Gêmeos digitais na fabricação:usos, benefícios e desafios

Uma infraestrutura de classe empresarial pode aumentar a eficácia das iniciativas de gêmeos digitais e permitir aplicativos inovadores.

Os gêmeos digitais oferecem aos fabricantes novas maneiras de projetar, monitorar e gerenciar produtos e instalações. Embora o conceito básico de gêmeos digitais exista há mais de uma década, a recente introdução e o uso em larga escala de tecnologias e serviços de conectividade, como Edge Compute, Internet das Coisas (IoT) e 5G, agora tornam os gêmeos digitais práticos para aplicações industriais .

No entanto, como o uso de qualquer nova tecnologia em ambientes comerciais, há desafios a serem superados, casos de uso a serem definidos, melhores práticas a serem aprendidas e a necessidade de demonstrar o valor do uso do gêmeo digital para o negócio. Para resolver esses e outros problemas, a RTInsights conversou com ToddEdmunds, diretor de IoT industrial e estratégia de borda da Dell Technologies.

Exploramos por que há um grande interesse em gêmeos digitais para fabricação, discutimos as tecnologias facilitadoras, os casos de uso, os obstáculos e como começar a usar gêmeos digitais.

Veja também: Centro de Computação de Borda e 5G

Fabricação Digital Twinsin

RTInsights: O que são gêmeos digitais e por que o interesse em usá-los na fabricação?

Edmundos: Gêmeos digitais são cópias virtuais de objetos físicos reais, sistemas ou organizações. E quando você os combina com dados em tempo real, eles podem fornecer informações valiosas sobre a operação desse objeto, sistema ou organização. Na fabricação, pode haver vários tipos diferentes de gêmeos digitais, mas a indústria ainda está tentando chegar a um acordo sobre como chamá-los. Vamos começar com gêmeos digitais operacionais. Os gêmeos digitais operacionais permitem que você faça e responda à pergunta:o que está acontecendo agora? Por exemplo, o que está acontecendo com os robôs na minha fábrica. Com esse tipo de gêmeo digital, um fabricante também pode fazer a pergunta:O que devo fazer na minha fábrica agora? Devo fazer manutenção preditiva nesses robôs? Como posso usar esse gêmeo digital para analisar as métricas de qualidade de longo prazo relacionadas aos produtos que estou produzindo?

Depois, há a próxima geração do gêmeo digital, que é um gêmeo de simulação de nível superior. Ele permite que você pergunte e responda à pergunta, e se? E se eu aumentar a velocidade da minha linha em 25%? Os robôs e outros ativos dessa linha de fabricação falharão prematuramente? E em caso afirmativo, valeria a pena fazer isso porque posso obter mais produção da minha fábrica agora, resultando em maiores margens de lucro, apesar do aumento dos custos de reparo? Esses gêmeos digitais abrangentes de próxima geração têm possibilidades quase ilimitadas na Indústria 4.0, fabricação inteligente e aplicações industriais de IoT.

Se você tiver o gêmeo digital certo e a infraestrutura certa para hospedar esse gêmeo digital, quase todos os casos de uso da Indústria 4.0, todas as eficiências que você pode obter com as mais recentes iniciativas de fabricação inteligente, podem ser combinadas nessa implementação do gêmeo digital. É aí que entra o valor real – uma única solução que combina manutenção preditiva, visibilidade da fábrica, análise e inteligência artificial e até realidade aumentada e realidade virtual. Imagine um gerente de fábrica capaz de andar virtualmente pelo chão de fábrica e ver imediatamente o que está acontecendo em toda a fábrica e até mesmo dentro de cada equipamento, como robôs ou máquinas.

Tecnologias de habilitação

RTInsights: Quais tecnologias capacitadoras são necessárias para usar gêmeos digitais?

