Digital Twin: entenda seu conceito na Indústria 4.0

A Quarta Revolução Industrial marca a movimentação do setor em direção a mais eficiência, automação e autonomia em escala. Essa nova era reflete a convergência de tecnologias avançadas, trazendo à realidade um futuro cada vez mais tecnológico e conectado.

Embora o conceito de Indústria 4.0 já esteja em destaque há alguns anos, muitas de suas tecnologias habilitadoras e principais aplicações ainda não são amplamente conhecidas.

Pensando nisso, o CESAR deu início a uma série de conteúdos que exploram, em profundidade, como cada uma dessas tecnologias atua e transforma o setor. Além disso, trazemos exemplos reais de aplicação no mercado para enriquecer a compreensão.

O primeiro conteúdo abordou a IIoT, Internet das Coisas Industrial. Além dela, outras tecnologias serão exploradas nos conteúdos que virão a seguir, como:

• Gêmeos digitais;
• Cloud Computing;
• Inteligência artificial e Machine Learning;
• Cibersegurança.

Neste material, o destaque vai para os Gêmeos Digitais — uma tecnologia moderna e visionária, com um impacto em diversas áreas. Continue a leitura e descubra como essa inovação está moldando o futuro da indústria!

O que são gêmeos digitais?

Um Gêmeo Digital, ou Digital Twin, é um conceito originado da modelagem e simulação, que agora se expande com o apoio da Internet das Coisas (Internet of Things). Essa tecnologia permite criar réplicas virtuais precisas de produtos físicos, processos ou serviços.

A ideia central é que estímulos aplicados ao modelo real e ao virtual gerem respostas idênticas. Essa integração entre o mundo físico e o digital possibilita, por exemplo, que fábricas monitorem e controlem remotamente equipamentos e sistemas com maior eficiência.

Além disso, os gêmeos digitais permitem executar simulações para testar e prever alterações em ativos e processos antes de implementá-las. Isso traz benefícios como operações mais eficientes, inovação em produtos e serviços, além de acelerar o time-to-market.

Embora o conceito tenha ganhado popularidade nos últimos anos, especialmente com a disseminação da IoT, sua origem remonta ao programa Apollo 13 da NASA, que utilizava emparelhamento tecnológico para resolver problemas em tempo real.

O futuro dessa tecnologia está diretamente ligado à democratização e acessibilidade de dispositivos IoT. Nesse sentido, alguns exemplos incluem:

• Reproduzir virtualmente um sistema de produção;
• Analisar processos logísticos;
• Testar processos de montagem da linha de produção;
• Integrar informações para que, se houver mudança no design do produto, a produção também seja alterada.

Quais são os ganhos de um Digital Twin?

Organizações que já adotaram esse novo cenário utilizam gêmeos digitais para criar modelos de alta fidelidade, permitindo simulações detalhadas de sistemas e a validação de hipóteses ainda nos estágios iniciais de desenvolvimento. O gêmeo digital oferece às empresas uma projeção completa de seus produtos, cobrindo desde o design e desenvolvimento até o fim do ciclo de vida.

Por exemplo, fabricantes de máquinas industriais, como turbinas, robôs automatizados e equipamentos de manufatura, podem utilizar o Digital Twin para otimizar suas funcionalidades. Desde a fase de design, dados do equipamento real podem ser incorporados ao modelo virtual, permitindo simulações precisas de operações e fluxos de trabalho ao longo de sua vida útil. Essa tecnologia oferece benefícios significativos, como:

• Otimização de desempenho: ajustes em tempo real para maximizar eficiência e reduzir consumo de energia;
• Redução de falhas e manutenção preditiva: análise contínua para prever problemas antes que ocorram, evitando paradas inesperadas;
• Novos modelos de negócios: empresas podem vender serviços baseados em performance, cobrando pelo uso eficiente do equipamento em vez de apenas vender o produto.

Como a indústria vem aplicando gêmeos digitais?

Como vimos, os gêmeos digitais possibilitam criar um modelo produtivo mais flexível e responsivo às necessidades do consumidor, facilitando a transição para a Pull Economy.

Ao contrário da Push Economy, onde as empresas antecipam tendências e empurram produtos para o mercado, a Pull Economy é guiada pela demanda real do consumidor. Com o uso dos gêmeos digitais, é possível coletar dados em tempo real sobre o uso de produtos, identificar padrões de consumo e oferecer soluções personalizadas de forma preditiva. Assim, a produção deixa de ser voltada para grandes massas e atende nichos específicos, resultando em maior eficiência, personalização e redução de desperdícios.

Na Indústria 4.0, os gêmeos digitais viabilizam essa transformação, permitindo que as empresas ajustem sua produção de forma dinâmica e baseada em dados reais, garantindo que seus produtos e serviços estejam alinhados às expectativas e necessidades do consumidor.

1. Design de produtos e prototipagem virtual

Os modelos virtuais de produtos fornecem percepções abrangentes sobre padrões de uso, capacidade de carga, defeitos comuns, entre outros aspectos. Compreendendo melhor as características de um produto e suas potenciais falhas, designers e desenvolvedores podem avaliar corretamente sua usabilidade e, em oportunidades futuras, aprimorar o design dos componentes.

A tecnologia de gêmeos digitais também contribui para o desenvolvimento de protótipos virtuais e a realização de simulações robustas, possibilitando testes de recursos baseados em dados empíricos.

