Aproveitando Gêmeos Digitais na Manufatura: Benefícios, Aplicações e Desafios

Uma infraestrutura de classe empresarial pode aumentar a eficácia de iniciativas de gêmeos digitais e permitir aplicações inovadoras.

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

No entanto, como o uso de qualquer nova tecnologia em ambientes comerciais, existem desafios a superar, casos de uso a definir, melhores práticas a aprender e uma necessidade de demonstrar o valor do uso de gêmeos digitais para o negócio. Para analisar estes e outros problemas, a RTInsights sentou com Todd Edmunds, Diretor de Estratégia Industrial IoT e Borda na Dell Technologies.

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

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Gêmeos Digitais na Manufatura

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

Edmunds: Gêmeos digitais são cópias virtuais de objetos, sistemas ou organizações físicas reais. E quando você os combina com dados em tempo real, eles podem fornecer insights valiosos sobre a operação daquele objeto, sistema ou organização. Na manufatura, pode haver múltiplos tipos diferentes de gêmeos digitais, mas a indústria ainda está tentando concordar no que chamá-los. Vamos começar com gêmeos digitais operacionais. 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 este tipo de gêmeo digital, um fabricante também pode fazer a pergunta: O que eu deveria estar fazendo na minha fábrica agora? Deveria fazer manutenção preditiva nestes robôs? Como posso usar esse gêmeo digital para olhar métricas de qualidade de longo prazo relacionadas aos produtos que estou produzindo?

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

Se você tem 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 realizar com as últimas iniciativas de manufatura inteligente, podem ser combinadas naquela implementação de gêmeo digital. É aqui que o valor real entra — uma única solução que combina manutenção preditiva, visibilidade de fábrica, análises e inteligência artificial, e até realidade aumentada e virtual. Imagine um gerente de planta podendo caminhar virtualmente pelo chão de fábrica e ver imediatamente o que está acontecendo em toda a planta e até dentro de cada equipamento como robôs ou máquinas.

Tecnologias Habilitadoras

RTInsights: Quais tecnologias habilitadoras são necessárias para fazer uso de gêmeos digitais?

Edmunds: Computação de borda — trazer poder computacional para mais perto de onde dados estão sendo produzidos e processados — é o tópico quente atual em toda a indústria agora enquanto organizações buscam tomar decisões mais rápidas e reduzir seus gastos com nuvem. Também é uma maneira eficiente de implementar as tecnologias requeridas para gêmeos digitais. Especificamente, para manufatura e indústria, existem dois tipos de computação de borda que são muito úteis para implantar gêmeos digitais.

O primeiro é computação na borda industrial. A borda industrial inclui dispositivos reforçados que ficam no chão de fábrica e podem operar em temperaturas extremas, alta vibração, ambientes robustos que você encontra na maioria das instalações de manufatura. Computação de borda industrial é usada para conectar e extrair dados de dispositivos de chão de fábrica que não compartilham seus dados facilmente. 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 de borda industrial seriam usados para ingerir e processar as informações relevantes de controle, sensor e ambientais.

O segundo tipo de computação de borda que é crítico para isso é a borda empresarial. Às vezes referida como borda espessa, é uma infraestrutura de computação, armazenamento e rede de classe empresarial on-premises necessária para lidar com os dados e cargas de trabalho requeridos para implementar 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 para e da nuvem serão todos proibitivos.

Então, uma infraestrutura on-premises de classe empresarial será essencial para lidar com os dados e cargas de trabalho para as multidões de gêmeos digitais que estarão na fábrica. E quando você adiciona 5G e conectividade Wi-Fi 6 futura, este tipo de arquitetura de computação de borda distribuída torna muito mais fácil acessar e utilizar os novos fluxos de informação habilitados por essas tecnologias novas.

Benefícios dos Gêmeos Digitais

RTInsights: Como gêmeos digitais estão sendo usados na manufatura e quais são seus benefícios?

Edmunds: Existem três categorias amplas, e darei alguns exemplos no final. Primeiro, gêmeos digitais podem fornecer insight sobre o design e engenharia ponta a ponta de um produto. Um fabricante pode criar um ambiente virtual de desenvolvimento de produto que mantém toda informação sobre o produto em um lugar, o que pode resolver problemas de silos de dados que tipicamente existem em organizações de manufatura.

