تصف النماذج المادية والافتراضية الميزات الرئيسية للنظام.
- اتصال: يجب أن تكون الأنظمة المادية والافتراضية متصلة باستمرار. يتضمن هذا المفهوم نقل البيانات وتحويلها وتخزينها وحمايتها وما إلى ذلك.
- تحليلات البيانات المتقدمة: للحصول على معلومات من مجموعة بيانات ، يجب معالجتها مسبقا (تنظيفها وتصفيتها) واستخراجها بواسطة كل من تحليل البيانات وخوارزميات الذكاء الاصطناعي (الذكاء الاصطناعي).
- التفاعل والخدمة: لتحسين أو تكييف عمليات النظام وفقا للتغيرات الخارجية ، يجب أن يكون Digital Twin قادرا على اقتراح إعدادات تشغيلية مثالية بمجرد التحقق من صحتها بواسطة عمليات المحاكاة.
التوأم الرقمي — نموذج افتراضي للأصل المادي
التوائم الرقمية لمرافق المياه: كيف يمكنهم حل التحديات التي تواجه الصناعة؟
في سياق إدارة المدينة ، خاصة فيما يتعلق بنظام إمدادات مياه الشرب ، أصبحت النماذج الهيدروليكية بمرور الوقت أكثر صلة وتستخدم بشكل شائع من قبل مرافق المياه لاتخاذ قرارات أكثر دقة. تساعد Digital Twins مرافق المياه ليس فقط على فهم الأداء السابق والحالي لأنظمة المياه الخاصة بها بشكل أفضل ، ولكن أيضا التنبؤ بالأداء المستقبلي وتحسينه. يمكنهم أيضا محاكاة أي تغييرات محتملة وتأثيرها في العالم الافتراضي قبل حدوثها في العالم المادي. يحد هذا المستوى من المحاكاة الافتراضية من المخاطر التي تتعرض لها العمليات في العالم الحقيقي ، ويساعد المرافق على اتخاذ قرارات سريعة تعتمد على البيانات ، ويساعدها على الاستجابة بأفضل طريقة للأزمات وسيناريوهات ماذا لو الأخرى. وبالنظر إلى حجم التحدي – أي النمو السكاني المتسارع وندرة الموارد والبنية التحتية القديمة – أصبحت أنظمة توزيع المياه التقليدية معقدة بشكل متزايد ويصعب إدارتها. لذلك ، يتم استخدام التوائم الرقمية بتردد أكبر داخل أنظمة توزيع المياه لتحسين قضايا مثل:
- إدارة الأصول
- توطين التسرب
- تحسين عمليات النظام
- كفاءة الطاقة
- جودة المياه
- تخطيط عمليات الصيانة
- الاستجابة المبكرة لحالات الطوارئ
باختصار ، من المتوقع أن يكون نموذج Digital Twin قريبا نظام دعم أساسي لجميع أنواع صنع القرار تقريبا داخل الصناعة. ناقشنا رحلة Digital Twins for Water Utilities مع خبراء الصناعة في بودكاست الفيديو الخاص بنا ، Qtalks. كان محور الحلقة هو تطورها والطرق التي يمكن من خلالها تسريع ذلك.
كيف تبدو التوائم الرقمية في العمل؟
يمكن أن يكون إعداد توأم رقمي عملية طويلة بتكاليف عالية. فيما يلي بعض الأمثلة على كيفية تطبيق Digital Twins بالفعل في تشغيل وإدارة أنظمة توزيع المياه الحقيقية.
امتداد EPANET-RTX
أنشأت وكالة حماية البيئة الأمريكية (EPA) وجامعة سينسيناتي امتداد EPANET-RTX ، وهو إطار نمذجة هيدروليكية في الوقت الفعلي يعتمد على محرك EPANET. تم إنشاء التطبيق ، الذي يربط النموذج الهيدروليكي بالبيانات الميدانية في الوقت الفعلي ، للمساعدة في فهم السلوك الهيدروليكي وجودة المياه لأنظمة توزيع المياه ، واستكشاف إمكانات النماذج الهيدروليكية في تمثيل الأنظمة الحقيقية. تم اختبار قدراتها بنجاح في الميدان لدراسة حالة لمنطقة مياه شمال كنتاكي.
ووتر بوكس: منصة اختبار صغيرة الحجم
سمح WaterBox ، وهو اختبار صغير الحجم ، بمحاكاة المراقبة المتقدمة وسيناريوهات الفشل والشذوذ المتعددة ، مثل انفجارات الأنابيب أو مشكلات الاتصال ، في بيئة آمنة من الفشل. مكن هذا النهج من تشغيل خوارزميات التحكم في الوقت الفعلي (التي يتم تغذيتها من بيانات المستشعر) وكان يهدف إلى تحسين الطاقة والتحكم التلقائي والاتصال القائم على الأحداث.
القطيوم: توأم رقمي فعال من حيث التكلفة
توفر القطيوم حلا رقميا فعالا من حيث التكلفة لمرافق المياه يزيد من استخدام الحلول التكنولوجية الحالية ومصادر البيانات. يتضمن الحل استخدام مسجلي البيانات المملوكين للمدينة الذين يوفرون بثا مباشرا للبيانات من خلال لوحة معلومات حالية قائمة على الويب ورابطا إلى مؤرخ SCADA. يمكن إنشاء نموذج هيدروليكي استنادا إلى بيانات نظم المعلومات الجغرافية المفتوحة وحدها وتم تمكين الروابط بين نظام مراقبة الصنبور والنموذج من خلال طبقة API. كما يسمح Qatium للمستخدمين باستيراد شبكاتهم بمساعدة مساعد يعمل بالطاقة الذكاء الاصطناعي يرشدهم خلال العملية ، ويوفر رؤى واقتراحات للتحسينات المحتملة أثناء بناء النموذج تلقائيا.
إذا كنت مهتما بوضع التوأم الرقمي موضع التنفيذ ، فجرب القطيوم. يمكنك إنشاء حساب مجانا والبدء في حل التحديات الموضحة أعلاه.
التوائم الرقمية تمكن من اتخاذ القرارات القائمة على البيانات
تمثل التوائم الرقمية طريقة جديدة لتحسين إدارة أنظمة توزيع المياه من خلال تمكين مرافق المياه من محاكاة السيناريوهات والتنبؤ بها ، وتحليل أداء الأصول وصحتها ، واختبار السيناريوهات افتراضيا لمعالجتها بفعالية في العالم الحقيقي. في المستقبل ، ستكون Digital Twins حاسمة لصنع القرار وستشكل جزءا لا يتجزأ من صناعة المياه من خلال تعزيز عمليات نظام المياه ، وخفض نفقات التشغيل ، والحد من تأثيرها البيئي ، وضمان الأمن المائي.
