PMR3507 Fábrica digital

Transcrição

1 LSA Laboratório de Sistemas de Automação PMR3507 Fábrica digital Digital Twin (Gêmeo digital) Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos Av. Prof. Mello Moraes, São Paulo - SP - Brasil

2 Preâmbulo Missão Apollo 13 Problemas na missão Como os engenheiros em terra auxiliaram a resolver os problemas? Uso de sistemas espelho, em terra Processos de projeto e fabricação se tornando cada vez mais digitais

3 O que é um gêmeo digital? Modelo virtual de um processo, produto ou serviço Ponte entre o mundo físico e o digital Reflete o estado corrente do processo, produto ou serviço ao mesmo tempo que mantém seu histórico, da fabricação à operação Gêmeo digital aprende e fornece dados continuamente Ponte para interação entre ativos físicos, e entre ativos físicos e o ambiente Mais que um CAD Mais do que um sensor

4 Função do gêmeo digital Representação virtual de um objeto físico ou sistema em todo o seu ciclo de vida O gêmeo digital espelha em tempo real o comportamento e estado do objeto físico Sensores conectados ao objeto físico e ao ambiente coletam dados que podem ser mapeados no gêmeo digital Utiliza dados do objeto físico e de outras fontes, em tempo real, para permitir aprendizado, e recalibração dinâmica do objeto físico

5 Função do gêmeo digital Acompanhar o que está acontecendo e pode vir a acontecer com o ativo físico Durante um período de tempo, as análises podem revelar tendências inaceitáveis no desempenho real do processo de fabricação em uma determinada dimensão quando comparadas com uma faixa ideal de desempenho tolerável Tal visão comparativa poderia desencadear investigação e uma possível mudança em algum aspecto do processo de fabricação no mundo físico

6 Função do gêmeo digital - manufatura

7 Função do gêmeo digital - manufatura Sensores distribuídos ao longo do processo de fabricação criam sinais que permitem ao gêmeo digital capturar dados operacionais e ambientais relativos ao processo físico

8 Função do gêmeo digital - manufatura Dados ambientais e operacionais são agregados e combinados com dados da empresa, como a lista de materiais, dos sistemas corporativos e as especificações de projeto

9 Função do gêmeo digital - manufatura Os sensores comunicam os dados ao mundo digital por meio da tecnologia de integração entre o mundo físico e o mundo digital e vice-versa

10 Função do gêmeo digital - manufatura Técnicas de análise (simulações e rotinas de visualização) são usadas pelo gêmeo digital para produzir insights com base nos dados obtidos

11 Função do gêmeo digital - manufatura O gêmeo digital produz a ação por meio de atuadores, sujeitos a intervenção humana, que acionam o processo físico

12 Função do gêmeo digital - manufatura Um aplicativo que combina os componentes em um modelo digital em tempo quase real do mundo e processo físicos

13 Exemplos de uso de gêmeo digital GE Utiliza o ambiente digital para informar a configuração de cada turbina eólica antes da construção Otimização da oferta e demanda de peças para a produção o JIT levado a um novo patamar Detecção de disrupção na cadeia produtiva Mais de 800mil gêmeos digitais de motores a jato, locomotivas, turbinas eólicas, etc. Auxiliam a empresa a tornarem seus produtos e processos mais produtivos Assim como informações dos clientes ajudam a Amazon a criar perfis de cliente e prever o que qualquer um deles pode vir a querer, o gêmeo digital auxilia a GE a criar perfis de equipamentos e detectar necessidades futuras

14 Exemplos de uso de gêmeo digital NASA Hoje já é possível criar réplicas virtuais dos equipamentos Cria, testar e implementar novos produtos em ambiente virtual Produto virtual atende requisitos de projeto? Produto é fabricado fisicamente Conecta-se o produto físico ao virtual, para que o último tenha acesso a todas as informações do primeiro

