كيفية استخدام التوائم الرقمية للصيانة التنبؤية في مجال الطيران

في مجال الطيران، حتى تأخير واحد غير مُجدول قد يُؤدي إلى سلسلة من الأحداث المُكلفة، منها توقف الرحلات، وإعادة توجيه الطائرات، وتعطيل الطواقم، وعدم رضا الركاب. يعتمد قطاع الطيران على الدقة، لكن أساليب الصيانة التقليدية، من فحوصات دورية، وإصلاحات شاملة مُجدولة، وإصلاحات سريعة، غالبًا ما تتخلف عن مُتطلبات السفر الجوي الحديث.

قد تكون الصيانة التنبؤية الرقمية التوأمية هي الحل. توفر هذه التقنية طريقة فعّالة لشركات الطيران ومصنعي المعدات الأصلية للتنبؤ بالأعطال قبل وقوعها، باستخدام بيانات آنية ونماذج افتراضية لأنظمة الطائرات.

مع التوائم الرقمية،فرق صيانة وإصلاح الأسطوليمكن للأنظمة الرقمية محاكاة الأصول المادية الحالية. ثم تُخضع هذه الأنظمة التوأمية الافتراضية لمجموعة من اختبارات الإجهاد، بما في ذلك الظروف الجوية القاسية، وتعطل المكونات، والاستجابة لحالات التوقف غير المخطط لها. يُطيل هذا النهج الاستباقي عمر الطائرات ويُحسّن سير العمل التشغيلي وسلامة الرحلات.

وتعتبر هذه الدقة الإضافية أمراً بالغ الأهمية لصناعة تعتمد على هوامش ربح ضيقة ولوائح تنظيمية أكثر صرامة.

ما هي التوائم الرقمية؟

وُلدت الفكرة وراء التوائم الرقمية في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، لكن جذورها تعود إلى مهمة أبولو 13 التابعة لوكالة ناسا عام 1970 (سيمنز).

خلال الأزمة، استخدم مهندسو ناسا أنظمةً معكوسةً على الأرض لمحاكاة المركبة الفضائية المعطلة آنيًا في نسخة بدائية مما نسميه الآن التوأم الرقمي. حُدِّد المفهوم الرسمي لأول مرة عام ٢٠٠٢ من قِبل الدكتور مايكل غريفز في جامعة ميشيغان، في سياق إدارة دورة حياة المنتج (منصة الأبحاث المفتوحة التوأم الرقمي).

في جوهره، يُعدّ التوأم الرقمي نموذجًا افتراضيًا ديناميكيًا لجسم أو عملية أو نظام مادي. وعلى عكس المحاكاة الثابتة، يُحدّث التوأم الرقمي باستمرار ببيانات واقعية عبر أجهزة الاستشعار ونماذج التعلم الآلي والأنظمة الشبكية. وهذا يسمح له بمحاكاة أداء نظيره في العالم الحقيقي والتنبؤ به وتحسينه، دون أن يعكس ظروف العالم الحقيقي.

اليوم، تُستخدم التوائم الرقمية في مجالات تتجاوز بكثير مجال الطيران والفضاء. ففي قطاع التصنيع، تستخدم شركة سيمنز التوائم الرقمية لمحاكاة تصميمات المصانع وكفاءة الآلات. وفي قطاع السيارات، تستفيد شركتا تسلا وبي إم دبليو من التوائم الرقمية لمراقبة أداء المركبات الكهربائية وتحسين أنظمة القيادة الذاتية. أما قطاع الرعاية الصحية، فيستخدم هذه التقنية لمحاكاة الأعضاء والتنبؤ بكيفية استجابة المرضى للعلاجات.ديلويت).

يستخدم مخططو المدن الآن التوائم الرقمية لنمذجة مدن بأكملها. مشروع سنغافورة الافتراضية هو نسخة رقمية حية من المدينة-الدولة، تُستخدم في التخطيط الحضري، والاستجابة للطوارئ، والتحليل البيئي.مرصد الابتكار في القطاع العاموفي الوقت نفسه، تستخدم شركات الطاقة مثل GE وShell التوائم الرقمية لإدارة التوربينات وشبكات الطاقة والمنصات البحرية في الوقت الفعلي (جي إي فيرنوفا،صدَفَة).