Edmundos: A computação de borda – aproximando o poder de computação de onde os dados estão sendo produzidos e processados ​​– é o tópico atual em todo o setor no momento, à medida que as organizações procuram tomar decisões mais rápidas e reduzir seus gastos com nuvem. É também uma maneira eficiente de implementar as tecnologias necessárias para gêmeos digitais. Especificamente, para manufatura e indústria, existem dois tipos de computação de borda que são muito úteis para a implantação de gêmeos digitais.

A primeira é a computação na borda industrial . A borda industrial inclui dispositivos reforçados que ficam no chão de fábrica e podem operar em ambientes de temperatura extrema, alta vibração e robustez que você encontra na maioria das instalações de fabricação. A computação de borda industrial é usada para conectar e extrair dados de dispositivos de chão de fábrica que não compartilham seus dados com muita facilidade. Por exemplo, um gêmeo digital de um robô precisa de um fluxo constante de dados de status em tempo real para manter sua precisão e valor operacional. Dispositivos de computação industrializados seriam usados ​​para ingerir e processar as informações relevantes de controle, sensor e ambiente.

O segundo tipo de computação de borda que é fundamental para isso é a borda corporativa . Às vezes chamado de borda espessa, é uma infraestrutura local de computação, armazenamento e rede de nível empresarial necessária para lidar com os dados e as cargas de trabalho necessários para a implementação de um verdadeiro gêmeo digital. Quando você pensa nas centenas ou milhares de ativos de chão de fábrica em uma grande fábrica, não há como todos os dados necessários para implementar tantos gêmeos digitais serem armazenados exclusivamente na nuvem. Requisitos de largura de banda, limitações de latência, políticas de segurança, volumes de dados, questões de soberania e os custos substanciais de transferir todos esses dados de e para a nuvem serão proibitivos demais.

Portanto, uma infraestrutura de nível empresarial no local será essencial para lidar com os dados e as cargas de trabalho para a multidão de gêmeos digitais que estarão na fábrica. E quando você adiciona 5G e a próxima conectividade Wi-Fi6, esse tipo de arquitetura de computação de borda distribuída torna muito mais fácil explorar e utilizar os novos fluxos de informações habilitados por essas novas tecnologias.

Benefícios do DigitalTwin

RTInsights: Como os gêmeos digitais estão sendo usados ​​na fabricação e quais são seus benefícios?

Edmundos: Existem três categorias amplas, e vou dar alguns exemplos no final. Primeiro, os gêmeos digitais podem fornecer informações sobre o projeto e a engenharia de ponta a ponta de um produto. Um fabricante pode criar um ambiente virtual de desenvolvimento de produtos que mantenha todas as informações sobre o produto em um só lugar, o que pode resolver os problemas de silo de dados que normalmente existem em organizações de manufatura.

Outro uso para um gêmeo digital na fabricação é fornecer informações sobre o status e as condições atuais de um ativo de produção de alto valor. Você pode usar um gêmeo digital para monitorar e reagir ao status e tendências em tempo real do ativo e como isso está afetando o funcionamento geral da fábrica. Ao aplicar análises e IA, o gêmeo digital pode ser usado para prever quando o ativo pode falhar durante a produção e programar a manutenção durante o tempo de inatividade normal antes de afetar as métricas de rendimento.

E depois há os usos da próxima geração, essa terceira categoria de um gêmeo digital, que fornece insights sobre decisões futuras. Esses gêmeos digitais aplicariam IA e análise de nível superior para otimizar a funcionalidade de seus ativos. Eles também reduziriam custos, tempo de manutenção e tempo de inatividade. Por exemplo, a McLaren, a famosa equipe de corrida de Fórmula 1 (F1), conseguiu reduzir o tempo para construir seu carro de corrida de F1 do que normalmente é de 42 meses para 24 meses usando recursos de gêmeos digitais. Aplicando as mesmas tecnologias de gêmeos digitais, eles também foram capazes de desenvolver seu hipercarro P1 de produção na metade do tempo e pela metade do custo do padrão típico da indústria.

