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O que é um gêmeo digital?
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O que é um gêmeo digital?

Um digital twin é uma representação virtual de um objeto ou sistema projetado para refletir com precisão um objeto físico. Ele abrange o ciclo de vida do objeto, é atualizado com dados em tempo real e utiliza simulação, aprendizado de máquina e raciocínio para ajudar na tomada de decisões.

Como funciona um digital twin?

O objeto estudado (por exemplo, uma turbina eólica) é equipado com vários sensores relacionados às áreas funcionais essenciais. Esses sensores produzem dados sobre diferentes aspectos do desempenho do objeto físico, como produção de energia, temperatura, condições climáticas e mais.O sistema de processamento recebe essas informações e as aplica ativamente à cópia digital.

Após receber os dados relevantes, o modelo digital pode ser utilizado para realizar várias simulações, analisar problemas de desempenho e criar melhorias potenciais. O objetivo final é obter insights valiosos que possam ser usados para aprimorar a entidade física original.

Digital twins vs. simulações

Embora tanto as simulações quanto os digital twins utilizem modelos digitais para replicar os diversos processos de um sistema, um digital twin é na verdade um ambiente virtual, o que o torna significativamente mais rico para estudos. A diferença entre um digital twin e uma simulação está em grande parte na escala: enquanto uma simulação normalmente estuda um processo em particular, um digital twin pode executar várias simulações úteis para estudar múltiplos processos.

As diferenças não param por aí. Por exemplo, as simulações geralmente não se beneficiam de dados em tempo real. Já os digital twins são projetados com base em um fluxo bidirecional de informações que ocorre quando os sensores do objeto fornecem dados relevantes ao processador do sistema, e acontece novamente quando os insights gerados pelo processador são compartilhados de volta com o objeto físico original.

Com dados melhores e constantemente atualizados relacionados a uma ampla gama de áreas, combinados com o poder de computação adicional que acompanha um ambiente virtual, os digital twins podem analisar mais questões a partir de muito mais pontos de vista do que as simulações padrão, com maior potencial para melhorar produtos e processos.

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Tipos de digital twins

Existem vários tipos de digital twins dependendo do nível de ampliação do produto. A maior diferença entre esses twins está na área de aplicação. É comum que diferentes tipos de digital twins coexistam dentro de um sistema ou processo. Vamos explorar os tipos de digital twins para entender as diferenças e como eles são aplicados.

Gêmeos de componentes ou gêmeos de partes

Os gêmeos de componentes são a unidade básica de um digital twin, o menor exemplo de um componente funcional. Os gêmeos de partes são basicamente a mesma coisa, mas se referem a componentes de importância ligeiramente menor.

Gêmeos de ativos

Quando dois ou mais componentes trabalham juntos, eles formam o que é conhecido como um ativo. Os gêmeos de ativos permitem estudar a interação desses componentes, criando uma grande quantidade de dados de desempenho que podem ser processados e transformados em insights acionáveis.

Gêmeos de sistema ou de unidade

O próximo nível de ampliação envolve os gêmeos de sistema ou de unidade, que permitem ver como diferentes ativos se unem para formar um sistema funcional completo. Os gêmeos de sistema fornecem visibilidade sobre a interação dos ativos e podem sugerir melhorias de desempenho.

Gêmeos de processo

Os gêmeos de processo, o nível macro de ampliação, revelam como os sistemas trabalham juntos para criar uma instalação de produção inteira. Esses sistemas estão todos sincronizados para operar com eficiência máxima, ou os atrasos em um sistema afetam os outros? Os gêmeos de processo podem ajudar a determinar os esquemas de sincronização precisos que, em última análise, influenciam a eficácia geral.

História da tecnologia de digital twins

A ideia da tecnologia de digital twins foi mencionada pela primeira vez em 1991, com a publicação de Mirror Worlds, de David Gelernter. No entanto, o Dr. Michael Grieves (na época, professor da Universidade de Michigan) é creditado como o primeiro a aplicar o conceito de digital twins à manufatura em 2002 e a anunciar formalmente o conceito de software de digital twin. Por fim, em 2010, John Vickers, da NASA, introduziu um novo termo, "digital twin".

No entanto, a ideia central de usar um digital twin como meio de estudar um objeto físico pode ser vista muito antes. De fato, pode-se dizer com justiça que a NASA foi pioneira no uso da tecnologia de digital twins durante suas missões de exploração espacial na década de 1960, quando cada espaçonave em viagem era exatamente replicada em uma versão terrestre usada para estudo e simulação por equipes da NASA.

Vantagens e benefícios dos digital twins

Melhor P&D
O uso de digital twins permite pesquisas e design de produtos mais eficazes, com uma abundância de dados criados sobre os prováveis resultados de desempenho. Essas informações podem levar a insights que ajudam as empresas a fazer os ajustes necessários nos produtos antes de iniciar a produção.

Maior eficiência
Mesmo após o início da produção de um novo produto, os digital twins podem ajudar a espelhar e monitorar os sistemas de produção, com o objetivo de alcançar e manter a eficiência máxima durante todo o processo de fabricação.

