Notícias da indústria
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Três mal-entendidos sobre gêmeos digitais
08/12/2023
Desde o nascimento do conceito, no domínio industrial, o "gémeo digital" trouxe estereótipos inatingíveis e difíceis aos colaboradores devido à universalidade dos cenários e campos de aplicação, à diversidade de tecnologias envolvidas e às enormes diferenças nos métodos de implementação. 1.O que é gêmeo digital? Quais são os mal-entendidos comuns? 2.Como aproveitar melhor o valor da tecnologia de gêmeos digitais? O conteúdo deste artigo foi compilado a partir do discurso proferido pelo Dr. Lin Shiwan, presidente do Grupo de Trabalho de Tecnologia da Aliança da Internet Industrial Americana, força-tarefa de arquitetura e força-tarefa de interoperabilidade de gêmeos digitais, na (10ª) cúpula global de automação e manufatura de 2021. 
Do ponto de vista dos cenários de produção e operação, o Dr. Lin Shiwan descascou o casulo, camada por camada, para ajudar a compreender profundamente todos os pontos de conhecimento do "gêmeo digital", desde o conceito até a aplicação da tecnologia. Três mal-entendidos sobre gêmeos digitais A elevada complexidade do sistema industrial, a diversificação e variabilidade do ambiente de produção e das condições de trabalho, e a fragmentação da acumulação de conhecimento industrial tornam ainda mais difícil a aplicação de várias novas tecnologias. Para evitar desvios, as empresas devem evitar estes mal-entendidos comuns antes de entrarem no “caminho” do gêmeo digital: Mito 1: Exibição de dados de simulação 3D ≠ gêmeo digital! Quando as pessoas se referem a gêmeos digitais, muitas vezes pensam diretamente na exibição de simulação tridimensional, especialmente em alguns dados exibidos no fundo da simulação tridimensional. Esse entendimento é unilateral.
Do ponto de vista dos cenários de produção e operação, o Dr. Lin Shiwan descascou o casulo, camada por camada, para ajudar a compreender profundamente todos os pontos de conhecimento do "gêmeo digital", desde o conceito até a aplicação da tecnologia. Três mal-entendidos sobre gêmeos digitais A elevada complexidade do sistema industrial, a diversificação e variabilidade do ambiente de produção e das condições de trabalho, e a fragmentação da acumulação de conhecimento industrial tornam ainda mais difícil a aplicação de várias novas tecnologias. Para evitar desvios, as empresas devem evitar estes mal-entendidos comuns antes de entrarem no “caminho” do gêmeo digital: Mito 1: Exibição de dados de simulação 3D ≠ gêmeo digital! Quando as pessoas se referem a gêmeos digitais, muitas vezes pensam diretamente na exibição de simulação tridimensional, especialmente em alguns dados exibidos no fundo da simulação tridimensional. Esse entendimento é unilateral. “O verdadeiro núcleo do gêmeo digital reside no cálculo quase em tempo real dos dados coletados no local de produção, de modo a obter uma compreensão precisa das condições de trabalho no local de produção, de modo a tomar decisões de acordo com os acontecimentos. Seu núcleo está em dados e cálculos."
A exibição da simulação tridimensional é apenas o mapeamento do espaço tridimensional. O resultado é tornar mais intuitiva a visualização de dados, status ou eventos e a navegação no sistema. Ele pode dar aos visitantes uma impressão interessante ao exibi-lo em uma tela grande. No entanto, esta é apenas uma expressão da interface homem-máquina. Sem o suporte de dados e algoritmos de gêmeos digitais, essas exibições são de pouca importância. Claro, se o gêmeo digital tiver dados ricos e algoritmos poderosos, e o aplicativo industrial correspondente tiver funções poderosas, a maioria das operações de produção, operação e manutenção podem ser resolvidas automaticamente sem intervenção manual, a necessidade de exibição de simulação tridimensional também irá estar enfraquecido. E se houver algoritmos que possam efetivamente monitorar, alarmar, registrar e processar o status do equipamento, a “patrulha virtual” existente terá pouco efeito. É claro que, além de atender às regulamentações de processo anteriores, a simulação 3D, como uma espécie de modelo gêmeo digital, estabelece um modelo visual baseado nos parâmetros espaciais reais das entidades físicas e a relação topológica do espaço, especialmente combinada com AR, continuará desempenhar um papel único no projeto, na desmontagem de equipamentos e na orientação de operação de manutenção e na repetição de eventos de operação de equipamentos em movimento. 