Outro exemplo está sendo desenvolvido para os militares dos EUA usarem gêmeos digitais para construir diferentes iterações de veículos militares para otimizar e testar a capacidade de sobrevivência desses veículos. As tecnologias de gêmeos digitais permitem a simulação de como os veículos podem realizar centenas ou milhares de diferentes cenários de ataque e simulam serem atingidos por diferentes tipos de ordenanças, em vários locais. O uso de um gêmeo digital permite que eles construam um veículo muito mais seguro e com maior capacidade de sobrevivência.

Desafios de gêmeos digitais

RTInsights: Quais são os desafios ao implantar e usar gêmeos digitais?

Edmundos: Os gêmeos digitais precisam de uma infraestrutura de nível empresarial para lidar com os dados e as cargas de trabalho. Essa infraestrutura corporativa precisa ser projetada em torno da segurança, escalabilidade e confiabilidade. Quando você começar a ver o valor dos dados do gêmeo digital, a confiabilidade e a escalabilidade serão fundamentais, e isso requer um investimento inicial na infraestrutura certa. Isso leva à necessidade de identificar as iniciativas de gêmeos digitais de maior valor e quantificar o ROI para justificar o valor da implementação da arquitetura mais eficiente. Dessa forma, o gêmeo digital pode ser implementado corretamente inicialmente e com a infraestrutura de nível empresarial correta necessária para escalar.

Outro desafio é que o gêmeo digital de hoje está em uma fase bem nova, um conceito bastante novo. Existem gêmeos digitais por aí há décadas, mas eles não chegam ao ponto em que estamos olhando para essa réplica exata de um sistema inteiro, sistema de sistemas ou ativos no chão de fábrica. É aí que o setor está se dirigindo, onde algumas das principais empresas estão correndo para construir o software e desenvolver os aplicativos que podem implementar esse verdadeiro gêmeo digital. Ninguém está lá ainda. Existem muitas empresas muito boas por aí e aplicativos muito bons que podem lidar com diferentes partes desse ecossistema de gêmeos digitais. Mas ainda não existe uma solução única e de ponta a ponta para o gêmeo digital.

Primeiros passos com gêmeos digitais

RTInsights: Como as empresas começam a usar gêmeos digitais?

Você deve olhar para o valor, o objetivo que deseja obter com o gêmeo digital e estar pronto para investir na infraestrutura. Você não precisa começar com uma infraestrutura completa de ponta a ponta para que isso aconteça. No entanto, a infraestrutura deve ser projetada para ser capaz de escalar ampla e profundamente para lidar com as cargas de trabalho de dados e computadores necessárias para criar o gêmeo digital de forma a obter o retorno do investimento.

Assim, você pode começar pequeno com uma implementação inicial de gêmeos digitais. A infraestrutura certa permitirá que você adicione vários gêmeos digitais além disso e dimensione para centenas ou até milhares de gêmeos digitais diferentes de todos os tipos concebíveis.

Outra maneira de começar é se envolver no ecossistema digitaltwin que está emergindo rapidamente. Um dos melhores é o Consórcio Digital Twin. O DigitalTwin Consortium é uma organização colaborativa que impulsiona a inovação da tecnologia digitaltwin e foi fundado pela Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft e Lendlease, e inclui alguns dos principais players de tecnologia dentro e fora do espaço industrial de IoT e Indústria 4.0. O Digital Twin Consortium tem um grupo de trabalho de fabricação, bem como grupos focados no setor de infraestrutura e edifícios, recursos naturais e aeroespacial e defesa. O consórcio está aberto a qualquer pessoa que queira participar. Participar é uma ótima maneira de aprender sobre gêmeos digitais e o que outras empresas estão fazendo com gêmeos digitais e moldar o futuro da terminologia, tecnologia e taxonomia para gêmeos digitais e o que eles podem ser.