أصبحت هذه الاستخدامات ممكنة بفضل التطورات في إنترنت الأشياء، والحوسبة السحابية، وتحليلات الحافة. ومع تطور اتصالات الجيل الخامس ونمذجة الذكاء الاصطناعي، يتوسع نطاق التوائم الرقمية بسرعة، مما يوفر التحسين الفوري واختبار السيناريوهات لصناعات كانت محدودة سابقًا بسبب البيانات المتأخرة والإشراف اليدوي.

ما هو التوأم الرقمي في مجال الطيران؟

التوأم الرقمي هو نسخة افتراضية من كائن أو نظام أو عملية حقيقية، تعكس حالتها الحالية باستخدام بيانات مباشرة. بخلاف النماذج الثابتة أو عمليات المحاكاة الأخرى، يرتبط التوأم الرقمي الحقيقي بنظيره المادي، ويُحدّث باستمرار بناءً على مُدخلات من أجهزة الاستشعار وبيئاته التشغيلية.أنظمة لوفتهانزا).

هناك أنواع متعددة من التوائم الرقمية المستخدمة في الطيران:

على سبيل المثال، تستخدم بوينغ الخيوط الرقمية والتوائم لتتبع أداء الأنظمة الحيوية في برامج مثل MQ-25 وChinook. يُنشئ نهجهم اتصالاً "حلقيًا مغلقًا" بين التصميم والتشغيل، حيث يُفيد الاستخدام الواقعي في عمليات الهندسة المستقبلية.مجلة بوينج للابتكار الفصلية).

يتيح هذا المستوى من الدقة لأصحاب المصلحة في قطاع الطيران ليس فقط مراقبة الأصول، بل محاكاة كيفية تصرفها في السيناريوهات المستقبلية، بدءًا من دورات التعب الهيكلي ووصولًا إلى إعادة توجيه الرحلات في حالات الطوارئ. وكما توضح شركة لوفتهانزا لحلول الصناعة، فإن "التوأم الرقمي" يُمكّن الشركات من رسم خرائط عملياتها افتراضيًا، وإجراء التغييرات اللازمة، ومن ثمّ الاستفادة من الإمكانات الحقيقية للتحسين.أنظمة لوفتهانزا).

لماذا "التوائم الرقمية" وليس "الثلاثيات" أو "الرباعية"؟

إذا كان التوأم الرقمي قادرًا على محاكاة ظروف العالم الحقيقي، فلماذا الاكتفاء بواحد؟ لماذا لا ننشئ ثلاث أو عشر أو خمسين نسخة من النظام نفسه لاختبار جميع النتائج المحتملة؟

لقد وصلنا بالفعل. العديد من الأنظمة تفعل ذلك بالفعل.

على المدى التوأم الرقميجاءت هذه الفكرة في الأصل من وكالة ناسا في أوائل العقد الأول من القرن الحادي والعشرين، عندما احتاج المهندسون إلى نموذج افتراضي للمركبة الفضائية يمكن تشغيله بالتوازي مع النسخة المادية في الفضاء (فيوكانت الفكرة هي بناء نسخة رقمية متماثلة تعكس باستمرار حالة النظام الحقيقي.

منذ ذلك الحين، تطور المفهوم. غالبًا ما تستخدم التوائم الرقمية اليومنمذجة السيناريوهات أو محاكاة مونت كارلو، وهي تقنيات تقوم بتشغيل مئات أو آلاف المحاكاة المستقبلية لتقييم أفضل النتائج وأسوأها وأكثرها احتمالية (مركز أبحاث ناسا إيمزفي مجال الطيران، على سبيل المثال، قد تختبر نماذج الصيانة التنبؤية ظروفًا بيئية مختلفة أو أنماط استخدام للتنبؤ بموعد فشل أحد المكونات (أبحاث أنظمة الطاقة الكهربائية).

فلماذا لا نسميهمثلاثيات رقمية أو المضاعفات الرقمية؟

إن الأمر يتعلق بالعلامة التجارية والبساطة.التوأم الرقميأصبح مصطلحًا شاملًا لسهولة فهمه وانتشاره في مختلف القطاعات. حتى لو كان المحرك أو هيكل الطائرة يحتوي على 10 عمليات محاكاة متوازية تعمل في الوقت الفعلي، فإن النظام بأكمله يُشار إليه باسم "التوأم الرقمي" لضمان الاتساق. فهو يُحافظ على وضوح اللغة للمهندسين والمديرين التنفيذيين والجهات التنظيمية والمسوقين على حد سواء (شركة ماكينزي وشركاه).

