IoT Industrial e a Revolução do Gêmeo Digital: Transformando a Manufatura

O termo "gêmeo digital" refere-se à conceitualização de manter uma réplica digital de um objeto físico, operação, usando dados de dispositivos inteligentes como sensores. O canal que une o gêmeo digital e sua contraparte física é chamado de "fio digital". O modelo digital é modificado e atualizado regularmente com incorporação apropriada de Inteligência Artificial e dados. Além disso, fornece realidade virtual real e concorrente. Combinar o objeto físico com seu correspondente gerado por computador é crucial. À medida que a tendência de IoT Industrial cresce, a tecnologia de gêmeo digital torna-se mais significativa do que nunca.

As contrapartes digitais são conectadas com tecnologia de rede e sua capacidade de resolver problemas e fornecer maior desempenho operacional torna essa correspondência digital como tecnologia essencial para toda organização.

Ao oferecer às empresas uma réplica digital completa de produtos, a tecnologia de gêmeo digital permite que as indústrias notem problemas físicos nos equipamentos com antecedência, tomando ações apropriadas para remover potenciais problemas antes que ocorram.

Criar uma réplica digital do equipamento é uma tarefa complexa. A melhor abordagem é criar a contraparte digital para uma divisão da unidade de manufatura, colocá-la em ação e depois prosseguir para desenvolver o gêmeo digital para outras áreas.

Além disso, o gêmeo digital é distinto do CAD (desenho assistido por computador). O real potencial da contraparte digital é oferecer rapidamente a conexão real e abrangente entre os domínios físico e digital nas indústrias.

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A tecnologia de gêmeo digital está mudando a face da indústria de manufatura, diminuindo custos, controlando ativos e reduzindo tempo de inatividade causado por falhas de equipamentos. O gêmeo digital de um objeto físico nas indústrias desempenha papel vital na IoT Industrial. Essa tecnologia também aumenta novas possibilidades para negócios mundialmente. A réplica digital utiliza tecnologias como realidade virtual, usando dados e modelagem gráfica para criar perfeitamente um modelo virtual de qualquer equipamento.

Funcionamento da Tecnologia de Gêmeo Digital

Na tecnologia atual, sensores acoplados a objetos físicos na fábrica coletam dados e transmitem à sua réplica gerada por computador; essa comunicação melhora o desempenho do objeto físico. O diferencial é que a contraparte virtual pode ser criada antes mesmo da construção física do equipamento nas unidades de manufatura.

Para criar a parte virtual exata de um produto físico específico, engenheiros devem coletar e mesclar dados de diversas fontes: estatísticas de manufatura, informações sobre seu funcionamento e software de analytics. Além disso, há necessidade de procedimentos de IA que se incorporem à réplica gerada por computador do equipamento específico.

Réplica Digital na Unidade de Manufatura em Diversos Níveis

#1 Nível de Componente

Este nível destaca o componente único crucial em todo o processo de manufatura. A única parte mais necessária e da qual o processo depende fortemente.

#2 Nível de Ativo

Desenvolve uma réplica digital de uma parte específica do equipamento utilizada na fase de produção.

#3 Nível de Sistema

Implementado quando fabricantes precisam melhorar toda a linha de produção.

#4 Nível de Processo

Analisa todo o ciclo de vida do produto: do design e desenvolvimento à manufatura, distribuição e uso pelo usuário final. Ajuda no desenvolvimento de produtos atuais e futuros.

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Plano de Design do Conceito de Gêmeo Digital

#1 Construção

Esta fase inclui equipar um objeto físico com múltiplos sensores que medem insights do objeto e seu entorno. As medições classificam-se em duas categorias:

1. Medições Operacionais: desempenho físico do equipamento (uniformidade de cor, torque, deslocamento, resistência à tração).
2. Dados Externos: afetam as operações do equipamento físico (pressão barométrica, temperatura ambiente, nível de umidade).

Essas medições são convertidas em mensagens digitais seguras via codificadores e transferidas à réplica digital do equipamento.

#2 Comunicação

Esta fase realiza conectividade bidirecional contínua em tempo real entre processos físicos e plataforma digital. Conectividade de rede é vital para suportar a contraparte virtual. Envolve 3 elementos:

1. Processamento de Borda (Edge Processing): Conecta sensores a historiadores de processo, processa dados dos sensores e os passa à plataforma. Traduz protocolos proprietários para formatos compreensíveis e reduz comunicação de rede. Torna a comunicação mais rápida processando dados ingeridos nos endpoints.
2. Interface de Comunicação: Transfere dados processados (informação) da função do sensor para a função de integração. Dependendo da configuração do gêmeo digital, o sensor pode ser colocado em qualquer lugar: operação de mineração, residência, estacionamento.
3. Segurança de Borda (Edge Security): Novos sensores e comunicações trazem novas ameaças de segurança em rápida evolução. Novas soluções para habilitar gêmeos digitais com segurança serão necessárias à medida que ativos IP crescem. Firewalls, criptografia, chaves de aplicação e certificados de dispositivo são abordagens comuns.

