Intro
O digital twin é uma tecnologia que ganhou grande destaque ao longo dos últimos anos por gerar resultados surpreendentes.
A tecnologia surge em meio a um movimento conhecido como transformação digital e que tem revolucionado a maneira como as empresas se relacionam com seus clientes, operam, e desenvolvem seus produtos e serviços.
O que é um Digital Twin?
Apesar do grande boom por trás do gêmeo digital o termo foi concebido em 2002 por Michael Grieves e desde então tem sido aplicado para diferentes funções.
Mas como poderíamos definir um digital twin? Bem, a tecnologia consiste em um réplica digital do mundo real. Esse conceito ja tinha sido explorado pelo livro Espelho do Mundo, do professor de ciência da computação alemão David Gelernter, em 1991. Mas foi só em 2002 em que a tecnologia com aplicação real foi desenvolvida pela NASA.
O gêmeo digital espelha desde uma peça, equipamento à até mesmo cidades inteiras e seres humanos. Para que o espelhamento seja realizada é necessário que um fluxo contínuo de dados seja estabelecido em ambas as partes (digital e real).
Tecnologias que se relacionam ao Digital Twin
Como mencionado anteriormente, o digital twin é produto de um movimento de intensa mudança conhecido como transformação digital. Diversas outras tecnologias também surgiram nesta revolução, muitas delas se relacionam com o Digital Twin por conta do potencial interoperável deste, aumentando ainda mais sua gama de aplicações. Entre as tecnologias desenvolvidas e de forte relação com o gêmeo digital estão:
IoT (Internet of Things):
Tecnologia responsável pela comunicação M2M (Machine to machine). Através de sensores, aparelhos, equipamentos, e máquinas podem ser conectados e trocar dados entre si. Entre as várias possibilidades geradas pelo uso de IoT, estão a comunicação entre máquinas sem interferência de ações humanas.
Inteligência artificial:
A inteligência artificial é a ciência que agrupa vários subcampos da ciência computacional com o objetivo de desenvolver e aprimorar sistemas computacionais inteligentes para execução de atividades complexas. O Digital Twin agrega a IA proporcionando maneiras de executar tarefas complexas associadas a seres inteligentes.
Machine learning:
Aprendizado de máquina é uma das muitas ramificações do que conhecemos hoje como inteligência artificial. Esta técnica permite com que algoritmos aprendendam e adquiram experiência a partir de dados processados. O machine learning processa esses dados cruzando suas informações, para que assim possa estabelecer relações, padrões e predições. O uso de ML em conjunto com um digital twin proporciona a capacidade de predição e simulação de cenários futuros, sendo um dos benefícios mais atrativos da tecnologia.
Big Data:
Big Data é outro subgrupo da Inteligência Artificial, responsável pelo armazenamento e processamento de grandes quantidades de dados, essa tecnologia vem a cada dia se tornando uma necessidade em um mundo cada vez mais digital onde dados são gerados o tempo todo. Ao relacionar-se com o Digital Twin, o Big Data propoe um processamento refinado sobre altas quantidades de dados vinculadas ao Digital Twin.
Escaneamento 3D:
O escaneamento 3D é uma das técnicas que mais beneficia a tecnologia do gêmeo digital. Através dela, é possível replicar e digitalizar ambientes físicos de larga escala com alta precisão a partir de imagens reais coletadas em campo e que posteriormente são vinculadas em modelos digitais 3D.
Digitais Twin falsos?
O digital twin pode ser classificado em 03 tipos diferentes. Entretanto, o nível de conectividade é um fator importante em sua classificação, sendo assim, há muitos digitais twins que não necessariamente possuem o mesmo nível de conectividade do modelo autêntico defentido por Grieves e que não raramente se confundem com o Gêmeo Digital.
As 3 definições de Digital Twins são:
Modelo Digital:
O Modelo Digital não automatiza a troca de dados do modelo físico para o modelo digital. Toda a troca de dados é feita manualmente, além disso, nenhuma alteração no estado do modelo físico ou digital tem consequências diretas em ambos.
Sombra Digital:
Ao contrário do Modelo Digital, aqui há um fluxo automático de dados do modelo físico para a sombra digital. Uma alteração no objecto físico pode interferir com o digital.
Gêmeos digitais:
Há um fluxo de dados entre o elemento físico e o elemento digital, e vice-versa. Assim como a sombra digital, o físico pode controlar o digital, mas também o digital pode interferir no físico. Este fluxo constante totalmente integrado é o que faz um Digital Twin ser um Digital Twin.