15 Benefícios do gêmeo digital Qualidade Melhoria da qualidade de forma geral Detectar tendências de defeitos de qualidade mais rapidamente Determinar precisamente quando o problema de qualidade começou Gastos com serviços e garantias Entender a configuração atual do equipamento no campo, remotamente, para atendê-lo / consertá-lo mais rapidamente Determinar de forma proativa e precisa os problemas relatados pelos clientes de forma a melhorar a experiência do cliente e reduzir gastos totais com garantia

16 Benefícios do gêmeo digital Custos operacionais Melhorar o projeto do produto e do processo produtivo eliminar produtos, funcionalidades ou componentes indesejados Melhorar o desempenho dos equipamentos de fabricação Minimizar variações nas operações do processo Registro contínuo de produtos produzidos em série Registra todas as ocorrências em peças em série e matérias primas utilizadas, permitindo melhor rastreabilidade, e gestão de recalls

17 Benefícios do gêmeo digital Custo e tempo para introdução de novos produtos Reduzir o custo total para produzir um novo produto Reduzir o tempo de colocação de novos produtos no mercado Identificar componentes com longos prazos de entrega e seu impacto na cadeia de suprimentos Oportunidade de novos negócios Identificar produtos no campo que estejam prontos para upgrade Otimizar custos e eficiência para serviço no produto Diferenciação de produtos Venda de serviços adicionais

18 Criando um gêmeo digital Foco nos tipos de informação que serão necessárias ao longo do ciclo de vida do ativo É importante estruturar as informações de maneira reutilizável Criação de um modelo de dados canônicos pode ser importante Estrutura de dados comum, padrão da empresa Permite que sistemas e aplicativos diferentes se conectem e troquem informações corporativas Diversos sistemas que se integram ao gêmeo digital se comuniquem em um formato simples Permite que uma empresa use o gêmeo digital de várias maneiras com maior flexibilidade

19 Criando um gêmeo digital Aparelhar o processo físico com inúmeros sensores que medem entradas críticas do processo físico e seus arredores As medições podem ser classificadas em duas categorias: (1) medições operacionais pertencentes aos critérios de desempenho físico do ativo, como resistência à tração, deslocamento, torque, etc; (2) dados ambientais ou externos que afetam as operações de um ativo físico, como temperatura ambiente, pressão barométrica e nível de umidade Os sinais dos sensores podem ser aumentados com informações do MES, ERP, modelos CAD, etc.

20 Criando um gêmeo digital A comunicação ajuda na integração / conectividade bidirecional contínua e em tempo real entre o processo físico e o gêmeo digital A comunicação em rede é uma das mudanças radicais que permitiram o gêmeo digital Compreende três componentes primários: processamento de borda (converte protocolos proprietários em formatos neutros ); interfaces de comunicação; e segurança de borda (firewalls, criptografia, etc.)

21 Criando um gêmeo digital Alimentação de um repositório de dados processados e preparados para análise

22 Criando um gêmeo digital Os dados são analisados e visualizados

23 Criando um gêmeo digital Insights da análise são apresentados em painéis, destacando diferenças inaceitáveis no desempenho do gêmeo digital e do mundo físico, indicando áreas que potencialmente precisam de investigação e mudança

24 Criando um gêmeo digital Os insights são convertidos em instruções para atuadores do processo do ativo físico, responsáveis pela movimentação ou controle

25 Barreiras à adoção do gêmeo digital Os dados de campo em muitos casos são coletados manualmente Sem dados atualizados (quase tempo real), não se pode fazer simulações acuradas Como coletar dados automaticamente? Uso de sensores (RFID e Beacons) Uso de visão de máquina Onde usar cada um? Veículos de transporte e operadores? Produtos?

26 Barreiras à adoção do gêmeo digital Os dados de campo estão descentralizados; no entanto é necessário uma sistema centralizado para analisá-los Qual a quantidade de dados gerados? Onde guardar estes dados? Como analisar estes dados? Os dados precisam ser padronizados quanto à forma, o método de aquisição, e quanto à periodicidade Segurança dos dados

27 Barreiras à adoção do gêmeo digital Quem é o dono dos dados? Quem comprou o equipamento ou quem fabricou o equipamento? Produto é vendido ou alugado? Qual o produto decorrente, e mais importante, ao se adotar o gêmeo digital?