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17 de Agosto, 2022

Tecnologia Artigo

Tecnologias da Indústria 4.0: tudo que você precisa saber sobre Gêmeos Digitais

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A Quarta Revolução Industrial marca a movimentação do setor em direção a mais eficiência, automação e autonomia em escala. Essa nova era da indústria reflete a evolução e convergência de diversas novas tecnologias, materializando a visão de um futuro marcado por avanços tecnológicos-robóticos. 

Embora o conceito de Indústria 4.0 venha sendo amplamente explorado nos últimos anos, suas tecnologias habilitadoras e principais aplicações ainda são relativamente desconhecidas. Pensando nisso, o CESAR deu início a uma série de conteúdos voltados para explorar, de maneira mais aprofundada, como cada tecnologia habilitadora da Indústria 4.0 atua e impacta o setor, juntamente à casos reais do mercado. 

O primeiro conteúdo abordou a IIoT, Internet das Coisas Industrial. Além dela, outras tecnologias serão exploradas nos conteúdos que virão a seguir, como: 

Neste material, daremos continuidade à série ao falar sobre Gêmeos Digitais, uma tecnologia moderna e ambiciosa, com um potencial de contribuição em diversas áreas. 

O que são gêmeos digitais?

Um gêmeo digital é um conceito que surge da modelagem e simulação, e que agora pode - com mais precisão - refletir um produto físico, processo ou serviço com o auxílio de IoT. A principal ideia é que estímulos gerados no modelo real e virtual produzam a mesma resposta. Esse emparelhamento entre o mundo físico e virtual, permite que fábricas monitorem e controlem remotamente equipamentos e sistemas, por exemplo. 

Além disso, os gêmeos digitais são chave para que seja possível executar modelos de simulação para testar e prever alterações de ativos e processos em diferentes cenários, contribuindo para que empresas obtenham benefícios substanciais, como operações aprimoradas, inovação de produtos e serviços, e time-to-market mais rápido.

Os gêmeos digitais ganharam interesse significativo nos últimos anos, à medida que a Internet das Coisas (IoT) se tornou cada vez mais difundida, porém, a sua lógica não é novidade: o conceito esteve presente na tecnologia de emparelhamento da NASA no projeto Apollo 13. O futuro da tecnologia, contudo, só poderá mostrar todo o seu potencial depois que os dispositivos de IoT se tornarem difundidos e acessíveis.

É possível utilizar Gêmeos Digitais para:

  • Reproduzir virtualmente um sistema de produção;
  • Analisar processos logísticos;
  • Testar processos de montagem da linha de produção;
  • Integrar informações para que, se houver mudança no design do produto, a produção também seja alterada.
Fonte da imagem: Siemens

Uma nova forma de projetar e desenvolver

Na Indústria 4.0, os fabricantes estão sendo levados a desafiar suas próprias suposições quando se trata de processos e práticas tradicionais de design. As organizações que já estão inseridas nesse cenário 4.0 utilizam gêmeos digitais para desenvolver modelos de alta fidelidade necessários para realizar simulações de um sistema, visando validar hipóteses ainda nos estágios iniciais de um processo. 

O gêmeo digital pode permitir que as empresas tenham uma projeção digital completa de seus produtos, desde o design e desenvolvimento, até o final do ciclo de vida deles. A partir disso, é possível entender não apenas o produto projetado, como também o sistema que o construiu e como ele é utilizado. 

Fabricantes de máquinas também conseguem utilizar gêmeos digitais para otimizar as funcionalidades dos equipamentos. Os dados da máquina “real” podem ser carregados em um modelo, ainda na fase de design. Isso resulta em um gêmeo digital, que é capaz de simular as operações e fluxo de trabalho ao longo do tempo útil da máquina.

Com a criação do gêmeo digital, as empresas podem obter um valor significativo quando se fala em aprimorar operações, reduzir defeitos e criar modelos de negócios emergentes para gerar receita.

Como é a estrutura de um gêmeo digital

Os gêmeos digitais estão ganhando cada vez mais força nas verticais industriais. Isso ocorre porque é possível construir um gêmeo digital de quase tudo, independentemente do seu tamanho, de componentes e ativos únicos (rotores, turbinas, oleodutos etc.) a processos e ambientes complexos (linhas de produção, fábricas, parques eólicos etc.). 

Contudo, é importante frisar que o nível de sofisticação e detalhes dos modelos de gêmeos digitais depende da disponibilidade e maturidade da infraestrutura de TI de uma organização. 

A criação de gêmeos digitais requer diferentes elementos, como:

Sensores: Para a captura de comportamentos operacionais de ativos e processos (vibração, temperatura, pressão, etc.), juntamente com seus ambientes de funcionamento (temperatura do ar, umidade, etc.);

Redes de comunicação: Para a transferência de dados seguros e confiáveis ​​de dispositivos físicos para o mundo digital;

Uma plataforma digital: Para servir como um repositório de dados. Com essas informações disponíveis, é possível obter insights e para uma tomada de decisão orientada a dados - utilizando algoritmos avançados de IA/Machine learning. 