#3 Agregação

A agregação de dados suporta ingestão em data warehouse/repositório, facilmente processado e preparado para análise. Agregação e processamento podem ser feitos na nuvem ou on-premises.

#4 Análise

Fase de análise dos dados. Todo o conjunto é examinado e previsto. Analistas e cientistas de dados usam plataformas avançadas de analytics para gerar insights, permitindo tomada de decisão inteligente.

#5 Estágio de Insight

Insights gerados são apresentados em dashboards com representações visuais, destacando diferenças sutis no desempenho entre o análogo do mundo físico e o modelo de gêmeo digital em uma ou mais dimensões. Indica áreas que precisam de investigação.

#6 Ação

Utiliza insights acionáveis da etapa anterior, retroalimentando o ativo físico. Insights passam por decodificadores, que decodificam comandos, e são enviados a atuadores, responsáveis pelo controle e movimento do equipamento. Insights também podem atualizar sistemas de back-end que controlam cadeias de suprimentos.

Como Estabelecer a Pedra Angular com a Tecnologia de Gêmeo Digital

#1 Identificar Oportunidades

Inicialmente, é crucial visualizar e delimitar áreas da unidade de manufatura que podem colher benefícios da tecnologia de gêmeo digital. A necessidade e cenário certo variam, mas provavelmente terão:

1. O equipamento físico selecionado deve ser elemento crucial do processo de manufatura para justificar investimento na contraparte virtual.
2. Problemas produto-processo podem ser resolvidos, potencialmente gerando valor para a empresa ou cliente.

Uma vez delimitadas as oportunidades, devem ser avaliadas para reconhecer fatores do processo que ofereçam vantagens do gêmeo digital.

#2 Detectar o Processo

Próximo passo: reconhecer a configuração piloto de gêmeo digital de maior valor possível e alta taxa de sucesso. Considere fatores de gestão de mudança organizacional e operações para identificar o melhor candidato ao piloto. Empresas frequentemente erram ao tentar construir gêmeo digital de equipamento ou processo altamente complexo, enfrentando desafios. Em vez disso, devem focar em ir amplo, não profundo: implantar gêmeo digital amplamente pela organização, gerando mais valor e suporte.

#3 Comece Estreito

Para limitar o escopo, o piloto pode ser subconjunto de divisões de negócios ou produtos. O escopo limitado deve pelo menos mostrar valor à empresa. Ao desenvolver o piloto, implementadores devem ser adaptáveis e ter mente aberta. Um ecossistema agnóstico permite adaptabilidade e integração com dados, aproveitando novos parceiros ou tecnologias.

Embora queira ser agnóstico a dados (estruturados e não estruturados) e fontes (novos sensores ou fontes externas), precisará de solução ponta-a-ponta escalável para suportar expansão.

#4 Expandir o Piloto

Uma vez bem-sucedido, pode ser escalado. Identifique oportunidades para escalar e colher benefícios. Comece visando processos adjacentes ou semelhantes, interconectados com o piloto. Aprenda com erros do desenvolvimento do piloto e escale rapidamente.

Não se esqueça de comunicar o valor derivado da adoção do gêmeo digital aos acionistas e à empresa.

#5 Avaliar

Monitorar e medir essas soluções após implementação permite medir o valor entregue pelo gêmeo digital. Mudanças no processo futuro podem ser feitas iterativamente, observando resultados para identificar a melhor configuração possível.

Resumo:

Em suma, a tecnologia de gêmeo digital, uma tendência de ponta, desempenhará papel vital em implantações de aplicações de IoT Industrial. Essa nova tecnologia ajudará a fornecer receitas aprimoradas, diminuir despesas gerais indesejadas decorrentes de problemas em equipamentos e processos, reduzir gastos de manutenção, aumentar consistência na linha de produção e melhorar o serviço ao cliente — o objetivo final das indústrias.

Se busca uma solução IoT ponta-a-ponta para seu negócio, sinta-se à vontade para entrar em contato; ajudaremos a selecionar a solução certa conforme suas necessidades.