طراحی و توسعه دوقلوهای دیجیتال: یک مطالعه موردی در زنجیره های تأمین

فناوری دوقلوی دیجیتال شامل ایجاد ماکت های مجازی از اشیاء یا فرآیندها است که رفتار همتایان واقعی آنها را شبیه سازی می کند. هدف تجزیه و تحلیل اثربخشی یا رفتار آن در موارد خاص برای بهبود اثربخشی آن است. مدل دوقلوی دیجیتال می تواند اطلاعاتی را از گذشته نشان دهد ، فعلی را بهینه کند و حتی عملکرد آینده مناطق مختلف مورد تجزیه و تحلیل را پیش بینی کند. در زمینه زنجیره های عرضه ، دوقلوهای دیجیتال شیوه انجام تجارت را تغییر می دهند و طیف وسیعی از گزینه ها را برای تسهیل محیط های مشارکتی و تصمیم گیری مبتنی بر داده ها و ساخت فرایندهای تجاری قوی تر می کنند. در این مقاله طراحی و توسعه یک دوقلو دیجیتال برای یک مطالعه موردی از یک شرکت دارویی ارائه شده است. فناوری مورد استفاده بر اساس شبیه سازها ، حل کننده ها و ابزارهای تحلیلی داده است که اجازه می دهد این توابع در یک رابط انتگرال برای شرکت متصل شوند.

روی نسخه خطی کار می کنید؟

از رایج ترین اشتباهات خودداری کنید و نسخه خطی خود را برای ویراستاران ژورنال آماده کنید.

معرفی

با توجه به ازدحام بیش از حد و در برخی موارد به تخصص ترجیحات مصرف کننده در محیط های تجاری ، عملیات در امتداد زنجیره های تأمین به طور فزاینده ای پیچیده می شوند. با توجه به اینکه راه اندازی سفارش مشتری چرخه فعالیت های یک زنجیره تأمین را آغاز می کند ، از تولید ، توزیع و اداره محصول در امتداد آن ، یک عامل به طور فزاینده ای برای کنترل ، دید محصول و شفافیت کل فرآیند است. بشربه طور معمول ، زنجیره های تأمین بسته به مرحله ای که در آن قرار دارند ، عملیات خود را تقسیم کرده اند. هر مرحله از فرآیند برنامه ریزی می کند ، عملیات خود را بر اساس دیدگاه خاص از مرحله زنجیره تأمین که در آن قرار دارند ، اجرا و تصحیح می کند. این راه حل ها یک رویکرد محلی و غیر جهانی برای فرآیند دارند. یادآوری این نکته حائز اهمیت است که تصمیمی که با یک رویکرد محلی گرفته شده می تواند از یک دیدگاه جدایی ناپذیر ناکارآمد باشد. از نظر تاریخی ، راه حل مشکلات فوق الذکر استفاده از سیستم های برنامه ریزی منابع سازمانی (ERP) است که به [1 ، 2] مراجعه کنید. در داخل شرکت ، سیستم های ERP وسیله ای سنتی برای به اشتراک گذاری و انتقال داده ها و اطلاعات در تمام پیوندها در زنجیره تأمین است. هدف هماهنگی فعالیت های موجود در شرکت است. این هدف از طریق به اشتراک گذاری داده ها و اطلاعات بین بخش ها و مناطق تجاری حاصل می شود. با این حال ، بسیاری از محدودیت های سیستم ERP گزارش شده است ، از جمله عدم پاسخ در زمان واقعی به پویایی تغییرات در سفارشات ، موجودی ها و وقایع ناشی از اختلال در زنجیره تأمین. بسیاری از سایر مضرات سیستم های ERP عبارتند از: خطرات امنیتی ، عدم وجودابزارهای یکپارچه برای تصمیم گیری ، به عنوان مثال ، پیش بینی ، بهینه سازی ، شبیه سازی ، تجزیه و تحلیل داده ها. در اصل ، مشکلات ادغام با سایر سیستم ها و اصلاحات نرم افزار ERP مضرات عمده ای است که باید در نظر بگیرید [15 ، 53]. جنرال الکتریک [17] ، یکی از پیشگامان در توسعه راه حل های فناوری در جهان ، ذکر می کند که یک دوقلوهای دیجیتال بازنمایی نرم افزاری از دارایی ها و فرآیندهایی هستند که برای درک ، پیش بینی و بهینه سازی عملکرد به منظور دستیابی به نتایج تجاری بهبود یافته استفاده می شوند. بشردوقلوهای دیجیتال از سه مؤلفه تشکیل شده اند: یک مدل داده ، مجموعه ای از تجزیه و تحلیل یا الگوریتم ها و دانش. با توجه به مفهوم کلاسیک دوقلوهای دیجیتال و عدم وجود راه حل های جامع و قوی در طول یک زنجیره تأمین ، می توان به طور طبیعی مفهوم دوقلو دیجیتال را در زنجیره های تأمین تصور کرد.