نعم، غالبًا ما يتصرف التوائم الرقميون مثل العائلات الرقمية بأكملها، ولكن المصطلحالتوأمتظل المشكلة قائمة حتى لو لم تحكي القصة كاملة.

كيف تعمل الصيانة التنبؤية مع التوائم الرقمية

تعتمد الصيانة التقليدية على جداول زمنية ثابتة مثل عمليات الفحص التي تتم كل 500 ساعة طيران أو عمليات التفتيش السنوية.الصيانة التنبؤيةومع ذلك، يستخدم بيانات الأداء الفعلية لتقييم حالة المكونات آنيًا وتقدير وقت حدوث العطل المحتمل. تزيد التوائم الرقمية من دقة هذه النماذج من خلال المحاكاة المستمرة لظروف التشغيل ومقارنة الأداء المتوقع بالفعلي.

لنفترض أن ضغط زيت المحرك ينخفض عن المعدل الطبيعي. في الأنظمة التقليدية، قد لا يُلاحظ ذلك حتى موعد الفحص الدوري. أما مع التوأم الرقمي، فيتم رصد هذا الانحراف فورًا بناءً على الأنماط التاريخية والظروف البيئية وحدود التشغيل. ويمكن لفرق الصيانة التدخل قبل حدوث أي عطل لتجنب فترات التوقف عن العمل ومخاطر السلامة.

تُجسّد رولز-رويس هذا من خلال منصة IntelligentEngine. يُنشئ المهندسون نموذجًا رقميًا للمحرك باستخدام بيانات الاستشعار في الوقت الفعلي والاتصال عبر الأقمار الصناعية. يعمل النموذج الافتراضي بالتزامن مع المحرك الفعلي، مما يُمكّن رولز-رويس من التنبؤ باحتياجات الصيانة، ومحاكاة البيئات القاسية، وجدولة الإصلاحات الاستباقية.Rollys-Royce).

فوائد لشركات الطيران ومقدمي خدمات الصيانة والإصلاح والعمرة

إن العائد من الصيانة التنبؤية المدعومة بالتوائم الرقمية كبير، وهو يعالج العديد من نقاط الألم الرئيسية:

أظهرت دراسة حديثة أن الصيانة التنبؤية التي تعتمد على التوأم الرقمي أدت إلى خفض التكاليف بنسبة تصل إلى 30% وتقليل أحداث الصيانة غير المجدولة بنسبة 40% عبر عمليات شركات الطيران المحاكاة (علوم وتكنولوجيا الهندسة المدنية).

التطبيقات الواقعية في مجال الطيران

ورغم أن الوعد الذي تقدمه تقنية التوأم الرقمي يبدو مستقبليًا، إلا أنها أصبحت بالفعل جزءًا لا يتجزأ من سير عمل الطيران اليوم.

خطوط دلتا الجوية

تعد شركة دلتا للطيران رائدة في تطبيق تقنيات التوأم الرقمي والذكاء الاصطناعي للصيانة التنبؤية، وذلك بشكل أساسي من خلال نظام APEX (محرك التنبؤ المتقدم) (مجلة الطيران).

يجمع نظام APEX بيانات المحرك في الوقت الفعلي طوال كل رحلة، ويستخدم الذكاء الاصطناعي لإنشاء نسخ رقمية ديناميكية للحالة الحالية لكل محرك. تتيح هذه التوائم الرقمية لشركة دلتا توقع تآكل المكونات أو الأعطال قبل وقت طويل من تسببها في مشاكل ميكانيكية.

على سبيل المثال، إذا رصد النظام أنماطًا - مثل زيادات طفيفة في الاهتزاز أو درجة الحرارة - فيمكنه تنبيه الفنيين لاستبدال قطعة غيار خلال فترة زمنية محددة، أي 50 ساعة طيران، بدلًا من انتظار حدوث عطل. هذا النهج الاستباقي يُجنّب التخمين، ويُقلّل من عمليات الاستبدال غير الضرورية، ويضمن إجراء الصيانة بدقة عند الحاجة.

وكانت النتائج مذهلة: ففي الفترة من عام 2010 إلى عام 2018، نجحت دلتا في خفض عمليات الإلغاء المتعلقة بالصيانة من أكثر من 5600 عملية سنويا إلى 55 عملية فقط (مجلة الطيران).

