A precisão dos modelos digitais de dados gêmeos é a chave do sucesso

Os principais pontos a partir deste artigo são os seguintes:

• Os gêmeos digitais ainda estão nascendo, mas estão acelerando a transformação digital no setor industrial e em outros lugares.
• COVID-19 deu nova relevância à tecnologia digital dupla, auxiliando em tarefas como monitoramento remoto, manutenção preditiva e processamento automatizado.
• No entanto, a confiabilidade dos modelos de gêmeos digitais depende da precisão dos modelos de dados gêmeos digitais.

Os gêmeos digitais são ferramentas importantes para as empresas percorrerem o caminho da transformação digital. Apesar de um status semelhante ao da ficção científica, gêmeos digitais começaram a surgir na vida real e em ambientes industriais e outros.

Embora os gêmeos digitais permaneçam nascentes, eles já começaram a ajudar drasticamente os esforços de digitalização das empresas. As definições permanecem fluidas no campo ainda em desenvolvimento. Para alguns, um gêmeo digital é um protótipo em fase de design, uma instância quando é implantado ou um agregado quando é combinado com outros gêmeos nas operações. Alguns cortam o bolo de forma diferente, categorizando os gêmeos como gêmeos ativos, gêmeos de rede ou gêmeos de processo.

Considere alguns desses usos de gêmeos digitais e sua convergência com dispositivos de Internet das Coisas (IoT):

• Os avanços assumem diversas formas:o Port of Authority de Rotterdam usou gêmeos e sensores digitais da IBM para prever horários de partida e atracação eficientes.
• O gerente de ativos da indústria de energia CPV usa o software de gerenciamento de desempenho GE Digital para criar um gêmeo digital de processos críticos da planta, enquanto aplica IA para aumentar a capacidade e reduzir o uso de combustível.
• A Ford integrou a tecnologia digital preditiva dupla em seus processos de fabricação de trens de força automotivos.
• A Atos e a Siemens empreenderam um piloto duplo digital que faz parte dos grandes esforços farmacêuticos para responder às pressões de produção pandêmicas críticas do COVID-19.

Esses e outros exemplos de gêmeos digitais combinam várias tecnologias distintas, incluindo simulação de computador, gerenciamento do ciclo de vida do produto, modelagem de software, realidade virtual e aumentada, robótica, aprendizado de máquina e muito mais. Os gêmeos digitais criam representações de software virtual cada vez mais sofisticadas de objetos e sistemas, e o feedback de seus “fios digitais” pode informar as opções de design. Esses dados entre produtos, processos ou modelos, em alguns casos, podem orientar ativamente as operações de ponta a ponta.

Hoje, o gêmeo digital na IoT industrial apresenta aos gerentes de TI uma nova abordagem sobre as compensações familiares. Há oportunidade, mas também há risco nessa fronteira - já que os implementadores devem destilar cuidadosamente as vistas de alta tecnologia em seus próprios casos de uso de gêmeos digitais.

Digital Twin Tech:Long-Brewing Overnight Success

Como a maioria das histórias de “sucesso da noite para o dia”, os gêmeos digitais não são novos. O uso de simulação da NASA no programa espacial Apollo carregou as sementes da tecnologia digital de gêmeos. A base para os gêmeos de hoje foi muito possibilitada pelos avanços em desenho auxiliado por computador (CAD) e modelagem volumétrica que remontam à década de 1970. O termo “gêmeo digital” começou a ganhar uso há 20 anos na área de gerenciamento do ciclo de vida do produto. Hoje, a GE conta com mais de 2 milhões de gêmeos digitais em produção. Diz-se que a Tesla cria um gêmeo digital de cada carro que vende.

Mas se os gêmeos digitais têm um longo passado, eles encontraram uma nova relevância no presente. COVID-19 colocou um novo holofote nos gêmeos digitais. O monitoramento remoto de ativos, a manutenção preditiva e a automação de processos já eram alvos adequados para gêmeos, mas o COVID-19 forneceu outras justificativas.

Uma pesquisa recente do Gartner indicou que 27% das empresas planejam usar gêmeos digitais como equipamentos autônomos, robôs ou veículos. A experiência COVID-19 é um grande motivador. A empresa de pesquisa espera que até 2023 um terço das empresas de médio a grande porte com IoT implantado terá implementado pelo menos um gêmeo digital que é motivado por um caso de uso relacionado ao COVID-19.

O Pai dos Gêmeos Digitais

O que é novo para os gêmeos digitais de hoje é que eles podem se alistar na Internet das Coisas Industrial (IIoT). Explorar os dados do sensor IoT é a chave para o próximo estágio em gêmeos digitais, de acordo com o Dr. Michael Grieves. Ele é amplamente creditado como o primeiro a apresentar o conceito de gêmeo digital na manufatura, lançando as bases em 2002.