طراحی یک دوقلو دیجیتال با سازمان هایی که بخشی از یک زنجیره تامین هستند، فعالیت های نظارت و کنترل دیجیتالی عملیات را در تمام پیوندهای سیستم تسهیل می کند. طراحی دوقلو دیجیتال مزایای زیادی دارد، زیرا تمام بینش ها و اطلاعات عملیاتی و مالی سیستم و همچنین پیکربندی دستگاه ها، وضعیت سفارش و سفارشات تولید را در بر می گیرد. مزایا با پیش بینی عملیات بعدی و اختلالات احتمالی سیستم به دست می آید. به دلایلی که در بالا ذکر شد، واضح است که به توسعه قریب الوقوع دوقلوهای دیجیتال در زمینه های زنجیره تامین نگاه کنیم. نسخه خطی به شرح زیر تنظیم شده است. بخش 2 مرور ادبیات و پیشینه تحقیق را نشان می دهد. بخش 3 روش شناسی را معرفی می کند. بخش 4 عملکردهای دوقلوی دیجیتال و رابط را ارائه می دهد. بخش 5 نشان می دهد که مطالعه موردی برای یک شرکت داروسازی چگونه است. بخش 6 نتایج مقاله را مورد بحث قرار می دهد. در نهایت، بخش 7 نتیجه گیری ها را خلاصه می کند و اهداف پیشرفت های آتی را تعیین می کند.

بررسی ادبیات

به طور معمول ، زنجیره های تأمین به طور گسترده مورد بررسی قرار گرفته اند. بهینه سازی فعالیت های آن ، پیش بینی فروش ، پیش بینی خرابی در پیوندهای آن و پیشنهاد مکانیسم های هماهنگی برخی از نمونه ها است [28]. امروزه ، برخی از مسائل مربوط به روند ، به ویژه موارد دیجیتالی سازی زنجیره تأمین [9 ، 14 ، 44]. در [41] ، نویسندگان یک مطالعه حاضر از چارچوب پارادایم دیجیتالی غالب را ارائه می دهند که می تواند برای عملیات درون زنجیره تأمین اعمال شود. اگرچه این یک الگوی جدید نیست ، اما این یک الگوی است که در محیط لجستیک قوی تر می شود. با پرداختن به این نیاز ، مفهوم دوقلوی دیجیتال زنجیره تأمین هنوز استاندارد نیست. مفاهیم و کارکردهای اساسی که طراحی این موارد باید شناخته شده باشد ، اما توسعه برنامه ها کمیاب بوده است. برخی از نمونه ها را می توان در [7 ، 24 ، 25 ، 29 ، 30 ، 38 ، 40] یافت. با استفاده از ترکیبی از هوش مصنوعی (داده کاوی ، یادگیری عمیق و تجزیه و تحلیل) ، دوقلوهای دیجیتال می توانند یک دوقلو فیزیکی را آینه دهند و قبل از وقوع ، مسائل را آشکار کنند ، آنها برای انتقال داده های زمان واقعی به طیف وسیعی از سنسورهای تعبیه شده در دنیای فیزیکی تکیه می کنند. در مورد روند عملیاتی و محیط. داده های جمع آوری شده از سنسورهای متصل سپس روی ابر مورد تجزیه و تحلیل قرار می گیرند و از طریق اینترنت داشبورد قابل دسترسی هستند. با توجه به صنایع مختلف ، صنعت داروسازی صنعتی است که دارای ویژگی های ویژه ای است. زنجیره های تأمین دارویی به طور معمول تلاش های بیشتری را برای اطمینان از تعالی در عملیات خود سرمایه گذاری کرده اند. فرایند توزیع دارو شامل حمل و نقل از کارخانه ها به یک انبار مرکزی است و بسته به زنجیره تأمین ، می توان از مراکز توزیع میانی قبل از تحویل به مراکز درمانی استفاده کرد. در [47] ذکر شده است که یک سیستم تأمین پزشکی به خوبی طراحی شده تضمین می کند که تهیه ، ذخیره سازی و حمل و نقل کاملاً با طراحی شبکه ای که می تواند داروهای درخواست شده را به موقع ، در مقادیر صحیح و کمترین میزان ارائه دهد ، مرتبط است

