دوقلوهای دیجیتال ، کلید توسعه محصول هوشمند

۳۱ جولای 2023 -نویسنده: روبرتو آرگولینی، فدریکو بونالومی، یوهانس دایچمن و استفانیا پلگرینلی

فناوری‌های دوقلوی دیجیتال می‌توانند به شرکت‌ها کمک کنند تا محصولات بهتری را سریع‌تر تولید کنند. آنها می توانند 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 سخت تر می شود. برای ارائه دلیل قانع کننده به مشتریان برای خرید، محصولات به طور فزاینده ای به بهبود عملکرد و ویژگی هایی نیاز دارند که نیاز به ادغام فناوری های پیچیده و جدید دارند. 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. و فشار برای پایین نگه داشتن هزینه های تحقیق و توسعه مانند همیشه بسیار سخت است.

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 نیز به سرعت در حال تکامل هستند و بر پیشرفت در قدرت محاسباتی، رویکردهای تحلیلی و هوش مصنوعی بنا شده اند. اینها منجر به ظهور دوقلوهای دیجیتال شده است: کپی دیجیتالی محصولات فعلی یا آینده که می توانند تمام ویژگی های همتایان فیزیکی خود را شبیه سازی کنند. 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 کنند و نتایج را بهبود بخشند، همه اینها همراه با کاهش هزینه ها ست. آنها برای سرمایه گذاری در این مفهوم عجله دارند و پیش بینی می شود که بازار جهانی فناوری های دوقلوی دیجیتال در پنج سال آینده سالانه حدود 60 درصد رشد کند و تا سال 2027 به 73.5 میلیارد دلار برسد.

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

یک دوقلو 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. این مدل‌ها محرک‌های مختلفی را پردازش می‌کنند و به آنها واکنش نشان می‌دهند، که داده‌هایی هستند که محیط خارجی را نشان می‌دهند. دوقلوهای دیجیتال انواع مختلفی از مدل ها را ترکیب می کنند و داده ها را از چندین منبع پردازش می کنند. این به آنها اجازه می دهد تا تقریب بهتری از یک شی واقعی نسبت به رویکردهای شبیه سازی سنتی ارائه دهند. در این مقاله به دوقلوهای دیجیتالی محصول می پردازیم. اینها 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.

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

مهندسی زنجیره ارزش:

از تعریف محصول تا اعتبار سنجی و عرضه برای تولید تولید: شامل یک محصول، سیستم‌ها و اجزای آن خدمات: شامل فروش محصول تا پایان عمر و بازیافت

مولفه دامنه:

عنصر منفرد و ساده در یک محصول سیستم: ترکیبی از اجزایی که برای انجام یک عملکرد خاص با یکدیگر تعامل دارند محصول: محصول کامل شامل تمام 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 خودکار طراحی: استفاده از تجزیه و تحلیل پیش بینی کننده و فناوری یادگیری ماشینی برای اجرای اصلاحات شبیه سازی خودکار و تولید خودکار نتایج بهینه سازی شده واقعی حلقه بسته پیوند جهان: استفاده از چندین مدل شبیه‌سازی پیشرفته که به طور پویا به محیط‌های در حال تغییر واکنش نشان می‌دهند و به طور منظم با داده‌های دنیای واقعی از تولید و آزمایش متصل می‌شوند.

 همانطور که سازمان‌ها ساختن و استفاده از دوقلوهای دیجیتالی را یاد می‌گیرند، هر یک از این ابعاد را طی می‌کنند و از ساده‌ترین آنها شروع می‌کنند. دامنه یک دوقلوی دیجیتال اولیه ممکن است یک جزء مهم و منفرد باشد، به عنوان مثال، گسترش می یابد.

با افزایش سطح بلوغ دیجیتال دوقلوی شرکت، به یک محصول کامل بپردازد. به طور مشابه، دوقلوهای دیجیتال اولیه ممکن است فقط در یک منطقه از زنجیره ارزش، اغلب مهندسی، اعمال شوند، در حالی که دوقلوهای بعدی ممکن است محصول را در تولید و استفاده شبیه‌سازی کنند.

