Digital Twin

O Digital Twin para o Indústria 4.0

O conceito de "Gêmeo Digital" foi originalmente criado em 2002 na Universidade de Michigan no contexto do gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM). Embora a terminologia tenha mudado ao longo do tempo à medida que se expandiu para a relevância em outros setores, o conceito permaneceu inalterado e focado na simulação. O Digital Twin baseia-se na ideia de que uma construção de informações digitais de um sistema físico poderia ser criada como uma entidade própria. Essas informações digitais seriam um "gêmeo" das informações incorporadas no sistema físico do mundo real, e os dois permaneceriam fortemente acoplados durante todo o ciclo de vida e evoluiriam juntos. Portanto, a definição de Gêmeo Digital pode ser dada como um conjunto de construções de informações virtuais que descrevem completamente um produto, sistema ou processo físico potencial ou real, do nível micro ao macro. Na melhor das hipóteses, qualquer informação que possa ser obtida do estudo de um ativo físico deve poder ser obtida de seu gêmeo digital. Embora diferentes escalas de implementação do Digital Twin indiquem vários níveis de complexidade, os principais conceitos, recursos e desafios permanecem os mesmos. Em resumo, o Digital Twin funciona como uma imagem digital quase em tempo real de um sistema físico que ajuda especialistas e organizações a entender como esse sistema funciona e como ele responde a determinadas entradas ou restrições, facilitando assim o monitoramento e a otimização desse sistema no mundo real.

Nossa prática de ciência de simulação e decisão

A modelagem de simulação, o meio pelo qual podemos criar um Digital Twin, é onipresente na maioria das organizações industriais e de engenharia, e tem sido assim há muitos anos. A utilização da tecnologia para imitar um processo ou sistema do mundo real permite que os fabricantes estudem esse processo ou sistema em um ambiente digital livre de riscos, controlado e repetível. Por exemplo, um fabricante de aeronaves realizará simulações sobre o fluxo de ar e o arrasto em torno de sua aeronave durante o processo de projeto. Os resultados serão usados para validar o projeto ou identificar as alterações necessárias para reduzir o arrasto. Porém, embora a simulação esteja bem estabelecida durante o projeto e a verificação do produto, as organizações industriais normalmente não empregam essa metodologia poderosa nos próximos estágios da cadeia de valor: a fabricação e a cadeia de suprimentos do produto. Como resultado, essas organizações perdem oportunidades de estudar o comportamento de seus processos de fabricação e sistemas de cadeia de suprimentos antes de serem implantados. Como o comissionamento de novas instalações de fabricação, linhas de produção e processos costuma ser caro e exigir muito capital, a aplicação de métodos de simulação à fabricação e à cadeia de suprimentos pode gerar enormes benefícios.

A Engineering Industries eXcellence se orgulha de ter uma das poucas práticas tecnológicas globais dedicadas à simulação industrial e à ciência da decisão. Nossa equipe de especialistas em simulação e cientistas de dados é especializada na aplicação de métodos de simulação a processos de design de produtos, fabricação e cadeia de suprimentos. Nossos consultores ajudam as organizações a identificar oportunidades para empregar estrategicamente a simulação no estudo de seus processos e sistemas, fornecendo às equipes as informações e ferramentas necessárias para promover melhorias reais.

Aplicação da modelagem de simulação para a Indústria 4.0

1. Modelagem de simulação de manufatura

Como podemos encontrar melhorias e ganhar eficiência em nossos processos de chão de fábrica?
Como podemos demonstrar à gerência que o investimento em novos equipamentos vale a pena?
A empresa está nos dizendo para aumentar a velocidade da linha de produção. Como podemos ter certeza de que isso ajudará a aumentar a produtividade e o rendimento?

Antes de fazer qualquer alteração no chão de fábrica, podemos aproveitar a simulação para modelar a planta de manufatura e o layout. Há dois motivos principais pelos quais queremos criar um gêmeo virtual de uma instalação e executar simulações com base nele: Primeiro, para entender melhor o desempenho atual de uma planta de produção. Uma instalação pode estar funcionando, mas devido à complexidade dos processos, ao número de variáveis e às restrições do sistema, é muito difícil compreender todas as partes móveis. Como você pode determinar a capacidade real, identificar gargalos e gerar indicadores-chave de desempenho (KPIs) confiáveis? A execução de uma simulação de uma fábrica permite que você descubra esses fatores cruciais e identifique os problemas existentes, bem como as oportunidades de aumentar o rendimento.