هزینه احتمالیدر این سیستم های توزیع [11 ، 46] ، در نظر گرفته شده است تا اطمینان حاصل شود که کیفیت داروهای توزیع شده حفظ شده است ، و همچنین برای اجرای ذخیره قابل اعتماد و حمل و نقل سریع به خرده فروشان و مشتریان انجام می شود. برخی از نویسندگان زنجیرهای فرآیند را با استفاده از دوقلوهای دیجیتال توسعه داده اند اما یک دوقلو دیجیتال زنجیره تأمین نیستند. این تفاوت در روشی است که نتایج به دست آمده در هر فرآیند به هم پیوسته است. این نویسندگان ادعا می کنند که فرآیندهای آنها به طور مداوم در طول توسعه پیشنهادی خود کنترل می شود. طبق سند مورد تجزیه و تحلیل ، موارد شرکتهای پیشگام در توسعه دیجیتالی شدن زنجیره های عرضه آنها ارائه شده است: BMW و 3M ، به [4] و [6] مراجعه کنید. این شرکت 3M به عنوان یک هدف آینده برای توسعه یک دوقلو دیجیتال از زنجیره تأمین خود ، برای این کار در تلاش است تا از ERP سنتی خود به طرحی مهاجرت کند که امکان بهینه سازی ، تجسم و کنترل تمام فرآیندهای خود را فراهم می کند. علاوه بر این ، BMW تلاش کرده است تا زنجیره تأمین کل کارخانه خود را با دقت میلی متر ایجاد کند. به این ترتیب آنها اطمینان حاصل می کنند که عملکرد آن بهینه سازی می شود [8]. در این سند ، نویسندگان ذکر می کنند که اینترنت اشیاء قابلیت ردیابی محصولات در یک زنجیره تأمین را کاتالیز کرده است. ARI نرم افزار AG به عنوان جایگزینی برای ایجاد دوقلوی دیجیتال یک زنجیره تأمین ارائه شده است [39]. اولین تحولات دوقلوهای دیجیتال در زمینه های تولید در تولید هوشمند ارائه شده است و تا به امروز تکامل آن هنوز در حال رشد است [10] و [18]. در [19،20،21] نویسنده دستورالعمل هایی را برای آینده دوقلوهای دیجیتال در سیستم های ERP و همچنین کارهای آینده که باید انجام شود ، ارائه می دهد. فرصت ها متنوع و پیچیده است. تحولات جدید می تواند به مدیریت تقاضا ، قابلیت ردیابی محصول و روابط تجاری با مشتریان کمک کند. نویسندگان [31 ، 32 ، 34] از مزایای طراحی یک دوقلو دیجیتال یاد می کنند. از جمله این مزایا ، همه تصمیمات پایان به پایان در فرآیندهای یک شرکت است. نویسنده در مورد توانایی جدا کردن فرآیندهای تجزیه و تحلیل و برنامه ریزی تأمل می کند. زمینه های عملکردی شرکت که در نظر گرفته می شود عبارتند از تولید ، نگهداری ، بازاریابی و توزیع که همه آنها استراتژی مدیریت را در نظر می گیرند. در [43 ، 45 ، 49،50،51،52] نویسندگان موافق هستند که دیجیتالی شدن زنجیره تأمین در 20 سال آینده برگزار می شود. با این حال ، این تغییرات به تدریج اتفاق می افتد. استارک [42] گفته می شود که توسعه دوقلوهای دیجیتال توسط ناسا انجام شده است ،