Mito 2: modelo de simulação analógico tradicional ≠ gêmeo digital! A simulação consiste em estabelecer um modelo no computador, reproduzir o processo essencial no sistema físico e realizar cálculos experimentais ajustando a entrada do modelo e os parâmetros de controle. É usado para estudar e avaliar as características e comportamento do sistema existente ou projetado e encontrar um projeto viável ou ideal. É amplamente utilizado na indústria de transformação. "Mas, de modo geral, o custo da construção real do sistema é alto e alguns testes demoram muito ou são perigosos. É obviamente um meio de obter o dobro do resultado com metade do esforço, usando simulação computacional." E o sistema real é geralmente muito complexo e limitado pela tecnologia atual. Ao estabelecer o modelo de simulação, a maioria deles precisa ser simplificada. Focar apenas em fatores-chave, ignorar fatores secundários ou simular apenas alguns aspectos do sistema pode atender aos requisitos de verificação se os resultados do projeto atendem a certos requisitos de projeto (como produção de segurança) no processo de projeto, mas a precisão do cálculo não é fácil para atender aos requisitos de supervisão e otimização no processo produtivo. Além disso, a maior parte do software de modelo de simulação utilizado no processo de projeto é baseado em dados simulados, que são usados em lotes e não estão conectados com os dados em tempo real no local de produção. Não é fácil apoiar a computação de fluxo contínuo em termos de desempenho computacional e é difícil apoiar o controle e a otimização do processo de produção e operação no gêmeo digital. De um modo geral, a simulação analógica é uma importante tecnologia de apoio à geminação digital. O modelo de simulação no processo de design é apenas uma parte importante do modelo de algoritmo do gêmeo digital, que não é igual ao próprio gêmeo digital. Mito 3: Gêmeos digitais ≠ “alquimia”! “O gêmeo digital não é um toque de ouro, mas uma oportunidade de melhoria contínua.” A eficácia da geminação digital depende da complexidade do equipamento ou do processo de produção, da dificuldade de julgamento do modo, da previsão do estado ou do cálculo da estratégia de otimização, e da integridade e precisão dos dados dos sensores coletados no campo para cálculo. Assim como a cognição do mundo real pelas pessoas tem um processo de aprendizagem contínuo, a compreensão do mundo físico pelo gêmeo digital também tem um processo do básico ao fino. Como metodologia, sistema de tecnologia de estrutura e até mesmo middleware para a arquitetura digital do ambiente de produção e operação, o gêmeo digital não é uma mágica que pode ser alcançada da noite para o dia. As empresas não devem considerar os gêmeos digitais como uma tecnologia de toque de ouro e esperar, de forma irrealista, que os gêmeos digitais resolvam problemas difíceis em uma única etapa. O núcleo da tecnologia digital é o software. Em essência, é uma tecnologia de melhoria contínua, enquanto software sem melhoria iterativa contínua não tem vitalidade.