دوقلوهای دیجیتالی امروز

در صنایع پیشرفته، داده‌های نظرسنجی نشان می‌دهد که تقریباً 75 درصد از شرکت‌ها قبلاً از فناوری‌های دوقلوی دیجیتال استفاده کرده‌اند که حداقل به سطوح متوسطی از پیچیدگی دست یافته‌اند. با این حال، بین بخش ها اختلاف معنی داری وجود دارد. به نظر می‌رسد که بازیکنان در صنعت خودروسازی – هوافضا و دفاع – امروزه در استفاده از دوقلوهای دیجیتال پیشرفته‌تر هستند، در حالی که بازیگران لجستیک، زیرساخت‌ها و انرژی احتمالاً اولین مفاهیم دوقلوی 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 کند تا کاهش وزن، بهبودهای آیرودینامیکی و سایر مزایای عملکرد را شناسایی کند. یک شرکت نرم افزاری اروپایی در حال ساخت یک مدل چند حالته فیزیکی 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. این سیستم برای شبیه‌سازی اثر بهبودهای طراحی قبل از اینکه به‌عنوان به‌روزرسانی‌های هوایی به مشتریان تحویل داده شود، استفاده خواهد شد. و یک شرکت صنعتی چندملیتی ایالات متحده در حال توسعه مدل‌های چندحالته 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 دیگر پیشگامان دوقلو دیجیتال چهار انگیزه اصلی را برای سرمایه گذاری خود در این فناوری ذکر می کنند.

• دوقلوهای دیجیتال یک محیط توسعه محصول بدون ریسک را فراهم می کنند و به تیم های طراحی و مهندسی اجازه می دهد تا گزینه های طراحی بیشتری را بدون هزینه مربوط به تولید و آزمایش نمونه های اولیه فیزیکی بررسی کنند.
• دوقلوهای دیجیتال با امکان ارزیابی راه حل های جدید در طیف گسترده ای از سناریوهای واقعی، از جمله شرایط عملیاتی غیرعادی و شدید، تست و اعتبار سنجی را بهبود می بخشند.
• دوقلوهای دیجیتال بینش عمیق تری در مورد رفتار محصول ارائه می دهند. مهندسان می توانند از مدل های دوقلوی دیجیتال برای نظارت بر وضعیت هر قسمت از سیستم در هر زمان و برای ردیابی تعاملات پیچیده بین عناصر محصول استفاده کنند.
• دوقلوهای دیجیتال به داده‌های دنیای واقعی اجازه می‌دهند تا با شبیه‌سازی تأثیر تغییرات طراحی پیشنهادی با استفاده از داده‌های جمع‌آوری‌شده از محصولاتی که در این زمینه جمع‌آوری شده‌اند، به بهبود محصول اطلاع دهند.

گفتگوهای ما با رهبران ارشد تحقیق و توسعه نشان می دهد که دوقلوهای دیجیتال در حال حاضر تفاوت قابل توجهی در عملکرد توسعه محصول ایجاد کرده اند. آنها مجموع زمان های توسعه را 20 تا 50 درصد برای برخی از کاربران کاهش داده اند و هزینه ها را در طول مسیر کاهش داده اند. برای دیگران، آنها تعداد نمونه‌های اولیه پیش‌تولید گران قیمت را کاهش داده‌اند – اغلب از دو یا سه به تنها یک مورد . از آنجایی که بسیاری از کارهای تست، تأیید و پذیرش مشتری را می‌توان در یک محیط مجازی تکمیل کرد، برخی از شرکت‌ها گزارش می‌دهند که محصولاتی که به عنوان دوقلوهای دیجیتال شروع به کار می‌کنند، ۲۵ درصد مشکلات کیفی کمتری در هنگام ورود به تولید دارند. آنها از نظر تجاری نیز شانس بیشتری برای موفقیت دارند . یک شرکت به لطف ویژگی های بهتر، کیفیت بالاتر و رضایت مشتری بهبود یافته، فروش 3 تا 5 درصدی محصولات مبتنی بر دیجیتال دوقلو را گزارش کرده است. در نهایت، یک دوقلوی دیجیتال ایجاد شده در طول توسعه محصول می‌تواند به شرکت‌ها اجازه دهد تا طیف وسیعی از خدمات پس از فروش با ارزش افزوده، از جمله نگهداری پیش‌بینی‌کننده و بهینه‌سازی عملکرد در حین خدمت را ارائه دهند. این امر می تواند درآمد را 5 تا 10 درصد در برخی از دسته بندی های محصول افزایش دهد.