Onde um Digital Twin pode ser aplicado?
Um dos motivos que levou o digital twin a ser uma grande tendência empresarial é justamente sua alta flexibilidade para aplicações em diferentes setores, e para diferentes funções. Embora já existam vários campos de aplicação desta tecnologia, a cada dia novos surgem.
Entre as principais aplicações estão:
Indústrial:
Indústrias podem se beneficiar desta tecnologia para melhorar sua estrutura, seus processos e operações. A tecnologia tem sido aplicada em inúmeras frentes dentro do setor industrial, desde as fases iniciais de projeto até as fases de operação e manutenção, que será melhor detalhado na sequência.
Manufatura:
O digital twin é capaz de ser usado em uma linha de produção antes mesmo de um produto físico ser manufaturado. A partir da integração com algoritmos de predição, podemos ter ideia de como o produto se comportará com condições reais, possibilitando assim testes e melhorias significativas.
Varejo:
O varejo é um dos setores em que a aplicação do digital twin tende a se expandir mais rapidamente. A partir de uma intensa coleta de dados por exemplo, é possível entender o comportamento do usuário sobre determinado produto. Os dados processados no digital twin são usados como base para tomada de decisões que podem resultar em melhorias na experiência do usuário.
Cidades Inteligentes:
Sendo uma das aplicações mais surpreendentes do digital twin, as cidades inteligentes centralizam toda a gestão de infraestrutura e serviços em sua plataforma. Atravéz do Digital Twin em cidades os processos tornam-se mais rápidos e assertivos. Além disso, a gestão de recurso pode ser otimizada e planos sobre sustentabilidade podem ser executados em larga escala.
Saúde:
A partir da criação de um digital twin de uma pessoa podemos entender seu comportamento, como seus hábitos influenciam sua saúde, o comportamento dos seus sistemas e sinais vitais e até mesmo a predição de uma doença.
Entenda detalhadamente 4 tipos de aplicações do Digital Twin
Que tipo de benefícios o Digital Twin oferece?
O grande aumento na procura por Digitais Twins em meio ao setor empresarial só demonstra os grandes benefícios que esta tecnologia pode proporcionar. Entre as principais vantagens do uso de um gêmeo digital podemos citar:
Análise preditiva:
Entender o comportamento futuro de um ativo, equipamento ou produto, sobre condições específicas. Esta característica permite com que otimizações sobre o desenvolvimento de produtos possam ser feitas ainda durante sua fase de desenvolvimento.
Otimização de processo: Identificação de melhorias de processo, gargalos e ineficiencia que poderiam passar despercebidos sem o auxilio digital.
Análises de risco:
Para indústrias que possuem operações que envolvem riscos, o digital twin é uma ótima ferramenta de análise de riscos a pessoas e ativos. Com o auxilia desta tecnologia dezenas de acidentes podem ser evitados
Economia de Recursos:
Um dos principais beneficios para qualquer setor empresarial. A partir do conhecimento gerado pelo gêmeo digital é possível entender como recursos estão sendo usados, se estão sendo eficientes ou se necessitam algum tipo de ajuste.
Simulações:
O setor aeronáutico é um dos que mais se beneficia de simulações. Foi inclusive, em uma simulação feita pela NASA em uma de suas espaçonaves que a primeira aplicação real de Digital Twin foi realizada. A partir de simulações podemos estabelecer condições para execução de testes, sem que um produto real precise ser utilizado.
Qual é sua importância ao setor industrial (Operação e Manutenção)?
O modelo proposto por Michael Grieves tem como característica fundamental a interoperabilidade em todas as fases do ciclo de vida util de um ativo (PLM), apesar disso, vale o destaque da aplicação dessa tecnologia voltada para a fase de operação e manutenção, especificamente.
Em indústrias complexas, como as de processo, por exemplo, o responsável pelo gerenciamento de integridade (disciplina responsável pela manutenção e inspeção de ativos) tem muitos desafios.
Por possuirem grande número de ativos, o responsável deve organizar jornadas de manutenção e inspeção, por sua vez, os operadores necessitam vasculhar sistemas diferentes em busca de manuais e procedimentos para execução da tarefa.
Normalmente, estas indústrias possuem orçamento fechado para execução destas atividades, ou seja, se alguma falha imprevista ocorrer, o responsável deve solucionar o problema com base em seus recursos disponíveis.