يُنسب إلى برنامج APEX توفير مبلغ ثمانية أرقام لشركة الطيران كل عام وفاز بجائزة أسبوع الطيران للابتكار في عام 2024. من خلال الاستفادة من التوائم الرقمية، تحافظ دلتا على الطائرات في الجو لفترة أطول، وتقلل من وقت التوقف المكلف، وتوفر تجربة أكثر موثوقية للركاب مع خفض تكاليف الصيانة والتشغيل بشكل كبير (مجلة الطيران).

بوينغ

بالإضافة إلى استخدام التوائم الرقمية لتتبع أداء الأنظمة الحيوية في بيئة الحلقة المغلقة، كما هو موضح سابقًا، تطبق شركة بوينج أيضًا تقنية التوأم الرقمي في تطوير المنتجات والتصنيع والصيانة.

وقد استخدمت الشركة المصنعة التوائم الرقمية لنمذجة نظام طرف الجناح القابل للطي المعقد على طائرة 777X، مما يسمح للمهندسين بمحاكاة الديناميكيات الهيكلية وتقليل النماذج الأولية المادية (طيران بسيطوبالمثل، تستخدم شركة بوينج هندسة الأنظمة القائمة على النماذج (MBSE) لإنشاء تمثيلات رقمية شاملة للطائرات، ونمذجة كيفية تفاعل الأنظمة الكهربائية والهيدروليكية والإلكترونيات الطيران (مورد بوينجتساعد هذه التوائم في تحديد المشكلات المحتملة في وقت مبكر من مرحلة التصميم وتبسيط عملية الاعتماد.

دور الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي

التوأم الرقمي بدون ذكاء هو مجرد مرآة. ما يجعل التوائم الرقمية قوية هو قدرتها على التعلم والتكيف والتنبؤ، وهي وظائف أصبحت ممكنة بفضل الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي.

في مجال الطيران، تُحلل هذه الخوارزميات مجموعات بيانات ضخمة من سجلات الرحلات، وأجهزة الاستشعار على متن الطائرة، وتقارير الطقس، وسجلات الصيانة. ومع مرور الوقت، تتعلم هذه الخوارزميات اكتشاف الإشارات الضعيفة - تلك الشذوذات الدقيقة التي تسبق الأعطال، والتي قد يغفل عنها الفنيون.

على سبيل المثال، يمكن للذكاء الاصطناعي اكتشاف زيادة بنسبة 0.5% في الاهتزاز في شفرة المروحة في ظل ظروف جوية محددة وربطها بمشكلة إجهاد محتملة (تكنولوجيا المعلومات والبرمجياتيقوم التوأم الرقمي، المُغذّى بهذه الرؤية، بتحديث مُعاملات مُحاكاته ويُشير إلى وجود عيب مُحتمل للفحص. لم يكن أي مُحلل بشري ليُلاحظ هذا الارتباط في الوقت المُناسب.

يُساعد الذكاء الاصطناعي أيضًا في تحديد مستوى عدم اليقين. فبدلًا من التنبؤات الثنائية "نعم/لا" وأشجار القرارات، يُقدم تحليلات احتمالية للمخاطر، على سبيل المثال: "هناك احتمال بنسبة 78% أن تتلف مضخة الوقود هذه خلال 300 ساعة طيران". تُغير هذه الخصوصية كيفية تخصيص شركات الطيران للموارد، وجدولة عمليات الفحص، وإدارة المخاطر.

فوائد الصيانة التنبؤية باستخدام التوائم الرقمية

توفر الصيانة التنبؤية المعتمدة على التوأم الرقمي لشركات الطيران وشركات الصيانة والإصلاح والعمرة وفورات كبيرة في التكاليف وفوائد أخرى تتعلق بالكفاءة.

1. تقليل وقت تعطل الطائرات:

تتنبأ التوائم الرقمية بالسلوكيات المحتملة قبل حدوثها، مما يسمح باتخاذ إجراءات صيانة استباقية أثناء ساعات الازدحام المنخفض أو وقت التوقف المخطط له.

2. عمر أطول للمكونات:

لم تعد الصيانة تُجرى على فترات زمنية محددة، بل تعتمد على الاستخدام الفعلي وحالته. يُساعد هذا النهج على تحسين عمر الأصول وتقليل استبدال الأجزاء غير الضرورية.