یک روش جدید کار

ادغام فناوری دوقلوی دیجیتال در مراحل اولیه توسعه محصول می‌تواند به شرکت‌ها اجازه دهد تا فرآیندهایی را اتخاذ کنند که سریع‌تر عمل کنند، نتایج بهتری ارائه دهند و آنها را به مشتریان خود نزدیک‌تر کنند. به عنوان مثال، طراحی محصولات پیچیده و بسیار سفارشی شده مانند ماشین آلات برای تولید پیشرفته را در نظر بگیرید. چنین محصولاتی معمولاً به صورت تکی یا در حجم بسیار کم ساخته می شوند و هر واحد به ورودی مهندسی اولیه قابل توجهی نیاز 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 پلت فرم 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 ماشین های پیچیده معمولاً از یک ترکیب استفاده می کنند.

با استفاده از عناصر موجود و جدید مهندسی شده، شرکت‌ها می‌توانند کتابخانه‌ای از مدل‌های دیجیتال-دوقلو از اجزای کلیدی نگهداری کنند و آنها را با مدل‌های قطعات جدید ترکیب کنند تا یک دوقلوی دیجیتال کامل ایجاد کنند. از آن دوقلو می توان برای نشان دادن راه حل پیشنهادی به مشتری و تأیید اینکه طرح جدید نیازهای آنها را برآورده می کند استفاده کرد. و مدل‌های دیجیتال دوقلوی اجزای جدید را می‌توان به کتابخانه اضافه کرد و آن‌ها را برای پروژه‌های آینده با شرایط مشابه در دسترس قرار داد.

پذیرش دوقلو: غلبه بر چالش ها

با این حال، ساخت یک پلت فرم دیجیتال – دوقلو مشکل است. برای مثال، پذیرندگان اولیه چالش‌هایی را در مورد ادغام فناوری‌های دوقلوی دیجیتال در محیط توسعه محصول دیجیتال موجود و زیرساخت‌های فناوری اطلاعات گسترده‌تر گزارش می‌کنند. دوقلوهای دیجیتال همچنین به روش‌های جدیدی برای کار نیاز دارند، هم در عملکردهای تحقیق و توسعه و هم فراتر از آنها. 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، شرکت‌ها می‌توانند رویکردی مرحله‌ای برای پذیرش دیجیتال – دوقلو اتخاذ کنند. سه مرحله اول به چالش های تکنولوژیکی انتخاب پلت فرم، طراحی معماری و ادغام می پردازد. مراحل بعدی بر تحول سازمانی مورد نیاز برای پشتیبانی از فرآیندها و شیوه های کاری جدید تمرکز می کنند.

