A scalable and adaptive digital twin architecture for intelligent management of complex systems
Karmaşık sistemlerin akıllı yönetimi için ölçeklenebilir ve uyarlanabilir bir dijital ikiz mimarisi
- Tez No: 953359
- Danışmanlar: PROF. DR. SUAT ÖZDEMİR
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Nesnelerin interneti, Optimizasyon, Tahmin modelleri, Yapay zeka, Internet of things, Optimization, Estimation models, Artificial intelligence
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Hacettepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Dijital İkiz (Dİ) teknolojisi; simülasyon, iletişim, hesaplama ve yapay zekâyı entegre ederek fiziksel varlıkların sanal temsillerini oluşturmaktadır. Dİ'ler üretim, havacılık, sağlık, akıllı şehirler ve akıllı şebekeler gibi sektörlerde yaygın olarak benimsenmiş olsa da, yüksek geliştirme maliyetleri, karmaşık entegrasyon süreçleri, veri bütünlüğü endişeleri, standartlaşma gereksinimleri, ölçeklenebilirlik sorunları ile güvenlik ve gizlilik riskleri gibi kritik zorluklarla karşı karşıyadır. Bu tezde, karmaşık sistemler için sağlam, ölçeklenebilir, güvenli ve uyarlanabilir bir çözüm sunmak amacıyla Dİ'ler üzerine çalışmalar yapılmıştır. İlk olarak, fiziksel sistemlerin yüksek doğrulukta sanal kopyalarının oluşturulabilmesi için hiyerarşik bir Dİ yaklaşımı tanıtılmıştır. İkinci olarak, Dİ geliştirme sürecini sadeleştirmek ve standartlaştırmak amacıyla SDLC destekli bir Dİ geliştirme modeli önerilmiştir. Üçüncü olarak, simülasyonları, gerçek zamanlı veri toplamayı, fiziksel sistem kontrolünü, senaryo analizini, veri analizini, zaman serisi tahminlerini ve optimizasyon yöntemlerini entegre eden bulut tabanlı bir Dİ mimarisi tasarlanmıştır. Dördüncü olarak, bu mimari; büyük ölçekli sistemlerde hesaplama görevlerinin verimli bir şekilde dağıtılması, gecikmenin azaltılması ve kaynak kullanımının iyileştirilmesi amacıyla uç, sis ve bulut bilişim katmanlarını içerecek şekilde genişletilmiştir. Önerilen çözümün etkinliği, mikro-şebekeler üzerine yapılan vaka çalışmalarıyla ortaya konmuştur; bu çalışmalarda temel bileşenler ve aralarındaki karmaşık etkileşimler Dİ çözümleri içerisinde temsil edilmiştir. Elde edilen sonuçlar; veri gecikmesinde, bant genişliği sınırlamalarında, hesaplama verimliliğinde ve ölçeklenebilirlikte iyileşmelerin yanı sıra, öngörücü analizlerde yüksek doğruluk ve optimizasyon süreçlerinde etkili performans sergilendiğini göstermektedir. Dİ sistemlerinde karşılaşılan temel zorluklara çözüm sunan bu önerilen çözüm, Dİ araştırmaları için güçlü bir temel oluşturmakta; gelecekteki teknolojik gelişmelere uyum sağlayabilecek esneklikte olmakta ve akıllı üretim, sağlık hizmetleri ve akıllı şehirler gibi diğer alanlara da genişletilebilmektedir.
Özet (Çeviri)
Digital Twin (DT) technology creates virtual representations of physical entities by integrating simulation, communication, computing, and artificial intelligence. Although DTs have been widely adopted in industries such as manufacturing, aviation, healthcare, smart cities, and smart grids, they still face critical challenges, including high development costs, complex integration, data integrity concerns, standardization needs, scalability issues, and security and privacy risks. In this thesis, we worked on DTs to offer a robust, scalable, secure, and adaptable solution for complex systems. First, a hierarchical DT approach is introduced to create high-fidelity virtual replicas of physical systems. Second, an SDLC-assisted DT development model is proposed to simplify and standardize the DT development process. Third, a cloud-based DT architecture is designed to integrate simulations, real-time data collection, physical system control, scenario analysis, data analytics, time-series forecasting, and optimization methods. Fourth, the architecture is extended into edge, fog, and cloud computing to distribute computational tasks efficiently, reduce latency, and improve resource utilization in large-scale systems. The effectiveness of the overall solution is demonstrated through case studies on micro-grids, where key components and their complex interactions are represented in the DT solutions. The results show improvements in data latency, bandwidth limitations, computational efficiency, and scalability, along with high accuracy in predictive analytics and effective performance in optimization. By addressing key challenges in DT systems, the proposed solution provides a strong foundation for DT research, remains adaptable to future technological advancements, and can be extended to other domains such as smart manufacturing, healthcare, and smart cities.
Benzer Tezler
- Ovulasyon indüksiyonu tedavisinde folliküler gelişimin ultrasonografik takibi
Başlık çevirisi yok
MERİH BAYRAM
Tıpta Uzmanlık
Türkçe
1987
Kadın Hastalıkları ve DoğumGazi ÜniversitesiKadın Hastalıkları ve Doğum Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. MÜLAZIM YILDIRIM
- Çimentonun sertleşmesi üzerinde kimyasal komponentlerin etkisi
Başlık çevirisi yok
NACİYE TÜRKEL
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- Bazı esterlerin kinetik incelenmesi ve termodinamik parametrelerin belirlenmesi
Kinetic study and detesmination of thermodnamic parameters of some esters
İBRAHİM TAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
1986
Kimya MühendisliğiUludağ ÜniversitesiKimya Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA CEBE
- İzmir'de bazı yolların kapatılarak yaya bölgeleri oluşturma da kent peyzajını geliştirme açısından yeniden planlanması üzerinde araştırmalar
Başlık çevirisi yok
BAHAR TÜRKYILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
1985
Şehircilik ve Bölge PlanlamaEge ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
- Atherosklerotik kalp hastalıklarında risk faktörleri
Risk factors in the coronary artery disease
MURAT SUHER