که عملکرد ماهواره را تحت نظر داشت و با استفاده از شبیه سازها تغییرات پیش بینی شده را پیش بینی می کرد. نویسنده خاطرنشان می کند که این فناوری اخیر است و این تنها آغاز تحولات فناوری است. دو برنامه برای یک دوقلو دیجیتال شرح داده شده است. استفاده از دوقلو دیجیتال به خودی خود ، بدون در نظر گرفتن یک محصول فیزیکی یا خدمات و استفاده از یک دوقلو دیجیتال در مالکیت با محصول یا خدمات. اولین توسعه یک دوقلو دیجیتال در زمینه تولید انجام شد ، بنابراین طراحی این دوقلوها در زنجیره تأمین هنوز ضعیف توسعه یافته است. در [27] این مطالعه نشانه هایی از نحوه استفاده از دوقلوهای دیجیتال در زنجیره تأمین را با توجه به مدیریت و مدیریت اطلاعات نشان می دهد. داده های بزرگ به عنوان جایگزینی برای مدیریت زنجیره تأمین ارائه شده است. آنها از قیاس با دستگاه تقسیم برق برای وسایل نقلیه هیبریدی مانند تویوتا پریوس استفاده کردند. این خودرو می تواند از یک موتور بنزینی کامل یا یک موتور الکتریکی کامل استفاده کند یا از هر دو نوع انرژی استفاده کند. در [3 ، 16 ، 23 ، 26 ، 48] بیان شده است که یک دوقلو دیجیتالی زنجیره تأمین می تواند حمل و نقل ، موجودی ، تقاضا و سایر کارکردهای شرکت را کنترل کند. همه اینها در زمان واقعی ، اجازه می دهد تا تصمیمات به موقع اتخاذ شود. همچنین می توان از شبیه سازی رویدادهایی که هنوز اتفاق نیفتاده است استفاده کنیم و به ما امکان پیش بینی آینده را می دهد. این مقاله تضمین می کند که همه چیز گفته شده فقط تئوری ها است و لازم است تحولات در زنجیره تأمین تحلیل شود.

طراحی و توسعه دوقلوهای دیجیتال زنجیره تأمین

با توجه به اینکه یک دوقلو دیجیتال یک نمایش مجازی پویا از یک شی یا سیستم فیزیکی است، می توانیم یک دوقلو دیجیتال زنجیره تامین را به عنوان یک مدل شبیه سازی دقیق از یک زنجیره تامین واقعی تعریف کنیم که رفتار و پویایی یک زنجیره تامین را برای میان مدت پیش بینی می کند. تصمیمات کوتاه مدت [37]. امروزه توسعه و پیاده سازی دوقلوهای دیجیتال در زنجیره تامین به صورت استاندارد انجام نمی شود. هیچ پلتفرم فناوری واحدی وجود ندارد که بتواند تمام فعالیت های یک دوقلو دیجیتال را انجام دهد. با این حال، برخی از ابزارهای رایانه ای شروع به تقویت عملکرد خدمات ارائه شده خود کرده اند، به SAP [35] و anylogistix [38] مراجعه کنید. برای سایر برنامه ها می توانید Veracity توسط DNV GL را ببینید. این در Microsoft Azure ساخته شده است که مدیریت قابل اعتماد داده را در فضای ابری تضمین می کند.[13]. پیشرفت های دیگر، MindSphere توسط زیمنس [36] است که می تواند تمام تجهیزات و سیستم های شما را به هم متصل کند، داده های آن ها را استخراج کرده و آنها را به اطلاعات ارزشمند برای شرکت تبدیل کند. یکی از قوی ترین توسعه های دیجیتالی دوقلو، پلتفرم شبیه سازی باز (OSP) است [12]. ایجاد شده با تلاش مشترک بین Det Norske Veritas Germanischer Lloyd Group (DNV GL)، دانشگاه علم و فناوری نروژ (NTNU)، رولزرویس وSINTEF اقیانوس.