• در مرحله هوش رقابتی و محدوده، سازمان انواع راه حل های دیجیتال -دوقلو موجود در بخش خود را شناسایی می کند 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 می کند تا چارچوبی برای سفر تحول خود ایجاد کند.
• در مرحله طراحی معماری و تعریف پشته ی نرم افزار، سازمان اجزای نرم افزاری خاص، روابط و رابط هایی را که برای برآورده کردن ایده آل های دیجیتالی دوقلو خود به آن نیاز دارد، شناسایی می کند. با استفاده از ترکیبی از ابزارهای طراحی دیجیتال موجود و عناصر جدید، یک پشته نرم افزاری طراحی خواهد کرد که قابلیت های مربوطه را فراهم می کند. و تصمیم خواهد گرفت که آیا این عناصر باید در داخل توسعه داده شوند یا از یک ارائه دهنده خریداری شوند.
• در مرحله توسعه نرم افزار- تعالی، سازمان فرآیندها و قابلیت های مورد نیاز خود را برای توسعه، ادغام و راه اندازی پلتفرم دیجیتال- دوقلو 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 اوج خود، یک تیم توسعه پلتفرم دیجیتال دوقلو ممکن است حدود 50 نفر را درگیر کند.

برای ادغام فناوری دوقلوی دیجیتال در سازمان، شرکت ها می توانند یکی از سه کهن الگو (نمودار) را انتخاب کنند. تیم دیجیتال دوقلو می‌تواند به‌عنوان یک واحد تجاری مجزا تشکیل شود که مسئول ایجاد مجموعه‌ای متمایز از دارایی‌های دیجیتالی است که در کنار دارایی‌های فیزیکی مربوطه فروخته می‌شوند. یا تیم دیجیتال- دوقلو می تواند در یک واحد تجاری موجود، با تمرکز بر توسعه و پشتیبانی از برنامه های کاربردی دیجیتال دوقلو مرتبط با محصولات آن کسب و کار، ادغام شود. این رویکرد می‌تواند راه خوبی برای کسب تجربه با دوقلوهای دیجیتال باشد، یا ممکن است در مواردی مناسب باشد که هم‌افزایی محدود بین واحدهای تجاری به این معنی باشد که با ایجاد تیم دوقلوی دیجیتال به عنوان یک واحد مجزا، ارزش اضافی کمی به دست می‌آید. در نهایت، تیم دیجیتال- دوقلو می‌تواند به‌عنوان یک مرکز برتر مجزا عمل کند که از توسعه برنامه‌های کاربردی در واحدهای تجاری موجود پشتیبانی می‌کند. این رویکرد به شرکت‌ها کمک می‌کند تا تلاش‌های دوقلوی دیجیتالی خود را به سرعت مقیاس‌بندی کنند، در حالی که از فرآیندها و مؤلفه‌های فناوری منسجم اطمینان حاصل می‌کنند.

سه گزینه اصلی برای موقعیت یابی توسعه دیجیتال دوقلو در یک سازمان وجود دارد.

دوقلوهای دیجیتال به شرکت های تولید کننده کمک می کنند تا از پیشرفت های اخیر در هوش مصنوعی اینترنت اشیا سرمایه گذاری کنند. همانطور که این فناوری ها به پیشرفت سریع اخیر 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، به عنوان مثال می توان با تغییر تنظیمات حسگرها و سخت افزار نصب شده روی محصولات در این زمینه باشد . 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 بندری، سیستم‌های حمل‌ونقل شهری، یا زنجیره‌های تامین مهندسی چندجانبه را ممکن می‌سازد. در نهایت، ممکن است شاهد ظهور دوقلوهای دیجیتال باشیم که می توانند از تجربیات خود بیاموزند، فرصت ها را شناسایی کنند و محصول را بهبود بخشند.

درباره نویسنده (نویسندگان)

روبرتو آرگولینی شریک دفتر مک کینزی در میلان است،  فدریکو بونالومی مشاور و استفانیا پلگرینلی شریک وابسته است. و یوهانس دایچمن شریک دفتر اشتوتگارت است.

نویسندگان مایلند از کریس آناگنوستوپولوس، ریکاردو باگنارا، اوندری بورکاکی، ریکاردو کالزا، ماتئو گراندینی، هوگ لاواندیه، الساندرو ماتوزی، سیمونا موراکیولی، جیانفردو رومانو و رافائل وستینر برای مشارکت‌هایشان در این مقاله تشکر کنند.

https://www.mckinsey.com