Gêmeos digitais: criando produtos mais inteligentes no prazo e dentro do orçamento

De fato, os problemas de projeto encontrados durante o comissionamento são frequentemente reconhecidos simplesmente como o custo de fazer negócios, dado que novos projetos são cruciais para o sucesso de muitos.

No entanto, na indústria de projeto de máquinas, algumas empresas estão investindo mais recursos no projeto inicial, reduzindo drasticamente a quantidade de problemas que encontrarão nas fases posteriores do desenvolvimento.

Essa técnica é uma prática comprovada nos campos aeroespacial e automotivo, e análises de várias estratégias de projeto mostraram que até mesmo um aumento de 5–10% no início pode reduzir os custos excedentes em 50–100%.

Para onde vai o investimento adicional? Uma tecnologia-chave que está ganhando força na indústria de projeto de máquinas é o uso de gêmeos digitais – uma representação virtual, baseada em modelo, do sistema físico.

Os gêmeos digitais podem ajudar a contabilizar a dinâmica de todo o sistema, em um ambiente de modelagem unificado, ajudando a fornecer informações específicas sobre as interações entre componentes.

Com essas informações disponíveis, os engenheiros têm uma nova ferramenta para identificar problemas de projeto, especialmente quando seus produtos envolvem projetos novos e não testados.

Ao trabalhar em um novo produto na fase conceitual, os gêmeos digitais podem desempenhar um papel importante ao dar aos engenheiros novas capacidades para trabalhar com projetos.

Para garantir um processo de comissionamento tranquilo, um modelo de gêmeo digital (à direita) pode ser usado para testar o código CLP (à esquerda), um novo processo que está se tornando disponível com software de automação comum.

Como os gêmeos digitais são modelos de todo o sistema que fornecem resultados de simulação rapidamente, os engenheiros podem testar cenários hipotéticos com facilidade e explorar compensações simplesmente alterando os parâmetros de projeto e vendo os resultados em minutos.

Se, por exemplo, um engenheiro estivesse realizando o dimensionamento de um motor para uma nova máquina de retorno rápido, seu gêmeo digital poderia fornecer uma visão completa das cargas dinâmicas experimentadas pelo motor, reduzindo o risco de falha do componente após a entrega.

Além de uma fase de desenvolvimento conceitual mais segura e eficaz, há uma ampla gama de benefícios que os engenheiros podem implementar ao usar a tecnologia de gêmeo digital:

• Comissionamento virtual: muito antes da primeira construção, os engenheiros podem prever as cargas de regime permanente e transientes que os atuadores enfrentarão durante seus ciclos de trabalho. Para garantir o desempenho correto, eles podem testar seu hardware CLP contra o gêmeo digital usando software de automação comum, ou testar seu código CLP diretamente antes de ser transferido para o hardware, tudo resultando em controles precisamente ajustados em todo o sistema.
• Diagnóstico on-line: Executar o gêmeo digital em paralelo com a máquina real pode fornecer informações valiosas sobre onde um problema pode surgir à medida que a resposta da máquina se desvia do modelo com o passar do tempo.

• Sensores virtuais: Como a resposta dinâmica do gêmeo digital é construída com base em leis físicas rigorosas, certas propriedades internas calculadas podem ser suficientes para serem usadas como entradas para o sistema de controle, seja para substituir temporariamente um sensor com defeito até que ele possa ser consertado, seja para eliminar completamente o uso desse sensor.
• Manutenção preditiva: Com um gêmeo digital, os engenheiros podem avaliar o impacto da carga dinâmica em mancais, engrenagens e motores, causado por mudanças no ciclo de trabalho. Submeter um gêmeo digital a um ciclo de trabalho proposto pode ajudar a determinar as cargas nesses componentes e o impacto na vida útil do componente.
• Ferramenta de vendas: Fora do departamento de engenharia, o gêmeo digital pode ser usado no processo de vendas para qualificar as especificações do cliente e fornecer informações precisas especializadas para cada cliente. Essas informações podem ajudar a validar o desempenho e a operação de uma máquina dadas diferentes cargas úteis ou condições de operação, sem a necessidade de uma consultoria completa pelo engenheiro.

Como qualquer setor que enfrenta uma concorrência acirrada, o mundo do projeto de máquinas está aumentando sua capacidade de criar máquinas avançadas que funcionam sem falhas.

À medida que novos produtos ultrapassam os limites das práticas de engenharia atuais, novas ferramentas são necessárias para auxiliar os engenheiros quando suas intuições e conjuntos de habilidades atuais estão sendo sobrecarregados.

Um gêmeo digital é uma dessas novas ferramentas e, à medida que sua adoção continua, podemos esperar ver novos produtos que ultrapassam os limites do que é possível na indústria de automação.