طرح

با این حال، اگرچه هیچ طرح واحدی برای طراحی و توسعه برای دوقلوهای دیجیتال در زنجیره تامین وجود ندارد، در این کار، ما به معماری شش لایه برای دوقلوهای دیجیتال پیشنهاد شده توسط [33] تکیه می کنیم. این معماری چشم انداز خنثی و نیازهای خاص ذینفعان را در نظر می گیرد. هر یک از لایه های دوقلو دیجیتال پیشنهادی در زیر به تفصیل آمده است.

دوقلو فیزیکی

استفاده از دستگاه های اندازه گیری موجودی در محیط های RFID متشکل از برچسب هایی که می توان به هر محصولی چسباند. فناوری RFID عمدتاً بر تعامل دو عنصر اساسی است: TAG و خواننده. این برچسب حاوی یک آنتن است که به دستگاه اجازه می دهد به سیستم متصل شود و یک ریزتراشه که اطلاعات را جمع آوری می کند. هنگامی که تگ RFID انرژی حاصل از آنتن های خواندن را دریافت می کند، تراشه از این انرژی به عنوان منبع تغذیه استفاده می کند و تمام مدارهای داخلی خود را فعال می کند.

منبع داده محلی

داده های جمع آوری شده توسط متخصصان از طریق صفحه گسترده یا سایر پایگاه داده ها بارگذاری می شود. هر روز هزینه های فن آوری های محاسباتی جدید پایین تر است ، که باعث می شود سرمایه گذاری در دستگاه هایی که داده های لازم را برای شروع فرایند فراهم می کنند ، تسهیل می کند. استفاده از یک بانک اطلاعاتی داخلی توصیه می شود که به اطلاعات مربوط به دستگاه های سایبری می پیوندد. این باعث کاهش وابستگی می شود و پشتیبانی را ساده می کند.

مخازن داده های محلی

استفاده از پایگاه داده های محلی (صفحات گسترده ساده در هر منطقه یا بخش درگیر در دوقلو دیجیتال). عمدتا دو نوع ذخیره سازی ، ذخیره سازی محلی و ذخیره ابری وجود دارد. اولین مورد این ضرر را دارد که نتوانیم داده های خود را در هر مکانی ، فقط در شبکه و همچنین مشکلات امنیتی و آسیب جسمی در دسترس قرار دهیم ، اگرچه هزینه متوسط دارد. در مقابل ، ذخیره سازی ابری امکان هماهنگی دستگاه ها را در هر نقطه ، تنظیم بالا و امنیت بیشتر در تبادل داده به ما ارائه می دهد. این هزینه نسبتاً بالایی دارد زیرا ما باید پشتیبان تهیه کنیم ، به اتصال سریع (ترجیحاً فیبر نوری) و نگهداری همه سخت افزار نیاز دارد. نقطه ضعف این است که ما را ملزم به آگاهی از این است که این سرویس به درستی کار می کند زیرا چندین عامل ممکن است شکست بخورند که ممکن است کار را برای ما غیرممکن کند.

رابط IoT Gateway

دروازه IoT یک فناوری مهم است که دستگاه های الکترونیکی را قادر می سازد تا داده ها را به اشتراک بگذارند و داده ها را به اشتراک بگذارند ، داده هایی که می توانند مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرند و به اطلاعات ارزشمندی تبدیل شوند که امکان بهینه سازی فرآیندهای عملیاتی را برای صنایع درگیر فراهم می کند. برای تجزیه و تحلیل دقیق تر داده ها را به سیستم های تجاری (ERP یا دوقلوهای دیجیتال) ارائه دهید. با توجه به ماهیت طراحی دوقلوی دیجیتال ، در مورد ما ، پلت فرم Anylogistix (ALX) نیازی به توسعه رابط IoT ندارد تا داده های به دست آمده در صفحات گسترده ساده سازگار باشد.

مخازن اطلاعات مبتنی بر ابر

Cloud Private Anylogic [5] یک بستر امن برای میزبانی مدل های شبیه سازی در مرکز داده شما یا ارائه دهنده پلت فرم ابر است. این به طور بومی توسط ALX پشتیبانی می شود.