Digital Twin:fechando o ciclo das operações ao design

O poder da tecnologia de gêmeos digitais é amplificado quando os modelos para dispositivos discretos são combinados em uma visão das operações no nível do sistema.

A adoção em larga escala da Industrial IoT (IIoT) está estimulando o interesse na tecnologia de gêmeos digitais. A IIoT reúne dispositivos e análises inteligentes conectados de uma maneira que permite que as organizações monitorem, coletem, troquem, analisem e forneçam novos insights valiosos sobre seus sistemas e processos. Esses insights podem ajudar a conduzir decisões de negócios mais inteligentes e rápidas.

Quando um sistema físico é pareado com uma representação digital, os insights derivados podem trazer benefícios adicionais aos fabricantes em diferentes aspectos de suas operações, abrangendo desde a fabricação inteligente até a otimização da cadeia de suprimentos até inovações de produtos ou serviços.

O interesse na tecnologia de gêmeos digitais está crescendo em muitos setores. O mercado, avaliado em US$ 3,1 bilhões em 2020, deverá atingir US$ 48,2 bilhões até 2026, representando uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 58% de 2020 a 2026. Esse crescimento se deve ao uso antecipado de gêmeos digitais para design, simulação, MRO (manutenção, reparo e revisão), produção e serviço pós-venda, de acordo com MarketsandMarkets. Espera-se que as empresas industriais experimentem um alto crescimento em soluções de gêmeos digitais à medida que emergem da pandemia. Muitos estão adotando essas soluções em suas operações de ponta a ponta para minimizar as perdas devido à pandemia.

Amplas áreas de aplicações de gêmeos digitais industriais

Um modelo de gêmeo digital usa dados de dispositivos IoT e outros sensores para avaliar o estado do dispositivo ou equipamento. Os insights derivados desses modelos podem ser usados ​​de várias maneiras, incluindo:

Gêmeos operacionais: Em muitos casos, os problemas do equipamento são devidos ao uso incorreto. Por exemplo, um dispositivo pode estar operando fora de sua faixa normal de temperatura ou pressão, ou pode estar funcionando em uma velocidade mais alta do que o recomendado. Se não for resolvido, o problema pode afetar o próprio dispositivo, talvez levando a uma avaria inesperada ou deterioração agressiva. Usando um gêmeo digital da peça, a análise de dados do estado atual de um dispositivo pode ajudar a identificar tais condições de operação fora de especificação. As simulações podem ajudar a explorar se é bom aumentar o desempenho de um dispositivo ou executá-lo em seu ambiente atual. Caso contrário, podem ser feitas alterações para otimizar o desempenho atual do dispositivo em um ambiente de trabalho.

Gêmeo preditivo: Um gêmeo digital pode ser usado para fazer análises hipotéticas. Por exemplo, um fabricante pode olhar para compensações:se eu aumentar a velocidade, um dispositivo opera, qual é a melhoria imediata na saída. E então, use a mesma simulação para descobrir o impacto desse aumento de velocidade no equipamento. Precisaria de um serviço mais frequente? Faria mais rápido? Uma análise de custo poderia então ser feita comparando o aumento da receita líquida em um aumento de produção ao operar o dispositivo em uma taxa mais alta versus o aumento do custo de manutenção do equipamento ou substituição com mais frequência.

Retorno ao design e marketing do produto: Uma equipe de design de produto pode usar dados coletados sobre o equipamento usado no campo para melhorar ou ajustar o produto ou adicionar novos recursos com base em seu uso atual. Ele tem um desempenho melhor do que o esperado? Talvez, uma versão mais econômica seria suficiente. Da mesma forma, pode acontecer que um dispositivo em determinados ambientes supere as especificações declaradas. Marketing e vendas podem compartilhar essas informações com outros clientes nos mesmos ambientes.

Gêmeos digitais conectados: O poder da tecnologia de gêmeos digitais é amplificado quando modelos para dispositivos discretos são combinados em uma visão das operações em nível de sistema. Por exemplo, na aviação, um fabricante pode ter representantes individuais de gêmeos digitais de diferentes componentes do motor e um modelo que permita simular e observar como esses elementos funcionam juntos. Edifícios inteligentes frequentemente usam combinações de espaços inteligentes, elevadores inteligentes, sistemas HVAC inteligentes e muito mais para obter benefícios sinérgicos quando um desenvolvedor ou proprietário de edifício pode entender como esses sistemas podem se complementar e trabalhar juntos.

Modelos e gêmeos no nível do sistema

Gêmeos digitais conectados na fabricação podem seguir dois caminhos. Uma delas seria focar em como um equipamento complexo opera integrando modelos das partes que compõem o sistema. Tal modelo é o equivalente a uma fabricação de motores aeronáuticos simulando um motor inteiro a partir de modelos de suas partes.

Os fabricantes podem coletar insights em tempo real de dentro de sistemas de sistemas para facilitar aos engenheiros a localização de interdependências ocultas e recomendar etapas para recalibrar o equipamento. Os insights derivados de como o equipamento opera em seu ambiente real podem ser utilizados por engenheiros e equipes de manutenção para fazer ajustes e otimizar o desempenho do equipamento.

Outra área de atenção é a simulação e modelagem de processos de fabricação onde são criados gêmeos para diferentes equipamentos utilizados em uma linha de produção. Por exemplo, uma linha de montagem complexa pode incluir um gêmeo digital de sistemas robóticos que colocam itens em uma esteira transportadora, outro para um moinho, outro para uma ferramenta de soldagem e muito mais.

Um gêmeo digital composto com esses elementos permitiria ao fabricante obter insights mais profundos sobre os processos de ponta a ponta. Ajustes podem ser feitos no modelo virtual para ver qual impacto as mudanças teriam no produto acabado, taxas de produção, qualidade e muito mais.

No caminho para a Indústria 4.0

As tecnologias de conectividade e os dados coletados são essenciais para que um fabricante de equipamentos ou dispositivos participe de futuras iniciativas da indústria, como a Indústria 4.0. Iniciativas inteligentes de manufatura podem combinar visibilidade da fábrica, manutenção preditiva, modelagem e simulações para obter insights em tempo real sobre como o equipamento está operando agora, como suas operações podem ser aprimoradas e como isso afeta os principais indicadores de desempenho de ponta a ponta.