Mito 2: modelo de simulação analógico tradicional ≠ gêmeo digital! A simulação consiste em estabelecer um modelo no computador, reproduzir o processo essencial no sistema físico e realizar cálculos experimentais ajustando a entrada do modelo e os parâmetros de controle. É usado para estudar e avaliar as características e comportamento do sistema existente ou projetado e encontrar um projeto viável ou ideal. É amplamente utilizado na indústria de transformação. "Mas, de modo geral, o custo da construção real do sistema é alto e alguns testes demoram muito ou são perigosos. É obviamente um meio de obter o dobro do resultado com metade do esforço, usando simulação computacional." E o sistema real é geralmente muito complexo e limitado pela tecnologia atual. Ao estabelecer o modelo de simulação, a maioria deles precisa ser simplificada. Focar apenas em fatores-chave, ignorar fatores secundários ou simular apenas alguns aspectos do sistema pode atender aos requisitos de verificação se os resultados do projeto atendem a certos requisitos de projeto (como produção de segurança) no processo de projeto, mas a precisão do cálculo não é fácil para atender aos requisitos de supervisão e otimização no processo produtivo. Além disso, a maior parte do software de modelo de simulação utilizado no processo de projeto é baseado em dados simulados, que são usados em lotes e não estão conectados com os dados em tempo real no local de produção. Não é fácil apoiar a computação de fluxo contínuo em termos de desempenho computacional e é difícil apoiar o controle e a otimização do processo de produção e operação no gêmeo digital. De um modo geral, a simulação analógica é uma importante tecnologia de apoio à geminação digital. O modelo de simulação no processo de design é apenas uma parte importante do modelo de algoritmo do gêmeo digital, que não é igual ao próprio gêmeo digital. Mito 3: Gêmeos digitais ≠ “alquimia”! “O gêmeo digital não é um toque de ouro, mas uma oportunidade de melhoria contínua.” A eficácia da geminação digital depende da complexidade do equipamento ou do processo de produção, da dificuldade de julgamento do modo, da previsão do estado ou do cálculo da estratégia de otimização, e da integridade e precisão dos dados dos sensores coletados no campo para cálculo. Assim como a cognição do mundo real pelas pessoas tem um processo de aprendizagem contínuo, a compreensão do mundo físico pelo gêmeo digital também tem um processo do básico ao fino. Como metodologia, sistema de tecnologia de estrutura e até mesmo middleware para a arquitetura digital do ambiente de produção e operação, o gêmeo digital não é uma mágica que pode ser alcançada da noite para o dia. As empresas não devem considerar os gêmeos digitais como uma tecnologia de toque de ouro e esperar, de forma irrealista, que os gêmeos digitais resolvam problemas difíceis em uma única etapa. O núcleo da tecnologia digital é o software. Em essência, é uma tecnologia de melhoria contínua, enquanto software sem melhoria iterativa contínua não tem vitalidade. A verdadeira conotação de “gêmeo digital”
“O gêmeo digital é uma ideia e metodologia de digitalização industrial, um sistema técnico e capacidade técnica.” 
1. Como conceito básico, o núcleo do gêmeo digital é usar dados de detecção e computação para realizar cognição profunda e tomada de decisão inteligente de entidades físicas, controlar e gerenciar efetivamente essas entidades físicas e servir melhor a humanidade; 2.Como conceito técnico, o gêmeo digital consiste em realizar o mapeamento de entidades físicas no computador, que pertence ao problema da engenharia da computação e à categoria de engenharia de software. Para mapear uma entidade física, é necessário calcular seu estado, como julgamento de modo, análise de causa raiz e previsão de estado. Pode haver uma variedade de métodos de implementação. A computação é o núcleo do "gêmeo digital" No estágio inicial do desenvolvimento do computador, tínhamos apenas a linguagem assembly, que era quase programada com a linguagem de máquina do processador do computador. Era uma longa série de instruções sem qualquer estrutura. Era demorado, sujeito a erros, difícil de verificar e não havia reutilização. Posteriormente, linguagens de alto nível, como FORTRAN e C, introduziram lógica e estrutura de dados, podendo organizar o código na forma de função de acordo com a tarefa. Como a função pode ser chamada em vários locais como uma unidade de código, a reutilização do código é realizada. No entanto, essas linguagens de programação pertencem ao paradigma de programação de processos. Para sistemas de programas de grande escala, há muitas funções que precisam ser decompostas, a relação de chamada é complexa, a dificuldade de design, desenvolvimento e manutenção se tornará muito alta, a reutilização e a reutilização serão difíceis e o custo de desenvolvimento de software e a manutenção se tornará muito alta.