Outro uso para um gêmeo digital na manufatura é fornecer insight sobre o status e 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 está afetando a operação geral da fábrica. Aplicando análises e IA, o gêmeo digital pode ser usado para prever quando o ativo pode falhar durante a produção e agendar manutenção durante tempo de inatividade normal antes que afete métricas de vazão.

E então há os usos de próxima geração, aquela terceira categoria de gêmeo digital, que dá insights sobre decisões futuras. Tais gêmeos digitais aplicariam IA e análises 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), foi capaz de reduzir o tempo para construir seu carro de corrida F1 do que tipicamente são 42 meses para 24 meses usando capacidades de gêmeo digital. Aplicando as mesmas tecnologias de gêmeo digital, eles também foram capazes de desenvolver seu hipercarro de produção P1 na metade do tempo e a 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 sobrevivência daqueles veículos. Tecnologias de gêmeo digital permitem a simulação de como os veículos podem performar sob centenas ou milhares de diferentes cenários de ataque e simular ser atingido por diferentes tipos de armamento, em múltiplas localizações. Usar um gêmeo digital permite que eles construam um veículo muito mais seguro, muito mais sobrevivível.

Desafios dos Gêmeos Digitais

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

Edmunds: Gêmeos digitais precisam de uma infraestrutura de classe empresarial para lidar com dados e cargas de trabalho. Essa infraestrutura empresarial precisa ser projetada em torno de segurança, escalabilidade e confiabilidade. Uma vez que você começa a ver o valor dos dados do gêmeo digital, confiabilidade e escalabilidade vão ser chave, e isso requer investimento na infraestrutura certa antecipadamente. Isso leva à necessidade de identificar as iniciativas de gêmeo digital de maior valor e quantificar ROI para justificar o valor de implementar a arquitetura mais eficiente. Dessa forma, o gêmeo digital pode ser implementado corretamente inicialmente e com a infraestrutura de classe empresarial certa necessária para escalar.

Outro desafio é que o gêmeo digital de hoje está em uma fase bastante nova, um conceito relativamente novo. Existiram gêmeos digitais por décadas, mas eles não estão realmente no ponto onde estamos olhando para esta réplica exata de um sistema inteiro, sistema de sistemas, ou ativos no chão de fábrica. É para onde a indústria está indo, onde algumas das principais empresas estão correndo para construir o software e construir as aplicações que podem implementar aquele verdadeiro gêmeo digital. Ninguém está lá ainda. Existem muitas empresas muito boas e aplicações muito boas que podem lidar com diferentes partes deste ecossistema de gêmeo digital. Mas não há solução única, final e definitiva para gêmeo digital ainda.

Começando com Gêmeos Digitais

RTInsights: Como empresas começam a usar gêmeos digitais?

Você deve olhar para o valor, a meta que você quer ganhar do gêmeo digital, e estar pronto para investir na infraestrutura. Você não tem que começar com uma infraestrutura ponta a ponta completa para fazer isso acontecer. No entanto, a infraestrutura deve ser projetada para ser capaz de escalar ampla e profundamente para lidar com os dados e cargas de trabalho computacionais necessários para criar o gêmeo digital de uma forma que realize o retorno sobre investimento.

Então, você pode começar pequeno com uma implementação inicial de gêmeo digital. A infraestrutura certa permitirá que você adicione múltiplos gêmeos digitais em cima daquilo e escale para centenas ou até milhares de diferentes gêmeos digitais de todo tipo concebível.

Outra maneira de começar é se envolver no ecossistema de gêmeo digital que está emergindo rapidamente. Um dos melhores é o Consórcio de Gêmeo Digital. O Consórcio de Gêmeo Digital é uma organização colaborativa impulsionando inovação de tecnologia de gêmeo digital e foi fundado pela Dell Technologies, Ansys, GE, Microsoft e Lendlease, e inclui alguns dos principais players de tecnologia dentro e fora do espaço IoT industrial e Indústria 4.0. O Consórcio de Gêmeo Digital tem um grupo de trabalho de manufatura, bem como grupos focados em indústria para infraestrutura e edifícios, recursos naturais, e aeroespacial e defesa. O consórcio está aberto a qualquer um que queira se juntar. 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.