Gêmeos digitais: o que é e como funciona

Um gêmeo digital é um modelo virtual de um objeto físico frequentemente usado para simulações, testes e monitoramento do objeto físico.

Eles facilitam a visualização de projetos complexos, como grandes máquinas, motores a jato, cidades inteligentes e instalações de serviços públicos.

Os gêmeos digitais também podem existir para objetos inexistentes – nesse caso, eles são usados ​​para o planejamento e desenvolvimento de tal objeto.

Este blog detalha tudo o que você precisa saber sobre gêmeos digitais e para ver se isso pode beneficiar seu próximo projeto.

Características dos gêmeos digitais

As tecnologias de gêmeos digitais se diferenciam de outras tecnologias com um conjunto único de características e incluem:

• Modularidade: As tecnologias de gêmeos digitais geralmente aplicam uma abordagem de projeto modular para construir uma única máquina com vários componentes. Essa abordagem facilita a identificação de componentes específicos que podem ser trocados, melhorados ou ajustados de alguma forma para alcançar os resultados desejados.
• Conectividade: Os gêmeos digitais também dependem muito da conectividade e isso geralmente é alcançado por sensores conectados por meio de dispositivos IoT. Essa conectividade funciona em ambos os sentidos para permitir a comunicação entre os gêmeos digitais e físicos.
• Inteligente e reprogramável: Os sistemas gêmeos digitais são inteligentes no sentido de que você pode fazer alterações em diferentes parâmetros. As informações dos sensores IoT, por exemplo, podem fazer com que o gêmeo digital ajuste alguns parâmetros e também envie essas novas configurações para o gêmeo físico para que se ajuste.
• Homogeneização: Homogeneização refere-se à simplificação de todos os dados e entradas da máquina física em um formato digital simples que facilita o compartilhamento com outros usuários, sistemas ou membros da equipe.
• Criação de rastreamento digital: os gêmeos digitais também deixam rastros que facilitam retroceder o estado de uma máquina, por exemplo, para um momento anterior à ocorrência de um mau funcionamento. Assim, facilitando o diagnóstico de problemas.

Como funcionam os gêmeos digitais

O processo de funcionalidade dos gêmeos digitais é relativamente simples. Aqui está o processo básico de 3 etapas.

1. O gêmeo físico

Primeiro, existe o objeto físico ou a máquina, que pode ser qualquer coisa, desde um motor de combustão interna V8 até um motor a jato turbofan, uma linha de montagem em uma fábrica ou uma cadeia de suprimentos inteira. Um gêmeo físico é equipado com sensores que coletam e transmitem todas as formas de dados dele para seu gêmeo virtual. Esses dados podem incluir temperatura, rotações por minuto, pressão, nível de ruído, vibração e assim por diante.

2. O gêmeo digital

No mundo da informática, um modelo virtual correspondente do gêmeo físico é criado para uma simulação virtual. Este modelo virtual pode ser tão simples ou complexo quanto necessário. Ele poderia usar representações gráficas simples ou empregar gráficos mais complexos com princípios físicos ou de engenharia que o fizessem imitar seu gêmeo físico de forma mais autêntica. 

3. A conexão de dados

O sistema só fica completo quando os dados em tempo real dos sensores são alimentados no gêmeo digital para criar um ciclo de feedback em tempo real, onde o gêmeo físico influencia sua contraparte digital, e o gêmeo digital, por sua vez, também pode monitorar o desempenho físico, executar simulações, fazer alterações no gêmeo físico ou ser usado para treinar pessoal para o trabalho.