O fluxo de execução das atividades de manutenção e inspeção nesse cenário abre brechas para a desorganização de informações entre equipes, sistemas e tomadores de decisão, além de possíveis ineficiencias na execução das atividades. Eis ai, nesse problema a oportunidade gerada pela tecnologia Digital Twin.
Aplicada na fase de manutenção e operação um digital twin autentico é capaz de centralizar todas as informações referentes ao fluxo de trabalho dos programas de gerenciamento de integridade de ativos em um único sistema. Obter todas as informações necessárias para execução das jornadas de inspeção e manutenção, além de tornar a atividade mais assertiva, demanda menor esforço da força de trabalho e menos tempo.
Além da caracteristica interoperavel da ferramenta, o digital twin pode favorecer visualmente a alocação de recursos. Por conta do fluxo continuo de dados, pode-se estabelecer áreas de maior risco e escalonar atividades entre operadores para sua inspeção.
Operarios, por sua vez, podem sincronizar automaticamente informações levantadas em campo para sincronização do modelo.
Por fim, a tecnologia pode ser equipada com algoritmos de Inteligência Artificial que além de processar e contextualizar os dados extraídos, pode ser capaz de gerar outputs como orçamento necessário para execução de atividades de manutenção e inspeção, tempo estimado de degradação de ativos, além de simulações de cenários específicos à operação.
Certamente o setor indústrial tem muito a ganhar com a implementação desta tecnologia em meio aos seus processos e operações. Em específico, voltado a fase operação e manutenção a utilização de um digital twin pode significar menor risco, maior eficiencia e produtividade de equipes, controle total sobre a operação e maior rentabilidade.
Quer entender mais sobre a tecnologia e como ela pode otimizar as jornadas de manutenção e inspeção de uma indústria, acesse este link.
Como funciona um digital twin?
Ja sabemos que um digital twin é caracterizado por um fluxo contínuo de dados entre ativo real e digital, além da cooperação com tecnologias como IoT, IA e Big Data.
Mas há ainda um processo fundamental para que tudo isso possa efetivamente funcionar.
O fluxo de um digital twin é alimentado por diferentes tipos de dados, vindos de múltplas fontes. Todos estes dados necessitam passar por um processo de contextualização, que consiste na sua organização em contextos específicos para que possam gerar significado.
No processo de contextualização, três questões são fundamentais.
que dados são esses? para que servem? e para quem são?
A partir deste tratamento de dados o digital twin pode processar estas informações em seu banco de dados e gerar outputs que serão usados para tomadas de decisão por parte de gerentes.
Entenda o conceito de Data Contextualization e como ele vem sendo imprescíndivel para indústrias
Quais são as suas perspectivas para o futuro?
Segundo um relatório publicado pela PwC, referência mundial em pesquisa do setor empresarial indica que o mercado de digital twin tem a previsão de alcançarem até 2027, o valor de 4.8 bilhões de dólares.
A pesquisa também indica que o uso de digital twins tem a perspectiva de virar padrão até 2028, além de um extensivo movimento de integração com API’s e diferentes sistemas de informação.
Em quanto tempo pode ser desenvolvido?
O tempo necessário para implementação de um digital twin é relativo ao tamanho do projeto em questão e sua aplicação. Há também serviços especializados em implementação de digitais twin disponíveis para aqueles que desejam usufruir dos múltiplos benefícios desta tecnologia.
Aqui na Vidya conseguimos desenvolver e implementar uma plataforma Digital Twin voltada a fase de manutenção e operação de indústrias de processo em poucas semanas, e o melhor de tudo é aque ele pode trazer ROI em apenas um ano.
Conclusão:
O digital twin é uma tecnologia revolucionária que tem criado grandes oportunidades para os mais variados setores empresariais e industriais. Eleito como tecnologia de ponta pela Gartner em 2019, o Gêmeo Digital tem ganhado cada vez mais relevância entre investidores e stakeholders, graças aos grandes benefícios gerados.
O conceito da tecnologia é o de uma representação virtual que espelha um objecto físico com fluxo constante de dados em tempo real a partir desse objecto, que pode ser um bem, uma máquina, ou mesmo um processo. O conceito é o resultado de uma procura de melhorias contínuas no desenvolvimento de projectos, produtos, e atividades de engenharia e que em pouco tempo revolucionou o mercado digital.
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