Prever falhas e melhorar a produtividade nos processos são alguns dos princípios empregados por qualquer indústria e, cada vez mais, elas se encontram perto de alcançá-los, graças à implementação das novas tecnologias. Nos últimos anos, tem recebido destaque o referente aos gêmeos digitais, demonstrando de maneira virtual o impacto das mudanças em design, os casos de aplicação, a incorporação de elementos novos e outros conjuntos de circunstâncias, sem necessidade de investir em ativos físicos.
Tal e como explica Pablo Ayala, coordenador de tecnologias de inteligência visual em GAIA (Associação das Indústrias de Conhecimento e Tecnologia Aplicada de Euskadi), gêmeos digitais são sistemas que reproduzem ou representam de maneira virtual elementos chave dos sistemas de produção, com o objetivo de atuar em sua eficiência. Para a consecução dessas representações de altíssima precisão, são empregadas funcionalidades da simulação multifísica, análise de dados, inteligência artificial, aprendizado automático ou visualização tridimensional.
Em função da aplicação, existem três tipos de gêmeos digitais:
– Produto. Permitem a validação virtual do rendimento de um produto e saber como funcionará no mundo físico antes de sua fabricação. Assim, é possível reduzir os custos derivados da experimentação com novos materiais ou designs, sem a necessidade de incidir em protótipos caros, melhorando a qualidade final e simulando muitas outras situações de estresse das que poderiam ser emuladas no laboratório.
– Processo de produção. Através da recriação de uma cópia digital e da análise da eficiência em diferentes condições, com a consequente economia de tempo de inatividade dos equipamentos e a melhoria no planejamento de tarefas como, por exemplo, a manutenção preventiva.
– Rendimento. Para coleta, análise e operação no banco de dados das indústrias, aproveitando toda essa informação das plantas em funcionamento para a tomada das melhores decisões.
“O principal benefício se encontra na eficiência, tanto do produto quanto do processo. Contar com os gêmeos possibilita entender e prever as condições de rendimento do ativo, processos ou produtos, antecipar situações de uso incorreto, falhas ou lacunas, e identificar melhorias de eficiência”, assinala Ayala.
Mercado em alta
As empresas que fornecem esses softwares empregam inúmeras tecnologias no processo de modelagem dos produtos ou da cadeia de produção: dados de sensores instalados em objetos físicos para determinar o rendimento em tempo real e suas mudanças, os próprios desenhos digitalizados de engenharia ou de design, e informação de terceiras partes, como os fabricantes da máquina empregada. Podem inclusive utilizar a previsão meteorológica, se o tempo exterior tiver incidência na instalação (como acontece, por exemplo, em explorações ao ar livre). “Todo esse Big Data é misturado e inter-relacionado para criar laços tão fortes que alguns dados retroalimentem outros até configurar um ambiente mutável, adaptado às diferentes circunstâncias propostas e às modificações que irão surgindo em tempo real no decorrer da operação da fábrica,” afirma o coordenador de tecnologias de inteligência visual em GAIA.
Estima-se que o mercado dos gêmeos digitais crescerá de 3,8 bilhões de dólares, em 2019, para 35,8 bilhões, em 2025, com uma taxa composta anual de 45,4%, segundo a consultora Markets and Markets. Os fatores impulsionadores da demanda por gêmeos digitais incluem a crescente adoção de tecnologias emergentes para sua implementação, como IoT e a nuvem, e a promissora perspectiva da incorporação em indústrias como a aeroespacial, defesa, setor automotivo, transporte e atendimento médico.
Os gêmeos digitais são sistemas que representam de maneira virtual elementos chaves dos sistemas de produção, para poder atuar na sua eficiência e antecipar falhas
Um dos grandes handicaps dos gêmeos digitais é serem adaptáveis a quaisquer tipos de setores e contextos industriais, porque estão voltados à melhoria do produto ou do processo. De fato, “graças a sua aplicação, as indústrias conseguem demonstrar o impacto das mudanças no design, os casos de uso, as condições ambientais e outro grande número de variáveis”. Nesse sentido, Ayala menciona o exemplo de uma empresa que deseja simular o funcionamento de sua linha de montagem e ver o efeito de acrescentar mais pessoas em uma área, a incorporação de um braço robótico ou de um AVG no transporte de materiais. “Desse modo, poderá validar uma melhoria nos tempos do ciclo antes de realizar qualquer investimento ou modificações na linha real”, confirma. Uma situação que pode ser reproduzida para processos de refinarias de petróleo e gás, redes de tráfego, parques eólicos, hospitais, etc.
Concretamente, as indústrias do setor automotivo e do transporte serão chave em um futuro próximo, graças à utilização no design, simulação, manutenção, reparação e revisão, produção e serviço posterior. Além disso, são pioneiras na adoção dessas tecnologias e existe uma crescente demanda por dispositivos conectados nestes setores, devido aos avanços como os automóveis conectados e autônomos, o que, por sua vez, impulsiona o crescimento do mercado.