Para estabelecer um gêmeo digital eficaz no campo industrial, precisamos dos esforços conjuntos de parceiros ecológicos industriais, incluindo fornecedores de tecnologia digital, fornecedores de equipamentos, fornecedores de conhecimento industrial (como institutos de pesquisa industrial e institutos de design) e empresas como a Parte A para construir e melhorar tecnologias e sistemas. Neste processo, é particularmente importante promover a reutilização de gémeos digitais na ecologia da indústria. É concebível que no cenário de cada empreendimento o software seja utilizado para caracterizar e mapear de forma profunda e precisa os estados e comportamentos característicos dos equipamentos e processos produtivos. O limiar da construção separada é alto, o custo é alto, a acumulação e a promoção são lentas e o resultado é o dobro do resultado com metade do esforço. Pontas: Atualmente, muitas empresas ainda usam o mecanismo tradicional de gerenciamento de implementação baseado em projetos de software na construção de sistemas de aplicativos digitais, que pertence à implementação de projetos únicos. Após o fornecedor da solução vencer a licitação para implementação e entrega, geralmente não há consideração ou oportunidade para manutenção ou atualização subsequente após um ano de garantia. Da próxima vez será difícil acumular e melhorar. As empresas precisam de manter uma relação de cooperação a longo prazo com os fornecedores de soluções, fornecer o investimento correspondente para apoiar a manutenção e melhoria das aplicações de software, deixar um caminho a longo prazo para as soluções digitais estabelecidas e evitar negociações pontuais. Ao mesmo tempo, as empresas também podem considerar o uso de produtos de fornecedores terceirizados para evitar projetos desnecessários de construção própria. Dessa forma, podem aproveitar os produtos dos fornecedores para maximizar o reaproveitamento e acumular melhores resultados. Se a correspondente estrutura de tecnologia de compartilhamento de gêmeos digitais e mecanismo de comércio de valor puderem ser estabelecidos na indústria para promover a reutilização de gêmeos digitais, isso reduzirá o custo inicial, acelerará a melhoria de sua eficácia, qualidade e desempenho e melhorará o custo desempenho de aplicativos de gêmeos digitais. Em uma escala mais ampla, pode-se dizer que o software é usado. Quando um aplicativo de software tem mais usuários, mais cenários e mais problemas, suas funções se tornarão ricas e poderosas e sua estabilidade será melhorada. Este é o resultado do acúmulo de reaproveitamento. É por isso que os produtos de software de terceiros são geralmente melhores do que os de desenvolvimento próprio, o que é causado pelas diferenças no espaço (cena) e na acumulação de tempo, especialmente pelas vantagens da reutilização de espaço cruzado. Portanto, a reutilização não é benéfica apenas para os fornecedores de software, mas também para os usuários de software. 1. Como conceito básico, o núcleo do gêmeo digital é usar dados de detecção e computação para realizar cognição profunda e tomada de decisão inteligente de entidades físicas, controlar e gerenciar efetivamente essas entidades físicas e servir melhor a humanidade; 2.Como conceito técnico, o gêmeo digital consiste em realizar o mapeamento de entidades físicas no computador, que pertence ao problema da engenharia da computação e à categoria de engenharia de software. Para mapear uma entidade física, é necessário calcular seu estado, como julgamento de modo, análise de causa raiz e previsão de estado. Pode haver uma variedade de métodos de implementação. A computação é o núcleo do "gêmeo digital" No estágio inicial do desenvolvimento do computador, tínhamos apenas a linguagem assembly, que era quase programada com a linguagem de máquina do processador do computador. Era uma longa série de instruções sem qualquer estrutura. Era demorado, sujeito a erros, difícil de verificar e não havia reutilização. Posteriormente, linguagens de alto nível, como FORTRAN e C, introduziram lógica e estrutura de dados, podendo organizar o código na forma de função de acordo com a tarefa. Como a função pode ser chamada em vários locais como uma unidade de código, a reutilização do código é realizada. No entanto, essas linguagens de programação pertencem ao paradigma de programação de processos. Para sistemas de programas de grande escala, há muitas funções que precisam ser decompostas, a relação de chamada é complexa, a dificuldade de design, desenvolvimento e manutenção se tornará muito alta, a reutilização e a reutilização serão difíceis e o custo de desenvolvimento de software e a manutenção se tornará muito alta. Mais tarde, paradigmas de programação orientada a objetos, como o primeiro Smalltalk, e mais tarde amplamente utilizado C++ e Java, introduziram o conceito de objeto. Correspondendo ao "objeto" ou "corpo lógico" na vida real na forma de objeto, seus dados característicos (atributo) e lógica de operação (comportamento) são encapsulados no corpo do objeto como dados e função, respectivamente.
