✔ Brazil SFE Terms®: O que é Digital Twin

A ideia da tecnologia Digital Twin - Gêmeo Digital foi dublada pela primeira vez em 1991, com a publicação de Mirror Worlds, de David Gelernter. No entanto, o Dr. Michael Grieves (então no corpo docente da Universidade de Michigan) é creditado pela primeira vez na aplicação do conceito de Digital Twins à fabricação em 2002 e formalmente anunciando o conceito de software Digital Twin. Eventualmente, John Vickers, da NASA, introduziu um novo termo - "Digital Twin" em 2010.

No entanto, a ideia central de usar um Digital Twin como meio de estudar um objeto físico pode realmente ser testemunhada muito antes. Na verdade, pode-se dizer com razão que a NASA foi pioneira no uso da tecnologia Digital Twin durante suas missões de exploração espacial da década de 1960, quando cada nave voyaging foi exatamente replicada em uma versão terrestre que foi usada para fins de estudo e simulação pelo pessoal da NASA servindo em tripulações de voo.

Um Digital Twin é uma representação virtual de um objeto ou sistema que abrange seu ciclo de vida, é atualizado a partir de dados em tempo real e usa simulação, Aprendizado de Máquina e raciocínio para ajudar na tomada de decisão.

Como funciona um Gêmeo Digital?

Um Digital Twin é um modelo virtual projetado para refletir com precisão um objeto físico. O objeto que está sendo estudado - por exemplo, uma turbina eólica - é equipado com vários sensores relacionados a áreas vitais de funcionalidade. Esses sensores produzem dados sobre diferentes aspectos do desempenho do objeto físico, como produção de energia, temperatura, condições climáticas e muito mais. Esses dados são então retransmitidos para um sistema de processamento e aplicados à cópia digital.

Uma vez informado com esses dados, o modelo virtual pode ser usado para executar simulações, estudar problemas de desempenho e gerar possíveis melhorias, tudo com o objetivo de gerar insights valiosos — que podem ser aplicados de volta ao objeto físico original.

Digital Twin vs. Simulações

Embora Simulações e Digital Twins utilizem modelos digitais para replicar os vários processos de um sistema, um Digital Twin é na verdade um ambiente virtual, o que o torna consideravelmente mais rico para estudo. A diferença entre Digital Twin e Simulação é em grande parte uma questão de escala: Enquanto uma Simulação normalmente estuda um determinado processo, um Digital Twin pode executar qualquer número de Simulações úteis para estudar vários processos.

As diferenças não terminam aí. Por exemplo, Simulações geralmente não se beneficiam de ter dados em tempo real. Mas os Digital Twins são projetados em torno de um fluxo bidirecional de informações que primeiro ocorre quando os sensores de objeto fornecem dados relevantes para o processador do sistema e, em seguida, acontece novamente quando os insights criados pelo processador são compartilhados de volta com o objeto de origem original.

Ao ter 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 são capazes de estudar mais questões de pontos de vista muito mais importantes do que Simulações padrão podem — com maior potencial final para melhorar produtos e processos.

Tipos de Digital Twin

Existem vários tipos de Digital Twins dependendo do nível de ampliação do produto. A maior diferença entre esses gêmeos é a área de aplicação. É comum ter diferentes tipos de Digital Twins coexistindo dentro de um sistema ou processo. Vamos passar pelos tipos de Digital Twins para aprender as diferenças e como elas são aplicadas.

Gêmeos/Partes componentes gêmeos (Component twins/Parts twins)

Os gêmeos componentes são a unidade básica do Digital Twin, o menor exemplo de um componente funcional. Partes gêmeas são aproximadamente a mesma coisa, mas pertencem a componentes de um pouco menos importância.

Gêmeos de ativos (Asset twins)

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

Gêmeos do sistema ou unidade (System or Unit twins)

O próximo nível de ampliação envolve o Sistema ou gêmeos unitários, que permitem ver como diferentes ativos se unem para formar todo um sistema de funcionamento. Os gêmeos do sistema fornecem visibilidade sobre a interação dos ativos, e podem sugerir melhorias de desempenho.

Gêmeos de processo (Process twins)

Gêmeos de processo, o nível macro de ampliação, revelam como os sistemas trabalham juntos para criar uma instalação de produção inteira. Esses sistemas são todos sincronizados para operar no pico de eficiência, ou os atrasos em um sistema afetarão outros? Gêmeos de processo podem ajudar a determinar os esquemas precisos de tempo que, em última análise, influenciam a eficácia geral.

Digital Twins já são amplamente utilizados nas seguintes aplicações:

Equipamento de geração de energia

Grandes motores — incluindo motores a jato, motores de locomotiva e turbinas de geração de energia — se beneficiam tremendamente do uso de Digital Twins, especialmente por ajudar a estabelecer prazos para manutenção regularmente necessária.

Estruturas e seus sistemas

Grandes estruturas físicas, como grandes edifícios ou plataformas de perfuração offshore, podem ser melhoradas através de Digital Twins, particularmente durante seu projeto. Também útil na concepção dos sistemas que operam dentro dessas estruturas, como sistemas HVAC.

Operações de fabricação

Uma vez que os Digital Twins são feitos para espelhar todo o ciclo de vida de um produto, não é de surpreender que os Digital Twins tenham se tornado onipresentes em todas as etapas da fabricação, guiando produtos do design ao produto acabado, e todos os passos no meio.

Serviços de saúde

Assim como os produtos podem ser perfilados através do uso de Digital Twins, assim como os pacientes que recebem serviços de saúde. O mesmo tipo de sistema de dados gerados por sensores pode ser usado para rastrear uma variedade de indicadores de saúde e gerar insights-chave.

Indústria automotiva

Os carros representam muitos tipos de sistemas complexos, co-funcionantes e Digital Twins são usados extensivamente no design de automóveis, tanto para melhorar o desempenho do veículo quanto para aumentar a eficiência em torno de sua produção.

Planejamento urbano

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