Os benefícios dos gêmeos digitais

As vantagens dos gêmeos digitais são muitas e aqui estão algumas:

• Manutenção preditiva: Ao monitorar continuamente os equipamentos e seu desempenho, os gêmeos digitais permitem a manutenção preditiva e podem ajudar a evitar falhas dispendiosas nos equipamentos e tempos de inatividade não planejados.
• Eficiência operacional melhorada: Ao fornecer insights para otimizar processos e alocar recursos de maneira ideal com base em dados em tempo real, os gêmeos digitais também podem levar a resultados significativos. produtividade ganhos.
• Gerenciamento aprimorado de segurança e risco: Cenários perigosos podem ser simulados com um gêmeo digital para identificar perigos potenciais e tomar as medidas adequadas.
• Inovação e Desenvolvimento de Produtos: Os gémeos digitais podem ajudar a facilitar a inovação, fornecendo um ambiente virtual para testar e refinar ideias antes de se comprometerem com a produção física. Isto pode acelerar o processo de inovação e desenvolvimento de produtos, ajudando a lançar produtos mais rapidamente no mercado.
• Melhoria na Tomada de Decisão: Os gêmeos digitais fornecem insights em tempo real baseados em dados sobre o estado e o desempenho dos sistemas físicos. Esta informação pode capacitar os decisores a fazer escolhas informadas, otimizar os processos do seu sistema e responder a circunstâncias imprevistas com mais facilidade.
• Economia de Custos: Os gêmeos digitais podem contribuir para a economia de custos em uma organização por meio de manutenção preditiva, otimização de processos e melhor gerenciamento geral de recursos.

Tipos de gêmeos digitais

Existem vários tipos de gêmeos digitais, com base em sua aplicação ou escopo. Aqui estão os principais:

• Gêmeos componentes: Também chamado de gêmeo de peças, é um gêmeo digital que corresponde ao menor elemento de um sistema. Um exemplo é um pistão único de um motor de 6 cilindros. Os gêmeos componentes podem monitorar parâmetros específicos como vibração e temperatura.
• Produto Gêmeos: um gêmeo de produto ou ativo geralmente combina vários gêmeos de componentes para atingir esse modelo com maior complexidade. Os gêmeos de produtos geralmente representam produtos físicos, como um motor, um ventilador e assim por diante.
• Gêmeos de processo: usado para modelar e simular as operações ou fluxos de trabalho dentro de um sistema. Os gêmeos de processos podem ser aplicados para otimizar ou monitorar processos industriais, como manufatura e gerenciamento da cadeia de suprimentos.
• Sistema Gêmeos: combina vários processos ou produtos gêmeos para criar um sistema complexo usado para analisar ou simular as interações de vários modelos virtuais como uma única unidade.

Aplicações em todos os setores

As empresas estão aplicando tecnologias de gêmeos digitais em vários setores ao redor do mundo. Aqui estão algumas dessas principais aplicações:

• Produção industrial: Os gêmeos digitais ajudam a otimizar o processo de produção nas fábricas e, assim, minimizar o tempo de inatividade, monitorar a integridade dos equipamentos e melhorar a eficiência operacional geral da empresa.
• Aeroespacial: Os fabricantes aeroespaciais empregam gêmeos digitais para projetos e testes de componentes de aeronaves. Outros o utilizam para monitoramento em tempo real, como a Rolls-Royce faz com seus motores.
• Cidades Inteligentes: As cidades inteligentes estão a empregar gémeos digitais na otimização do tráfego, monitorização e gestão de energia e na tomada de várias decisões informadas que beneficiarão os residentes da cidade.
• Energia e Utilidades: A tecnologia de gêmeo digital ajuda no gerenciamento de energias renováveis, redes elétricas e qualquer combinação complexa de sistemas energéticos. Eles podem ajudar na otimização da alocação de recursos, na previsão da demanda de energia e assim por diante.
• Construção: Os gêmeos digitais estão permitindo que arquitetos e engenheiros visualizem e simulem diferentes opções antes de iniciarem a construção. Além disso, eles também podem monitorar um edifício após a construção.
• Gestão da Cadeia de Suprimento: Cadeias de abastecimento complexas podem empregar tecnologia de gêmeos digitais para rastrear bens e materiais em tempo real, otimizar rotas de transporte, identificar possíveis atrasos e melhorar a eficiência geral da cadeia de abastecimento.
• Desenvolvimento de produto: Os gêmeos digitais podem ser usados ​​para testar e refinar virtualmente novos produtos antes de colocá-los no mercado, reduzindo assim os custos de desenvolvimento.

Exemplo de Aplicações

Aqui estão alguns exemplos memoráveis ​​das diferentes maneiras pelas quais as empresas estão empregando a tecnologia de gêmeos digitais.