Dessa forma, o design do software fica mais alinhado com a maneira de pensar das pessoas na vida real. Isso não apenas torna o design mais estruturado, mas também aumenta a capacidade de reutilização e manutenção do software, melhora a qualidade do software e reduz o custo de desenvolvimento de software. Como um conjunto de metodologia Como metodologia, o paradigma de programação orientada a objetos (OOP) pode ser usado como referência no design de gêmeos digitais. O design do gêmeo digital pode estender o paradigma de programação orientada a objetos para as entidades do mundo físico, representar as entidades físicas na forma de objetos no software e estabelecer os objetos de software correspondentes para cada entidade física. No gêmeo digital, os atributos e estados das entidades físicas são representados por dados, e seu comportamento é simulado por modelo de algoritmo. Além disso, o método de design orientado a objetos pode apoiar o uso de objetos unitários para construir sistemas cada vez mais complexos na forma de blocos de construção. A partir do gêmeo do número do componente, pode-se construir o gêmeo digital de equipamentos, unidades, linhas de produção, oficinas e até mesmo de toda a planta, tornando-se a representação digital de toda a planta. O gêmeo digital é construído desta forma, o que reflete estruturalmente os atributos, estados e comportamentos das entidades físicas, protege a complexidade do local e simplifica a construção de aplicações industriais digitais. Como um sistema de estrutura técnica A geminação digital mapeia entidades no mundo real e calcula o seu estado, tais como julgamento de modo, análise de causa raiz e previsão de estado - para este efeito, a geminação digital não deve ser usada como uma aplicação terminal para utilizadores, mas como uma tecnologia de suporte para o aplicação da indústria química digital, pode até ser construída como middleware nessas arquiteturas de aplicação. Para mapear o estado e o comportamento dos equipamentos no local de produção, o gêmeo digital precisa estabelecer objetos de imagem correspondentes no software. Se aprendermos com OOP, precisaremos definir os parâmetros correspondentes ao equipamento no gêmeo digital, incluindo atributos, status, instruções e outros tipos. Com base nisso, esses parâmetros são conectados um a um com os dados coletados do equipamento. Se um determinado parâmetro operacional do equipamento for alterado, isso será refletido no gêmeo digital correspondente quase em tempo real. Este é um processo de classificação de dados de equipamentos e também de precipitação de conhecimento industrial em software. Depois disso, o modelo de algoritmo é utilizado para analisar e calcular esses dados e mapear o comportamento das entidades físicas. Por exemplo, determine ou preveja o modo de operação do equipamento, se ele pertence à anormalidade de operação, se atende aos requisitos do processo, se atende aos requisitos de eficiência energética, etc. se a anormalidade for determinada, analise a causa raiz do anormalidade e as estratégias de solução, que utilizarão o modelo de mecanismo e o modelo de algoritmo de dados. No entanto, a solução final deve tomar como entrada as características de operação e comportamento dos equipamentos mapeados pelo gêmeo digital, tomar decisões apropriadas e implementá-las em combinação com a lógica de negócios e regras de produção de gerenciamento de produção e operação, especialmente os princípios e metodologia da gestão enxuta. Essas lógicas geralmente podem ser realizadas na forma de app. Este é o papel do gêmeo digital como sistema de estrutura técnica e middleware de arquitetura de aplicação industrial digital: ele pode iniciar dados IOT e conectar o site; O aplicativo industrial é usado para transmitir a visão e a cognição do estado e comportamento do local e apoiar a tomada de decisão de controle do local. Características e funções dos gêmeos digitais No nível de produção e operação digital, após mais de 20 anos de desenvolvimento de informações, as empresas de manufatura adotaram vários softwares de design