Como a indústria vem aplicando gêmeos digitais

Considerando que a tecnologia dos gêmeos digitais entrega uma grande visibilidade sobre ativos e produção para identificar gargalos, otimizar operações e inovar o desenvolvimento de produtos, é possível identificar as 3 principais aplicações da tecnologia no contexto da Indústria 4.0.

Design de produtos e prototipagem virtual: 

Os modelos virtuais de produtos em uso fornecem insights abrangentes sobre padrões de uso, capacidade de carga, defeitos comuns, etc. Ao entender melhor as características de um produto e as possibilidades de falha, designers e desenvolvedores podem avaliar corretamente a sua usabilidade para, em oportunidades futuras, melhorar o design dos componentes. 

A tecnologia do gêmeo digital também ajuda no desenvolvimento de protótipos virtuais e na execução de simulações robustas para testes de recursos com base em dados empíricos.

Manutenção preditiva: 

Ao obter uma visão holística da saúde e desempenho dos equipamentos, as empresas se tornam capazes de detectar anomalias e desvios em suas operações. Além disso, é possível até planejar proativamente a manutenção e o reabastecimento das peças de reposição para minimizar o tempo de serviço e evitar falhas de ativos. 

Para os OEMs (Original Equipment Manufacturer), a manutenção preditiva usando gêmeos digitais pode fornecer um novo fluxo de receita baseado em serviço, ajudando a melhorar a confiabilidade do produto.

Planejamento e otimização de processos: 

O footprint criado por meio de gêmeos digitais ajuda a diagnosticar a causa raiz de quaisquer ineficiências e perdas de rendimento, otimizando assim os rendimentos. Além disso, um histórico de dados integrados e ricos sobre equipamentos, processos e ambientes pode permitir a previsão de tempo de inatividade para melhorar a programação de produção.

Outros exemplos de benefícios incluem: 

  • Extensão do ciclo de vida do produto;
  • Fabricação holística;
  • Melhorias de processos e de qualidade dos produtos;
  • Prototipagem rápida apoiada por Big Data e Analytics. 
  • Redução do custo e do tempo de produção/fabricação;

Essencialmente, a tecnologia de gêmeos digitais, quando em seu máximo desempenho, resolve um problema virtualmente antes que ele ocorra no mundo real, o que caracteriza um benefício extremamente estratégico e relevante, considerando o uso volumoso de capital feito pelo setor industrial.

Cases de sucesso no uso de gêmeos digitais 

Mars - Otimização da cadeia de suprimentos

A gigante de confeitaria, produtos para animais de estimação e alimentos, criou um gêmeo digital de sua cadeia de suprimentos de manufatura para apoiar seus negócios. A empresa está usando a tecnologia para melhorar a capacidade e os controles de processo, incluindo o aumento do tempo de atividade das máquinas por meio da manutenção preditiva e a redução do desperdício associado às máquinas que embalam quantidades inconsistentes de produtos.

CESAR, Di2win e In Forma- Virtualização de ambientes industriais

O CESAR trabalha em parceria com a DI2Win e a InForma no desenvolvimento de uma solução de Gêmeos Digitais aplicada à indústria, mais especificamente, em utilidades industriais. A Plataforma, denominada U~4.0, promove eficiência energética e redução de custos por meio da virtualização de ambientes industriais. Confira, a seguir, outros benefícios:

  • Redução do consumo de combustíveis industriais sem comprometer o desempenho da produção;
  • Otimização do aproveitamento energético, levando a maior eficiência no consumo de utilidades e à otimização operacional do negócio;
  • Interpretação de dados variados com auxílio de IA, reduzindo o tempo e o esforço cognitivo na percepção de oportunidades e situações de atenção;
  • Tomada de decisão mais assertiva por meio de uma gestão baseada em prognósticos, em vez de diagnósticos, para evitar impactos indesejados na relação entre o consumo da utilidade e a produção.

Uma nova perspectiva para a Indústria 4.0

O uso de gêmeos digitais pode gerar valor tangível para as empresas, criar novos fluxos de receita e ajudá-las a responder a questões estratégicas importantes. Essa tecnologia chegou para responder a perguntas em tempo real que não podiam ser respondidas antes, fornecendo um  valor considerado quase inconcebível há apenas alguns anos. 

O CESAR atua em parceria com empresas especializadas em gêmeos digitais, e pode ajudar a promover a transformação digital da sua organização por meio do desenvolvimento de soluções robustas de manufatura com tecnologia avançada, tornando o seu negócio ainda mais preparado para a nova Era da Indústria. 

Para continuar aprendendo sobre a Indústria 4.0 e como as tecnologias habilitadoras têm gerado valor e eficiência para as empresas industriais, clique aqui para baixar o nosso e-book gratuito.

 

 

 

Esse conteúdo foi produzido com a colaboração de André Medeiros, Engenheiro de Software Consultor do CESAR.

 

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