• Turbinas Eólicas GE: A GE usa gêmeos digitais de turbinas eólicas para monitoramento de desempenho e manutenção preditiva.
• SpaceX: Um gêmeo digital de sua cápsula Dragon permite que os operadores monitorem e ajustem trajetórias, cargas e sistemas de propulsão para segurança e confiabilidade.
• Cidade Inteligente de Singapura: Singapura está a desenvolver um gémeo digital de toda a cidade, incluindo edifícios, infraestruturas e redes de transporte, para monitorizar o consumo de energia, a qualidade do ar e o tráfego em tempo real.
• Redes Elétricas Schneider: A Schneider Electric utiliza gêmeos digitais de redes elétricas para otimização do fluxo de energia, previsões de possíveis interrupções e resiliência da rede.
• AB InBev: A maior cervejaria do mundo emprega tecnologia de gêmeos digitais para gerenciar suas cadeias de suprimentos e linhas de produção.
• Rolls Royce: A empresa Rolls-Royce usa gêmeos digitais de seus motores de aeronaves para rastreamento, otimização e eficiência de combustível em tempo real.
• Unilever: Este gigante da manufatura emprega tecnologia digital twin para otimização de processos e maximização de recursos em suas fábricas.
• Grupo de Consultoria de Boston: O Boston Consulting Group (BCG) emprega gêmeos digitais de processos de negócios para identificar e resolver ineficiências, prever gargalos de processos e otimizar a alocação de recursos nos negócios de seus clientes.

Tecnologias relacionadas aos gêmeos digitais

As tecnologias de gémeos digitais não se desenvolvem no vácuo. Eles são o resultado da interação com várias outras tecnologias, que incluem o seguinte:

• AI e ml: Inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML) são campos da ciência da computação que tornam mais fácil para os engenheiros pegarem as entradas de sensores e dados de sistemas gêmeos digitais e transformá-los em insights acionáveis ​​ou outras aplicações de negócios valiosas.
• Internet das coisas: A Internet das Coisas (IoT) é a crescente rede de dispositivos interconectados que podem se comunicar entre si e com outras pessoas. computação plataformas. As aplicações e inovações de IoT ainda estão em ascensão.
• Realidade Estendida: Realidade estendida é um termo abrangente que se refere a aplicativos de realidade virtual, realidade aumentada e realidade mista.
• Nuvem e borda: As plataformas em nuvem facilitam a homogeneização de dados, ao mesmo tempo que computação de borda sistemas ajudam as empresas a otimizar sua infraestrutura e capacidades de processamento de dados.
• Simuladores: De sistemas de modelagem 3D a motores físicos, ferramentas de visualização e outras plataformas que permitem a criação e visualização de gêmeos digitais.
• Blockchain: Algumas aplicações de gêmeos digitais, como soluções de cadeia de suprimentos, aplicam-se Tecnologias Blockchain para gerenciamento de dados preciso e confiável.

Recursos

• Artigo da Wikipedia sobre gêmeos digitais: https://en.wikipedia.org/wiki/Digital_twin
• IBM em gêmeos digitais: https://developer.ibm.com/articles/what-are-digital-twins/
• Serviço Azure Digital Twins da Microsoft: https://azure.microsoft.com/en-us/products/digital-twins
• Consórcio de Gêmeos Digitais: https://www.digitaltwinconsortium.org/
• Hub Gêmeo Digital: https://digitaltwinhub.co.uk/forums/
• Hub de insights de IoT industrial: https://plm.sw.siemens.com/en-US/insights-hub/

Conclusão

Você viu como os gêmeos digitais estão transformando e revolucionando a maneira como percebemos e interagimos com o mundo físico. Do design de produtos à orquestração de ecossistemas urbanos inteiros, os gêmeos digitais oferecem insights, eficiência e inovação incomparáveis.

Os gêmeos digitais também conectam os domínios físico e digital com análises de dados em tempo real e recursos preditivos, o que permite que as indústrias otimizem facilmente os processos e aprimorem a tomada de decisões. Isso pode ajudar você e sua empresa a desbloquear novas possibilidades.