Em segundo lugar, para executar cenários hipotéticos. Esses cenários nos permitem fazer alterações virtuais em uma fábrica em termos de layout e fluxos de trabalho e, em seguida, avaliar essas alterações. Devido ao tempo, ao esforço e aos custos envolvidos na realização de mudanças no mundo real, é fundamental que as mudanças que estão sendo feitas sejam corretas para a instalação e atinjam o resultado desejado. Isso é muito mais rápido, barato e fácil de fazer virtualmente usando a simulação.

2. Modelagem de simulação ergonômica humana e robótica

Como podemos minimizar o tempo de aceleração para os operadores ao introduzir uma nova linha de produtos na fábrica?
Como essa nova modificação do processo afetará a segurança?
A gerência quer minimizar os custos de implementação em vários locais de novas operações robóticas. Como podemos prever onde encontraremos a maioria dos problemas?

A simulação de processos e operações de fabricação pode ajudar as organizações a entender e evitar qualquer problema de projeto, segurança e/ou ergonômico durante o comissionamento de novos produtos, fábricas e processos. Os modelos de simulação de processos oferecem um ambiente 3D avançado capaz de emular o comportamento realista dos processos de manufatura para impulsionar a otimização dos tempos de ciclo e da sequência de processos. Eles também permitem a simulação de processos de montagem, operações humanas, procedimentos mecânicos e comportamento de ferramentas, dispositivos e robôs.

Podemos construir o produto de forma viável com base em nosso projeto? Ele atenderá aos requisitos de tempo de ciclo que estamos esperando? Todas essas perguntas podem ser respondidas com a execução de simulações do processo em uma ferramenta de simulação. A simulação do processo pode levar muitos fatores em consideração, abrangendo as restrições e os participantes manuais e automatizados. A modelagem de seres humanos, robôs, transportadores, ferramentas e outros elementos típicos do fluxo de trabalho pode ajudar os fabricantes a entender verdadeiramente o seu processo e identificar as melhores maneiras de fazer melhorias reais.

3. Modelagem de simulação da cadeia de suprimentos

Quais são os melhores locais para depósitos, centros de distribuição e locais de produção?
Quais são as melhores políticas de reabastecimento, abastecimento e transporte?
Quão estável e confiável é a nossa cadeia de suprimentos?
E se mudarmos a política de estoque?
E se aumentarmos a capacidade de um centro de distribuição?
Adquirimos o controle de um concorrente. Qual é a maneira mais econômica de unir nossas cadeias de suprimentos?

Ao tomar decisões, os fabricantes globais têm várias opções, e a modelagem de simulação pode permitir que eles estudem e compreendam com precisão os riscos e benefícios que cada opção resultaria para suas operações, clientes e desempenho comercial. A modelagem da dinâmica do sistema, a simulação de eventos discretos e as metodologias de simulação baseadas em agentes podem ser usadas para ajudar as organizações empresariais a estudar e otimizar suas redes logísticas e de cadeia de suprimentos regionais e globais. As tecnologias de simulação corretas podem apoiar a gerência de forma confiável no cálculo, na identificação e na realização de escolhas de design e gerenciamento da cadeia de suprimentos menos arriscadas e mais lucrativas.

Os modelos de simulação são muito úteis para determinar o impacto da variabilidade da oferta e da demanda, as restrições da rede e os gargalos na operação eficiente de uma cadeia de suprimentos. Enquanto as ferramentas analíticas permitem entender e lidar melhor com problemas de grande escala, as ferramentas de simulação permitem isolar e manipular fatores e aspectos específicos de uma cadeia de suprimentos para entender como eles podem afetar os processos downstream ou a dinâmica da rede como um todo. A melhor abordagem é aproveitar essas duas técnicas juntas. Dessa forma, é possível identificar uma solução e, em seguida, verificar sua qualidade e validade simulando o cenário resultante e vendo como ele afetaria outros nós ao longo da rede da cadeia de suprimentos.