Digital Twin é uma das tecnologias de crescimento mais rápidas incluídas na Indústria 4.0. De acordo com a Grand View Research, uma empresa de consultoria sediada nos EUA, o valor global deste mercado atingirá 156 mil milhões de dólares até 2030. Hoje ela está frequentemente associada à logística e à produção, bem como à indústria automobilística e aos carros autônomos. O que são gêmeos digitais e quais aplicações?
O que é a tecnologia Digital Twin?
Um gêmeo digital é um modelo matemático de um produto, dispositivo, sistema ou mesmo processo real em um espaço virtual que imita o ambiente. Sua criação requer a aquisição de dados físicos sobre o objeto que está sendo mapeado. O modelo 3D pode ser construído com base na documentação fornecida ou em digitalização a laser.
Outro elemento é a entrada de parâmetros que descrevem as propriedades físicas do objeto e como ele funciona. Quanto mais precisos forem os dados inseridos, mais confiáveis serão os resultados da simulação computacional. Depois, graças a uma rede de vários sensores da Internet das Coisas (IoT) implantados na versão física do objeto, o Digital Twin recebe e analisa os dados à medida que chegam, para que vários tipos de testes e alterações possam ser feitos em tempo real. O último componente importante da tecnologia Digital Twin é a capacidade de monitorar um objeto ou processo real para detectar anomalias imediatamente e intervir, se necessário. O Digital Twin, como conceito que permite a simulação de processos num espaço virtual, é hoje um dos pilares mais importantes da Indústria 4.0, ao lado do Big Data, da Internet das Coisas ou da utilização da tecnologia blockchain na logística e na produção.
Quais benefícios a tecnologia Digital Twin oferece?
O uso da tecnologia Digital Twin traz uma série de benefícios tangíveis aos empreendedores. Em primeiro lugar, permite poupar custos na construção de protótipos ou no teste do seu funcionamento na realidade. Fazer alterações, analisar e detectar possíveis erros é feito de forma muito rápida e com baixo custo. Os fabricantes de peças automotivas, por exemplo, podem verificar e modificar repetidamente os modelos quanto ao desempenho, funcionalidade ou estética. Isto permite-lhes avançar mais rapidamente para a produção em massa. Os gêmeos digitais podem ser usados não apenas para simular a operação de máquinas ou produtos individuais, mas também de linhas de produção inteiras ou até mesmo de processos logísticos complexos. Não apenas hardware, mas também software podem ser mapeados. Através da Internet das Coisas industrial e da tecnologia Big Data, é possível criar um número quase infinito de cenários que não seriam possíveis de replicar na realidade.
A construção de réplicas digitais de sistemas completos permite otimizar o desempenho numa fase inicial e evitar potenciais falhas. Na logística, a modelagem de processos pode ser muito útil na construção de novas estratégias e conceitos de gestão da cadeia de suprimentos, como o Lean Supply Chain Management. O Digital Twin também é aplicável na formação de colaboradores, pois permite a visualização de produtos e processos de forma acessível.
Aplicação de Digital Twin na Knauf Automotive
Na Knauf Industries, usamos tecnologia de gêmeo digital, entre outras coisas, para prototipar e projetar peças automotivas moldadas por injeção de plástico e moldadas em espuma. Nosso IDLab está equipado com scanners 3D de última geração, que nos permitem representar com precisão qualquer peça existente, seu protótipo ou uma montagem inteira. Com base no modelo digital 3D e no software CAE, somos capazes de propor alterações de otimização do componente e, em seguida, encontrar uma solução que funcione melhor em termos de produção, utilização ou custo. A tecnologia Digital Twin encontra excelente aplicação, especialmente no design e fabricação de embalagens de transporte de espuma retornáveis de polipropileno (EPP). As embalagens podem receber insertos e separadores especiais com cavidades que correspondem ao formato da mercadoria transportada. Também somos capazes de produzir componentes multimateriais com altíssima precisão usando o método de moldagem por injeção de dois componentes 2K. Além disso, graças ao design CAD e CAE auxiliado por computador, podemos prever com um alto grau de probabilidade como um produto se comportará sob vários tipos de cargas mecânicas, térmicas ou temporais. Outra tecnologia útil usada em nosso laboratório é a impressão 3D. Desta forma, somos capazes de oferecer aos nossos clientes valor agregado em todas as fases da produção automóvel, sob a forma de confiança de que a peça fabricada cumpre integralmente todos os requisitos e satisfaz as expectativas do cliente.
Exemplos de utilização da tecnologia Digital Twins na Indústria 4.0
Hoje, o desenvolvimento de muitos campos não seria possível sem o uso de gêmeos digitais. A Tesla, por exemplo, cria gêmeos digitais de todos os carros que vende, coletando dados em tempo real de uma densa rede de sensores. Os dados enviados para a nuvem são utilizados por algoritmos de inteligência artificial para prever possíveis falhas e falhas nos carros. Para o fabricante, isso significa menores custos de manutenção, enquanto para o cliente significa maior segurança e confiabilidade. A tecnologia também ajudou no design dos carros Maserati. Nesse caso, reduziu custos e tempo de produção em até 30%. Os gêmeos digitais até se infiltraram nas corridas de Fórmula 1, onde ajudam a melhorar os carros das equipes McLaren e Red Bull. Esta tecnologia não só evita o desperdício de peças e materiais muito caros, mas também protege vidas humanas de forma ainda mais eficaz. O Digital Twin também está encontrando excelentes aplicações na logística moderna. A DHL utiliza gêmeos digitais para criar um mapa virtual de seus próprios armazéns, juntamente com cadeias de suprimentos completas, resultando em maior eficiência em suas operações.
Gêmeos digitais na manufatura e logística – perspectiva histórica
A tecnologia dos gêmeos digitais não é novidade, pois remonta à década de 1970. Originou-se na NASA, que criou uma réplica digital da espaçonave Apollo 13 e conduziu uma série de testes para permitir que os astronautas retornassem com segurança à Terra. A NASA ainda hoje usa e desenvolve com sucesso a tecnologia, por exemplo, em testes de cápsulas. Em contraste, a aplicação da tecnologia de gêmeos digitais na indústria teve origem no laboratório do professor Michael Grieves, da Universidade de Michigan. Em 2002, ele propôs usá-lo em sistemas de gerenciamento do ciclo de vida do produto de ponta a ponta. O próprio nome “Digital Twin” apareceu pela primeira vez em 2010 nos relatórios anuais da NASA e foi então amplamente popularizado por empresas e instituições científicas que realmente aplicavam a tecnologia. Hoje, os gêmeos digitais não são mais apenas um conceito futurista – graças à existência de sensores da Internet das Coisas e à capacidade do software de processar quantidades consideráveis de dados para executar vários tipos de simulações, eles se tornaram uma realidade cotidiana para muitas empresas dispostas a aplicar inovações tecnológicas. Diariamente, contribuem para agilizar suas operações, desenvolvendo a robotização e a automação da produção e eliminando erros dispendiosos.