3. تعزيز السلامة والامتثال:

تدعم التوائم الرقمية المراقبة القائمة على الحالة والتي تحدد الشذوذ قبل أن يصبح حرجًا.إي بلين إيه آييدمج بيانات MEL مع التحليلات التنبؤية بحيث يتم تتبع العناصر المؤجلة وإعطائها الأولوية بشكل ذكي بناءً على المخاطر.

4. عمليات أكثر خضرة

عندما تشير النماذج التنبؤية إلى احتمالية حدوث الأعطال وتوقيتها، يُمكن تحسين جدولة الفنيين، وتجهيز الأدوات مُسبقًا، وتخزين المخزون بكفاءة أكبر. تُسلّط حلول لوفتهانزا الصناعية الضوء على هذا باعتباره مسارًا نحو خفض انبعاثات ثاني أكسيد الكربون، إذ إن تقليل الإصلاحات في اللحظات الأخيرة يعني تقليل تأخير الرحلات الجوية أو رحلات الصيانة المُستهلكة للوقود (حلول لوفتهانزا الصناعية).

دمج التوائم الرقمية في أنظمة الصيانة والإصلاح والعمرة الحالية

إن العقبة الأكبر لا تتمثل في فهم قوة التوائم الرقمية، بل في جعلها تعمل بشكل جيد مع الأنظمة القديمة.

لا تزال العديد من مؤسسات الطيران تعتمد على مجموعة متنوعة من جداول البيانات، وأنظمة الصيانة المستقلة، ومنصات تخطيط موارد المؤسسات (ERP) مع بيانات معزولة. ولا قيمة للتوأم الرقمي إن لم يتمكن من الوصول إلى بيانات دقيقة ومباشرة من هذه المصادر.

وهنا يأتي دور شركات مثل ePlaneAI. تعمل ePlaneAI على ربطنماذج التوأم الرقمي مع أنظمة تخطيط موارد المؤسساتلأتمتة عمليات الصيانة وطلبات الأجزاء وإعداد التقارير المتوافقة وجدولة الفنيين.

إذا تنبأ التوأم الرقمي بتعب معدات الهبوط، فيمكن بعد ذلك لـ ePlaneAI إنشاء أمر العمل المرتبط تلقائيًا، والتحقق من توفر الأجزاء، وضمان الامتثال التنظيمي لتتبع تأجيل MEL.

إن مفتاح التنفيذ الناجح يكمن في:

مستقبل الصيانة التنبؤية الرقمية المزدوجة في مجال الطيران

مع استمرار الصناعة في التعامل مع الهوامش الضيقة والأساطيل القديمة ومتطلبات الاستدامة، فإن الصيانة التنبؤية المدعومة بالتوائم الرقمية ستقود الطريق إلى الأمام.

وتشمل الابتكارات الناشئة ما يلي:

مع تطور نماذج الذكاء الاصطناعي وقوة البنية التحتية لإنترنت الأشياء، ستصبح التوائم الرقمية أكثر ذكاءً واستقلالية وتكاملاً في إدارة صحة الطائرات.

الطيران بذكاء أكبر وأسرع: لماذا أصبحت التوائم الرقمية جاهزة للانطلاق؟

تعمل التوائم الرقمية على إعادة تشكيل قطاع الطيران اليوم، حيث تقود شركات التصنيع وشركات النقل مثل بوينج ودلتا ولوفتهانزا الطريق نحو عمليات أسرع وأكثر أمانًا وفعالية من حيث التكلفة.

هل أنت مستعد لدمج دقة التوأم الرقمي نفسها في أسطولك؟ يساعد ePlaneAI فرق الطيران على دمج الصيانة التنبؤية في عملياتها من خلال تكاملات قوية ومبسطة. بدءًا من تحسين تأجيل الصيانة والتقييم والتقييم (MEL) وصولًا إلى التشخيص الفوري والتنبؤات الذكية، نسهل عليك اكتشاف المشكلات قبل أن تُجبر طائرتك على الهبوط.

تحدث مع فريقنا اليوم وشاهد كيفإي بلين إيه آييمكن أن يكون لديك استراتيجية صيانة آمنة للمستقبل.احجز عرضًا توضيحيًا اليوم!