Fim de ciclo do produto
Os digital twins podem até ajudar o fabricante a decidir o que fazer com produtos que chegam ao fim de seu ciclo de vida e precisam passar por processamento final, seja por meio da reciclagem ou outras medidas. Utilizando digital twins, é possível determinar quais materiais dos produtos podem ser reaproveitados.

Mercado e setores de digital twins

Embora os digital twins sejam valorizados pelo que oferecem, seu uso não é justificado para todos os fabricantes ou para todos os produtos. Nem todo objeto é complexo o suficiente para precisar do fluxo intenso e regular de dados de sensores que os digital twins exigem. Tampouco vale a pena, do ponto de vista financeiro, investir recursos significativos na criação de um digital twin. (Lembre-se de que um digital twin é uma réplica exata de um objeto físico, o que pode tornar sua criação cara.)

Por outro lado, diversos tipos de projetos se beneficiam especificamente do uso de modelos digitais:

  • Projetos fisicamente grandes: edifícios, pontes e outras estruturas complexas são regidos por regras rigorosas de engenharia.
  • Projetos mecanicamente complexos: turbinas de jato, automóveis e aeronaves. Os digital twins podem ajudar a melhorar a eficiência em maquinários complexos e motores gigantescos.
  • Equipamentos de geração de energia: isso inclui tanto os mecanismos de geração de energia quanto de transmissão.
  • Projetos de manufatura: os digital twins são excepcionais em ajudar a otimizar a eficiência dos processos, como em ambientes industriais com sistemas de máquinas interfuncionais.

Portanto, os setores que alcançam maior sucesso com digital twins são aqueles envolvidos com produtos ou projetos em larga escala:

  • Engenharia (sistemas)
  • Fabricação de automóveis
  • Produção de aeronaves
  • Projeto de vagões ferroviários
  • Construção de edifícios
  • Manufatura (IIoT - Industrial IoT)
  • Serviços públicos de energia

Mercado de digital twins: preparado para crescimento

O mercado de digital twins em rápida expansão indica que, embora os digital twins já estejam sendo usados em muitos setores, a demanda por eles continuará crescendo por um bom tempo. Em 2022, o mercado global de digital twins foi projetado para alcançar USD 73,5 bilhões até 2027.1

Melhorando a eficiência de fabricação com digital twins

O uso de digital twins de ponta a ponta permite que proprietários e operadores reduzam o downtime dos equipamentos enquanto aumentam a produção. Descubra uma solução de gerenciamento de ciclo de vida de serviço criada pela IBM e Siemens.

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Aplicativos

Os digital twins já são amplamente utilizados nas seguintes aplicações:

Equipamentos de geração de energia

Grandes motores (como motores a jato, de locomotivas e turbinas de geração de energia) se beneficiam enormemente do uso de digital twins, especialmente para estabelecer prazos de manutenção regular necessária.

Estruturas e seus sistemas

Grandes estruturas físicas, como edifícios de grande porte ou plataformas de perfuração offshore, podem ser aprimoradas com digital twins, principalmente durante seu design. Eles também são úteis no design dos sistemas operacionais dessas estruturas, como os sistemas de HVAC.

Operações de produção

Como os digital twins são projetados para espelhar todo o ciclo de vida de um produto, não é surpreendente que eles tenham se tornado onipresentes em todas as etapas da fabricação, guiando os produtos desde o design até o produto final, e em todas as etapas intermediárias.

Serviços de saúde

Assim como os produtos podem ser perfilados por meio de digital twins, o mesmo pode acontecer com pacientes que recebem serviços de saúde. O mesmo tipo de sistema de dados gerados por sensores pode ser usado para monitorar vários indicadores de saúde e gerar insights importantes.

Setor automotivo

Os automóveis representam muitos tipos de sistemas complexos e interfuncionais, e os digital twins são amplamente utilizados no design automotivo, tanto para melhorar o desempenho dos veículos quanto para aumentar a eficiência na produção.

Planejamento urbano

Engenheiros civis e outros envolvidos em atividades de planejamento urbano são significativamente auxiliados pelo uso de digital twins, que podem exibir dados espaciais em 3D e 4D em tempo real e também incorporar sistemas de realidade aumentada em ambientes construídos.

O futuro dos digital twins

Uma mudança fundamental nos modelos operacionais existentes está acontecendo. Uma reinvenção digital está ocorrendo em setores intensivos em ativos, que estão mudando os modelos operacionais de forma disruptiva, exigindo uma visão integrada física e digital de ativos, equipamentos, instalações e processos. Os digital twins são uma parte vital desse realinhamento.

O futuro dos digital twins é praticamente ilimitado, pois quantidades crescentes de poder cognitivo estão constantemente sendo dedicadas ao seu uso. Assim, os digital twins estão constantemente aprendendo novos recursos e skills, o que significa que podem continuar gerando os insights necessários para melhorar produtos e tornar os processos mais eficientes.

Neste artigo sobre como transformar as operações de ativos com digital twins, aprenda como as mudanças impactam seu setor.

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