2. Manutenção preditiva

Ao proporcionar uma visão holística da saúde e do desempenho dos equipamentos, as empresas são capazes de identificar anomalias e desvios em suas operações. Além disso, é possível planejar proativamente a manutenção e o reabastecimento de peças de reposição, minimizando o tempo de inatividade e prevenindo falhas de ativos.

Para os OEMs (Original Equipment Manufacturers), a manutenção preditiva baseada em gêmeos digitais pode gerar um novo fluxo de receita baseado em serviços, ao mesmo tempo que aumenta a confiabilidade dos produtos.

3. Planejamento e otimização de processos

O footprint criado por meio de gêmeos digitais ajuda a diagnosticar a causa raiz de quaisquer ineficiências e perdas de rendimento, otimizando assim os rendimentos.

Além disso, o acesso a um histórico integrado e detalhado de dados sobre equipamentos, processos e ambientes possibilita a previsão de períodos de inatividade, o que melhora o planejamento da produção. Outros exemplos de benefícios incluem:

• Extensão do ciclo de vida do produto;
• Fabricação holística;
• Melhorias de processos e de qualidade dos produtos;
• Prototipagem rápida apoiada por Big Data e Analytics.
• Redução do custo e do tempo de produção/fabricação;

Essencialmente, a tecnologia de gêmeos digitais, quando em seu máximo desempenho, resolve um problema virtualmente antes que ele ocorra no mundo real, o que caracteriza um benefício extremamente estratégico e relevante, considerando o uso volumoso de capital feito pelo setor industrial.

Cases de sucesso no uso de gêmeos digitais

Ao abordar a tecnologia de gêmeos digitais, é indispensável mencionar alguns casos de sucesso que utilizaram essa estratégia para otimizar processos e garantir maior assertividade no mercado. Confira:

CESAR + Petrobras e o LACEO/UFRJ

O CESAR foi finalista, pelo segundo ano consecutivo, do Prêmio ANP de Inovação Tecnológica na categoria “Indústria 4.0 / Transformação Digital / Inteligência Artificial”.

O reconhecimento veio pelo projeto desenvolvido em parceria com a Petrobras e o LACEO/UFRJ, que utiliza gêmeos digitais para monitoramento e avaliação da integridade de risers flexíveis — componentes essenciais para a produção offshore de óleo e gás.

A tecnologia permite a avaliação da extensão de vida útil desses dutos, que podem apresentar um ganho de anos adicionais ao que era previsto pela fabricante, reduzindo custos operacionais, minimizando riscos ambientais e aumentando a segurança das operações. Atualmente, a solução já é aplicada em 40 risers da Petrobras, com previsão de ampliação nos próximos anos.

Além de ser finalista do Prêmio ANP em 2023 e 2024, o projeto também recebeu reconhecimento internacional ao vencer o SPE Awards, premiação da Sociedade de Engenheiros de Petróleo. Essa conquista reforça o papel do CESAR na liderança da inovação tecnológica no setor de óleo e gás, contribuindo para ganhos operacionais e sustentáveis na indústria.

Mars: otimização da cadeia de suprimentos

A gigante dos setores de confeitaria, alimentos e produtos para animais de estimação desenvolveu um gêmeo digital para modelar sua cadeia de suprimentos na manufatura e apoiar suas operações.

Por meio dessa tecnologia, a Mars aprimorou a capacidade produtiva e os controles de processo, incluindo o aumento do tempo de atividade das máquinas com o uso de manutenção preditiva. Além disso, reduziu significativamente o desperdício causado por máquinas que embalavam quantidades inconsistentes de produtos, aumentando a eficiência operacional.

CESAR, Di2win e In Forma: virtualização de ambientes industriais

O CESAR, em parceria com a DI2Win e a InForma, desenvolveu uma solução de gêmeos digitais aplicada à indústria, com foco em utilidades industriais.

A plataforma, denominada U~4.0, promove eficiência energética e redução de custos por meio da virtualização de ambientes industriais. Entre os principais benefícios, destacam-se:

• Redução do consumo de combustíveis industriais sem comprometer o desempenho da produção;
• Otimização do aproveitamento energético, resultando em maior eficiência no consumo de utilidades e na otimização operacional do negócio;
• Interpretação de dados variados com o auxílio de IA, diminuindo o tempo e o esforço cognitivo necessários para identificar oportunidades e situações críticas;
• Tomada de decisão mais assertiva, baseada em prognósticos, ao invés de diagnósticos, prevenindo impactos negativos na relação entre consumo de utilidades e produção.

Uma nova perspectiva para a Indústria 4.0 com o Digital Twin

O uso de gêmeos digitais pode gerar valor tangível para as empresas, criar novos fluxos de receita e auxiliá-las na resposta a questões estratégicas cruciais.

Essa tecnologia foi desenvolvida para responder, em tempo real, a perguntas que antes não podiam ser solucionadas, oferecendo um valor que, até poucos anos atrás, era considerado praticamente inconcebível.

O CESAR, em parceria com empresas especializadas em gêmeos digitais, está capacitado para promover a transformação digital da sua organização. Por meio do desenvolvimento de soluções robustas e avançadas para a manufatura, o CESAR ajuda a preparar o seu negócio para enfrentar os desafios e aproveitar as oportunidades da nova Era da Indústria.

Para aprofundar seus conhecimentos sobre a Indústria 4.0 e como as tecnologias habilitadoras têm gerado valor e eficiência para empresas industriais, clique aqui para baixar o nosso e-book gratuito.