Revolucionando a IIoT Através da Integração de Digital Twin (Gêmeo Digital)

A Internet Industrial das Coisas (IIoT) usa sensores e atuadores inteligentes que monitoram, coletam, analisam e compartilham dados. A IIoT junto com a Indústria 4.0 aumentou o uso de máquinas inteligentes que usam sensores para automatizar processos e aumentar a eficiência reduzindo a interferência humana. A enorme quantidade de dados gerada por esses sensores é usada para obter insights importantes sobre os processos industriais. Diferentes modelos baseados em IA/ML são treinados nesses dados e a saída desses modelos está na forma de upgrades e mudanças que poderiam ser feitas no sistema para melhorar a eficiência. A implementação desses upgrades e mudanças no sistema real envolve risco de falha ou dano a sistemas e processos críticos. A falha de sistemas críticos pode levar a muitos danos tanto para a indústria quanto para o público em geral. Além disso, serviços essenciais como sistemas de transmissão não podem ser diretamente atualizados ou alterados sem garantir que a mudança não fará o sistema colapsar. É aqui que o Digital Twin (Gêmeo Digital) entra para ajudar as indústrias a implementar essas mudanças de forma mais segura e eficiente.

Um Digital Twin pode ser entendido como um proxy para o sistema físico em um mundo digital. É uma réplica digital dos ativos que uma determinada indústria possui. O link que une o atributo físico ao digital é chamado de digital thread (fio digital). Os dados coletados de diferentes sensores e atuadores na configuração industrial são usados para construir uma réplica digital, que dá ao usuário acesso à estrutura, contexto e comportamento do ativo físico. As condições passadas e presentes do sistema podem ser observadas e, com base nelas, o comportamento futuro pode ser previsto se upgrades ou mudanças forem feitos. Isso não apenas economiza tempo e dinheiro, mas também previne danos aos sistemas reais. Gêmeos digitais permitem melhorias contínuas de processo, melhorias de design, operações eficientes, manutenção preditiva e estados condicionais das máquinas.

Como o Digital Twin está Transformando as Indústrias

A Indústria 4.0 é toda sobre automação e digitalização através da coleta, processamento e gerenciamento mais rápidos de dados. Sensores de borda (edge) estão substituindo a tecnologia de sensores convencional para facilitar o processamento mais rápido e o compartilhamento mais ágil de dados. Tecnologias como 5G estão lentamente ganhando ritmo para melhorar a velocidade de transferência de dados e a conectividade entre diferentes nós. A integração de tais tecnologias ainda tem diferentes desafios como alto custo de investimento, compatibilidade de sensores, segurança de dados e escalabilidade. Esses desafios tornam difícil para proprietários de negócios investir grandes somas em digitalização.

A maioria das deficiências acima é resolvida pela tecnologia de Digital Twin. Uma configuração física existente é convertida em forma digital conectada à máquina do mundo real através do digital thread. Com a ajuda de modelos de IA/ML, o funcionamento completo da máquina poderia ser mapeado em forma digital recebendo dados dos sensores, estatísticas passadas e dados de código aberto. Esta máquina proxy é usada para prever como a máquina real responderia quando mudanças são feitas nela. Portanto, para integrar tecnologias mais novas como sensores de borda e compatibilidade 5G, experimentos são conduzidos no mundo virtual e apenas a melhor solução é implementada no mundo real. O processo completo economiza tempo, custo e também cria uma cópia digital da máquina que pode ser usada para digitalização.

Gêmeos digitais estão sendo usados em uma variedade de indústrias, incluindo manufatura, energia, transporte e construção. Diferentes fabricantes e provedores de serviços envolvem digital twin para construir proxies de motores de aeronaves, locomotivas, plataformas offshore e turbinas eólicas. Empresas nestes setores estão investindo em gêmeos digitais para otimizar a operação e manutenção destes produtos.

Digital Twins fornecem às indústrias valor excepcional em três áreas-chave. A primeira é impulsionar melhorias no processo de manufatura. Desde prototipagem e design até a manufatura física do produto, as empresas podem monitorar continuamente a saída real e esperada e fazer mudanças para criar um produto quase perfeito. Operações de manufatura podem ser otimizadas prevendo falhas de linha e tomando as medidas necessárias para atingir a meta requerida.

A segunda área é manutenção preventiva, onde o gêmeo digital pode ser usado para analisar dados passados e receber entradas em tempo real do sistema real para prever falhas e sugerir manutenção preventiva para evitá-las. Técnicos podem analisar remotamente e fazer ajustes preventivos e, quando ajustes físicos são necessários, técnicos podem analisar remotamente e encomendar peças antecipadamente para economizar tempo.

A terceira área é desenvolvimento de novos produtos e entrada em novos mercados baseados no uso de produtos e serviços existentes pelos clientes. Gêmeos digitais ajudam a fornecer insights sobre como os produtos estão sendo usados pelos clientes e quais mudanças poderiam ou deveriam ser feitas no design e manufatura de novos produtos para melhorar penetração de mercado, capturar novos mercados e melhorar satisfação do cliente. Isso pode reduzir significativamente o valor gasto pelas empresas em pesquisa de mercado e feedback de clientes.

O que vem pela frente para digital twin e IoT

Fazer o gêmeo digital de um motor de avião ou de uma máquina complexa de uma unidade de manufatura não é o fim, mas apenas o início da revolução que a tecnologia está prestes a trazer. Avanços em edge computing e dispositivos de borda poderosos estão sendo implantados em indústrias conectadas por sistemas de rede avançados como 5G privado, o que pode tornar possível a interconexão de gêmeos digitais. O resultado seria uma cadeia completa de equipamentos conectados formando uma fábrica digital.

Por exemplo, Cingapura criou um gêmeo digital completo da cidade para rastrear tráfego, poluição, clima e layouts urbanos para que gerentes da cidade possam testar opções de acessibilidade, ver o impacto potencial de novas construções, gerenciar respostas de emergência e monitorar a saúde da cidade. Enquanto isso, médicos estão criando Gêmeos Digitais específicos de pacientes de pulmões para ajudar a tomar decisões sobre uso de ventiladores no tratamento de pacientes com COVID-19.

Embora ainda seja uma tecnologia emergente, não há dúvida de que gêmeos digitais são o futuro. Eles têm aplicações infinitas entre departamentos de operações, manutenção, finanças, vendas e marketing para acessar uma fonte unificada de dados do mundo real para prever manutenção, melhorar design, entender uso e ajustar preços.