Adaptação tecnológica
O uso de sistemas de representação virtual não é novo, como reconhece o especialista de GAIA, mas a aplicação generalizada de padrões 4.0 na indústria trouxe grande interesse e o desenvolvimento desses sistemas digitais, que reproduzem ou representam elementos chave na eficiência dos sistemas de produção. Para 2021, um estudo da consultora Gartner prevê que cerca da metade das empresas industriais empregará gêmeos digitais, permitindo um incremento na eficiência global de 10%.
Esse interesse foi plasmado em uma grande promoção para que as entidades públicas a nível internacional implantem este tipo de soluções. Isso derivou em um grande número de ações de formação e divulgação, “que possibilitaram a geração de um ecossistema muito positivo por parte das empresas industriais, que têm grande interesse em desenvolver, automatizar e se tornarem mais eficientes”. Com a vantagem de que essa preocupação não surgiu somente entre empresas de grande porte, mas também em médias e pequenas organizações. Além disso, existem programas e contextos que apoiam, por um lado, o design desta classe de soluções e, por outro, a sua implantação no meio industrial.
O uso dos gêmeos digitais tem uma perspectiva promissora em indústrias como a aeroespacial, defesa, o setor automotivo, transporte e atendimento médico.
“O principal desafio será demonstrar o grande potencial da tecnologia de gêmeos digitais para a indústria, através de casos de sucesso que constatem sua rentabilidade e as inúmeras vantagens oferecidas,” destaca Ayala. Daí que as empresas desenvolvedoras dessas soluções deverão transformar seu conhecimento em novos serviços e soluções concretas para o ambiente industrial e, especialmente, serem capazes de fazê-lo de maneira ágil e rápida.
O design na aplicação dos gêmeos digitais exige alto grau de tecnificação e de conhecimento de todo o processo ou, para falar de outra maneira, de maturidade das organizações”, que deverão realizar uma transformação completa de suas estruturas. Para isso, será necessária a implementação dos seguintes passos:
– Monitoramento e digitalização em massa dos processos que demandam estrita arquitetura de integração e automatização industrial.
– Multiplicação da capacidade dos sistemas de armazenamento atuais, gestão e análise de dados para manejar o grande volume requerido pelos gêmeos digitais.
– Passar do uso de representações digitais para múltiplas cópias digitais simultâneas, com maior capacidade para a avaliação de cenários alternativos.
Portanto, Ayala considera que a tecnologia é acessível, mas para alcançar o desenvolvimento de toda a sua potencialidade é preciso o compromisso das empresas e dos recursos internos, necessários para plantar os processos e extrair o máximo valor desta tecnologia. “Em face da tendência crescente de digitalização em todos os setores, não corresponde impor limites para o uso desses novos ambientes virtuais”, assinala.
Como construir um gemelo digital?
Usos dos gêmeos digitais
Entre os cenários de aplicação dos gêmeos digitais destacam-se:
- Comprovar se um produto cumpre com as especificações projetadas em seu design antes de fazer um protótipo real ou do ingresso na produção.
- Identificar se um produto é estável e intuitivo, sem incorrer em dispendiosas provas de laboratório ou testes a grande escala.
- Monitorar possíveis falhas nos produtos, com base em muitas outras simulações que as que podem ser obtidas em um ambiente tradicional.
- Detectar ineficiências ou áreas de melhoria nos processos de fabricação de uma planta industrial.
- Melhorar a manutenção preventiva da máquina empregada e testar diferentes modelos de produção sem a necessidade de implantá-los na operação diária, reduzindo os riscos associados a essas mudanças.
- Diminuir o tempo de inatividade das fábricas e otimizar o consumo de energia.
- Criar um ponto único de visualização dos dados procedentes de fábricas, centralizando o Big Data da empresa, reduzindo custos de administração e proporcionando melhores variáveis aos diretores na hora de gerenciar o negócio.
Colaborou neste artigo…
Pablo Ayala é engenheiro informático e empreendedor serial. Nos últimos 15 anos, ele trabalhou na implementação de diferentes negócios e em empresas relacionadas com tecnologias inovadoras. Atualmente, desempenha-se como CEO de Innovae (www.innovae.eu), empresa de realidade aumentada e realidade virtual na Indústria 4.0.
É membro da Diretoria de GAIA, Associação das Indústrias de Conhecimento e Tecnologia Aplicada de Euskadi (www.gaia.es), e coordenador de Tecnologias Visuais.
Colabora com diferentes centros de formação e universidades, atuando como professor em mestrados relacionados com a Indústria 4.0 e a Fabricação Inteligente. Vinculado com o apoio e o empreendimento, é cofundador de Berriup, uma aceleradora de startups, e de Eywa Space, uma venture builder, especializada na área da realidade estendida e deep tech.