A IoT estava na frente e no centro quando Grieves falou recentemente no Digital Twin Summit da American Society of Mechanical Engineers (ASME). Há trabalho pela frente, aconselhou.

“Precisamos basicamente ser capazes de começar a coletar as informações de IoT dos próprios produtos e reunir essas informações”, disse Grieves, agora cientista-chefe de manufatura avançada na Florida Tech.

Ele disse que a coleta de dados de gêmeos digitais hoje é principalmente ad hoc, mas o foco logo se concentrará na integração de um gêmeo digital dentro de uma configuração de fábrica maior. A próxima etapa para gêmeos digitais, disse ele, é "sustentação operacional". A combinação de IA e aprendizado de máquina com dados do sensor em tempo real dará início a “o gêmeo digital inteligente”, em sua estimativa. Com essas implementações, um gêmeo digital se afasta ainda mais de suas raízes na simulação e modelagem de protótipo e se aprofunda nas operações em andamento.

Dados Digital Twin

O potencial para gêmeos digitais em ambientes industriais gira principalmente em torno da criação de eficiências operacionais. Pequenas economias em recursos, etapas do processo ou tempo de inatividade podem se transformar em grandes economias em toda a empresa.

A implementação bem-sucedida depende da consideração cuidadosa da fidelidade; isto é, o nível de precisão dos parâmetros que um gêmeo digital transfere entre os domínios físico e virtual.

A fidelidade está intimamente relacionada à precisão da coleta de dados gêmeos digitais, que deve ser cuidadosamente gerenciada com base no caso de uso. Nem todos os dados são necessários para que um gêmeo digital faça seu trabalho, mas estreitar o foco da coleta de dados pode exigir tentativa e erro.

E, como sempre, um objetivo de negócios bem definido deve orientar o esforço geral, enfatizaram os observadores do setor.

A questão, de acordo com Dan Isaacs, vice-presidente e diretor do CTO Digital Twin Consortium, é “Para que trabalho o gêmeo digital está sendo contratado?”

“Vimos uma combinação de abordagens. Mas é melhor começar com um problema claramente definido, para perseguir objetivos como aumentar a produtividade e diminuir o tempo de inatividade, para se concentrar no que é viável ”, disse ele.

Issacs descreveu o Digital Twin Consortium como um programa lançado pelo Object Management Group (OMG) para alcançar definições padrão e combinar esforços de vários setores. Ele disse que o grupo cresceu para quase 150 membros desde sua formação no início deste ano. Sua lista de membros inclui Autodesk, Bentley Systems, Dell, GE Digital, Microsoft, Northrop Grumman e a Universidade de Maryland.

Com o gêmeo digital, tanto os implementadores quanto os arquitetos precisam entender os requisitos de latência dos sistemas, de acordo com Said Tabet, arquiteto-chefe do CTO Office da Dell Technologies e membro do conselho do Consórcio de Internet Industrial da OMG.

“Nem tudo é em tempo real e nem todo o tempo real é igual”, disse Tabet. Em outras palavras, buscar taxas de resposta em tempo ultra-real pode não ser viável ou necessário.

Enquanto isso, prestar atenção à sincronização entre o físico e o digital também é importante.

“Implementar um modelo de maturidade ajudará a orientar esse processo. E, quando se trata de granularidade [de dados], é importante focar nos resultados e nos resultados iniciais, pois eles variam dependendo dos casos de uso ”, advertiu Tabet.

Cadeias de suprimentos e logística são áreas onde os gêmeos digitais estão encontrando apoio e, em termos de modelagem, eles fornecem exemplos de como as decisões sobre a fidelidade dos gêmeos digitais à física podem ser definidas, disse Sameer Kher, diretor sênior de gêmeos digitais da Ansys, fabricante do software Twin Builder.

“Na cadeia de suprimentos, existem componentes críticos e alguns deles precisam de modelagem em um nível mais profundo de fidelidade”, disse Kher. ”Os produtos têm física.”

Como exemplo, ele citou os desinfetantes para as mãos, objeto de notórias conversões de linhas de manufatura durante os primeiros dias da pandemia de COVID-19.

As medições da viscosidade dos fluidos que compõem os desinfetantes para as mãos - e as contrapressões que eles podem colocar no equipamento - podem ser uma parte vital do monitoramento da produção digital dupla.

Os gêmeos digitais em estágios de projeto permitem análises hipotéticas que melhoram as operações, disse ele.

Não pense demais no design digital de gêmeos

Os usuários em potencial devem ter cuidado para não exagerar na criação de modelos digitais de gêmeos, de acordo com Jim Tung, membro da MathWorks, criador do Simulink e outras ferramentas de modelagem.

