Gêmeos Digitais: Unindo Operações e Design para Manufatura Mais Inteligente

Poder da tecnologia de gêmeo digital é amplificado quando modelos para dispositivos discretos são combinados em visão de nível de sistema das operações.

Adoção ampla de Industrial IoT (IIoT) está estimulando interesse em tecnologia de gêmeo digital. IIoT reúne dispositivos inteligentes conectados e analytics de forma que permite organizações monitorar, coletar, trocar, analisar e entregar novos insights valiosos sobre seus sistemas e processos. Esses insights podem ajudar a impulsionar decisões de negócio mais inteligentes e rápidas.

Quando sistema físico é pareado com representação digital, insights derivados podem trazer benefícios adicionais a fabricantes em diferentes aspectos de suas operações, cobrindo aspectos que vão de manufatura inteligente a otimização de cadeia de suprimentos a inovações de produto ou serviço.

Interesse em tecnologia de gêmeo digital está crescendo em muitas indústrias. Mercado, avaliado em $3.1 bilhões em 2020, espera atingir $48.2 bilhões até 2026, representando taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 58% de 2020 a 2026. Tal crescimento é devido ao uso antecipado de gêmeos digitais para design, simulação, MRO (manutenção, reparo e revisão), produção e pós-serviço, segundo MarketsandMarkets. Empresas industriais devem experimentar alto crescimento em soluções de gêmeo digital à medida que emergem da pandemia. Muitas adotam tais soluções para operações end-to-end para minimizar perdas devido à pandemia.

Amplas áreas de aplicação de gêmeo digital industrial

Modelo de gêmeo digital usa dados de dispositivos IoT e outros sensores para avaliar estado de dispositivo ou equipamento. Insights derivados nesses modelos podem ser usados de várias formas, incluindo:

Gêmeos operacionais: Em muitos casos, problemas de equipamento são devido a uso incorreto. Por exemplo, dispositivo pode estar operando fora de sua faixa normal de temperatura ou pressão, ou pode estar rodando em velocidade maior que recomendada. Se não endereçado, issue pode impactar próprio dispositivo, talvez levando a quebra inesperada ou deterioração agressiva. Usando gêmeo digital da peça, análise de dados do estado atual do dispositivo pode ajudar a identificar tais condições de operação fora de especificação. Simulações podem ajudar explorar se empurrar performance de dispositivo ou rodá-lo em seu ambiente atual é ok. Se não, mudanças podem ser feitas para otimizar performance atual do dispositivo em ambiente de trabalho.

Gêmeo preditivo: Gêmeo digital pode ser usado para análise what-if. Por exemplo, fabricante pode analisar trade-offs: Se eu aumento velocidade que dispositivo opera, qual é melhoria imediata no output. E então, usar mesma simulação para descobrir impacto desse aumento de velocidade no equipamento. Precisaria de serviço mais frequente? Falharia mais rápido? Análise de custo poderia então ser feita comparando aumento líquido de receita em boost de produção rodando dispositivo em taxa maior versus custo aumentado de manter equipamento ou substituí-lo mais frequentemente.

Loopback para design de produto e marketing: Equipe de design de produto pode usar dados coletados sobre equipamento usado no campo para melhorar ou ajustar produto ou adicionar novos recursos baseados em seu uso atual. Performa melhor que esperado? Talvez versão mais economicamente desenhada seria suficiente. Similarmente, pode acontecer que dispositivo em certos ambientes supera especificações declaradas. Marketing e vendas podem compartilhar essa informação com outros clientes nos mesmos ambientes.

Gêmeos digitais conectados: Poder da tecnologia de gêmeo digital é amplificado quando modelos para dispositivos discretos são combinados em visão de nível de sistema das operações. Por exemplo, na aviação, fabricante pode ter representantes individuais de gêmeo digital de diferentes componentes de motor e modelo que permite simular e observar como esses elementos trabalham juntos. Smart buildings frequentemente usam combinação de smart spaces, elevadores inteligentes, sistemas HVAC inteligentes e mais para derivar benefícios sinérgicos quando desenvolvedor ou proprietário de prédio pode entender como esses sistemas podem se complementar e trabalhar juntos.

Modelos e gêmeos de nível de sistema

Gêmeos digitais conectados na manufatura poderiam tomar dois caminhos. Um seria focar em como equipamento complexo opera integrando modelos das partes que compõem sistema. Tal modelo é equivalente a fabricante de motor de aeronave simulando motor inteiro a partir de modelos de suas partes.

Fabricantes podem reunir insights em tempo real de dentro de systems-of-systems para tornar mais fácil para engenheiros encontrarem interdependências ocultas e recomendarem passos para recalibrar equipamento. Insights derivados sobre como equipamento opera em seu ambiente real poderiam ser usados por engenheiros e equipes de manutenção para fazer ajustes e otimizar performance do equipamento.

Outra área de atenção é simular e modelar processos de manufatura onde gêmeos são criados para diferentes equipamentos usados em linha de produção. Por exemplo, linha de montagem complexa pode incluir gêmeo digital de sistemas robóticos que colocam items em esteira transportadora, outro para moinho, outro para ferramenta de solda, e mais.

Gêmeo digital composto com esses elementos permitiria fabricante obter insights mais profundos em processos end-to-end. Ajustes poderiam ser feitos no modelo virtual para ver qual impacto mudanças teriam no produto final, taxas de produção, qualidade e mais.

No caminho para Indústria 4.0

Tecnologias de conectividade e dados coletados são essenciais para fabricante de equipamento ou dispositivo participar de futuras iniciativas industriais como Indústria 4.0. Iniciativas de manufatura inteligente podem combinar visibilidade de fábrica, manutenção preditiva, modelagem e simulações para obter insights em tempo real sobre como equipamento opera agora, como suas operações podem ser melhoradas e como impacta KPIs end-to-end.