e CAD no processo de design de produtos e processos e perceberam a automação e a informação do processo de gestão empresarial com base em produção automática original. No entanto, a maioria dos softwares industriais é usada principalmente para gerenciar processos de negócios e produção planejada em condições normais. No processo de produção, muito trabalho precisa ser feito para aproveitar ao máximo um grande número de dados de equipamentos no local de produção, reduzir ainda mais a taxa de falhas dos equipamentos, melhorar a eficiência geral do equipamento, melhorar a qualidade do produto, reduzir energia e consumo de materiais e garantir a conformidade do processo de produção. Nesta fase, o julgamento da produção anormal, a análise da causa raiz e as estratégias de enfrentamento dependem principalmente da experiência operacional e da operação manual. Na nova ronda de desenvolvimento digital, seja na concepção de produtos e processos ou no processo de produção, como utilizar os dados do mundo físico para fazer julgamentos precisos, a tomada de decisões inteligentes e a implementação atempada tornaram-se o foco das empresas. As empresas precisam passar pela operação colaborativa eficiente de vários equipamentos a montante e a jusante do processo de produção, integrar os princípios e métodos de gestão enxuta na gestão da operação de produção digital e buscar a padronização, estabilidade e melhoria contínua do processo de produção. O nascimento da tecnologia digital twin pode fazer uso da replicação virtual digital de entidades físicas para resolver problemas práticos.
Quando utilizamos a metodologia de gêmeo digital para estabelecer um novo arcabouço técnico, na perspectiva da TO, tomamos o equipamento como objeto principal de modelagem, definimos os dados característicos do equipamento e estabelecemos um modelo de algoritmo para julgar ou prever o comportamento do equipamento. Desta forma, os especialistas em equipamentos podem definir facilmente os dados característicos do equipamento, e os especialistas que entendem a operação do equipamento e o processo de produção podem cooperar com os engenheiros de algoritmos para estabelecer o modelo de algoritmo, de modo que os dois lados possam ser integrados através do estrutura de gêmeo digital. Dessa forma, gêmeos digitais são estabelecidos para vários dispositivos e definições de dados e algoritmos são encapsulados em componentes de software que podem ser reutilizados em vários plug-ins. Fornecedores de equipamentos familiarizados com os equipamentos ou institutos de design industrial familiarizados com o processo também podem construir e fornecer gêmeos digitais de forma independente de um determinado tipo de equipamento ou processo de produção e podem oferecer suporte a vários cenários. Além disso, o próprio gêmeo digital é dissociado de outros componentes de software empresarial (como regras de produção ou interface de usuário) na estrutura do software. Quando o algoritmo iterativo dos gêmeos digitais é aprimorado, como melhorar a precisão de um determinado cálculo, só é necessário atualizar os gêmeos digitais de forma independente, sem modificar ou alterar o código do software comercial. Em suma, utilizando gémeos digitais, os utilizadores têm a oportunidade de construir um quadro técnico que possa apoiar eficazmente a integração da tecnologia digital e do conhecimento industrial, promover a precipitação, acumulação e melhoria contínua do conhecimento industrial e promover a ampla reutilização e partilha de conhecimento industrial ecológico. Faça bom uso dos “gêmeos digitais”: reutilização e acumulação são a chave Para concretizar o valor do gêmeo digital, precisamos da integração de múltiplas tecnologias e conhecimentos, especialmente a integração da tecnologia digital (TI) e do conhecimento industrial (TO). As empresas industriais enfrentam frequentemente o dilema de recursos tecnológicos de TI fracos e de acumulação de conhecimento fraca. Existem muitos obstáculos ao uso exclusivo de gêmeos digitais para promover a produção digital e o gerenciamento de operações.