“Às vezes, um modelo de simulação discreta e com fidelidade total de um fluxo de trabalho inteiro é simplesmente um exagero”, disse ele. Em vez disso, os usuários podem se concentrar em ativos particularmente caros. Mover esses elementos mais rapidamente em uma fila de produção pode trazer benefícios de custo.

“Em todos os casos, é importante entender o valor do negócio”, disse Tung. Isso porque os usuários são levados a partir dessa decisão a responder a perguntas sobre a devida fidelidade do modelo digital gêmeo, indicou.

Por mais impressionante que a tecnologia digital dupla possa ser, a tecnologia não é o ponto, lembra Niels Thomsen, que dirige a Prática de Insight para IoT e IA na Atos SE.

“É preciso começar pelo ângulo dos negócios”, disse ele. No trabalho da Atos nas indústrias farmacêuticas, isso significou começar com processos críticos que determinam a qualidade geral dos lotes de produtos químicos.

Isso requer a construção de um modelo digital duplo para medir, comparando misturas químicas reais em tempo real com aquele modelo e - em alguns casos - ajustando automaticamente parâmetros como temperatura, pressão e velocidade de fluxo para melhorar a qualidade resultante da mistura.

Modelagem Digital de Maturidade Gêmea

O caminho para as gêmeas digitais de hoje tem sido longo para o fabricante automotivo líder Ford, de acordo com a Dra. Annie Zeng. A Ford começou neste caminho há 30 anos, disse Zeng, relembrando os dias de "C3P", que significa CAD / CAM / CAE / PIM, ou design auxiliado por computador / fabricação auxiliado por computador / engenharia auxiliado por computador / gerenciamento de informações de produtos .

Hoje, a Ford possui modelos de peças e processos, de modo que os modelos gêmeos dos principais componentes do carro podem ser monitorados no contexto dos modelos gerais das operações de fábrica, disse Zeng, especialista técnico em gêmeos digitais e IA do grupo de Manufatura Avançada da Ford. Zeng, assim como Grieves, falou no ASME Digital Twin Summit.

Para a Ford, disse Zeng, um gêmeo digital é na verdade uma coleção de dados que representam o produto e a produção.

“Nossa visão é fornecer acesso oportuno a - e percepções - de dados relevantes”, disse ela. Isso significa trabalhar com equipes para descobrir quais pontos de dados são mais oportunos e relevantes para sua busca por eficiência. O projeto começa pedindo às equipes que se sentem e discutam quais dados são mais imediatos e úteis.

Na experiência de Zeng, os construtores de gêmeos digitais devem avaliar a maturidade relativa da tecnologia que está sendo considerada. De acordo com Zeng, as perguntas a serem feitas são “É agora? Está próximo? É longe?"

“A resposta será diferente dependendo do que sua empresa deseja alcançar”, disse ela. Outras questões a serem respondidas são se você deseja desenvolver a tecnologia completa internamente ou, alternativamente, qual parte da tecnologia deseja desenvolver internamente.

As respostas a essas perguntas devem levar em conta que tipo de estrutura de desenvolvimento ou implantação um usuário possui. “Aposto que toda empresa terá algum tipo de estrutura”, comentou Zeng. “Se não, é melhor ter um.”

Gêmeos digitais não são videogames

Como parte da cúpula da ASME, o visionário gêmeo digital Grieves foi questionado sobre o que os líderes empresariais deveriam saber antes de enfrentar os gêmeos digitais.

“Em primeiro lugar, eles precisam entender que não é um videogame”, disse Grieves. “Na verdade, trata-se de dados que vêm da vida real e da capacidade de fazer algo com eles”.

A coleta de dados deve ser abordada com bom senso, afirmou. Portanto, não é uma questão de coletar todos os dados.

“Uma das coisas contra as quais advirto é [coletar] grandes quantidades de‘ dados ’, mas nenhuma‘ informação ’”, disse ele. Portanto, é fundamental observar que tipo de dados são especificamente necessários em cada instância.

O mais importante nas conversas com o lado da empresa, disse Grieves, é focar nos casos de uso em que os pontos problemáticos já são de conhecimento comum.

“Onde você consegue valor? Se os empresários pensarem:‘Tenho que gastar todo esse dinheiro apenas para obter uma imagem bonita de algo’, eles não vão fazer isso ”, disse ele. “Você tem que basicamente reduzir isso ao que é a proposta de valor.”

Ainda assim, “Você não pode deixar os contadores chegarem muito cedo”, acrescenta Grieves, talvez com uma piscadela. “Eles são os assassinos da alegria.”