A invasão dos produtos “inteligentes” e “ligados”

Num artigo desta série, denominado “E se as maçãs tivessem internet?“, vimos como a tecnologia está gradualmente a entrar nas nossas vidas quotidianas e demos um olhar sobre o que poderá ser um futuro próximo, em que as nossas casas e os nossos carros comunicam para aumentar o nosso conforto e simplificar as tarefas da nossa vida pessoal e profissional.

Mas esta revolução tecnológica não se limita aos espaços doméstico e pessoal. O mesmo está a acontecer na indústria, onde a sofisticação tecnológica se faz notar, entre outras coisas, pelo gradual e sistemático aumento do número de equipamentos munidos com sensores, cujos dados podem posteriormente ser analisados por técnicos especializados.

Hoje em dia é comum, por exemplo, numa oficina automóvel, ligar um equipamento de diagnóstico a uma viatura e avaliar a sua condição no momento da revisão periódica. Mas isto obriga a uma presença humana especializada junto do veículo e a riqueza dos dados obtidos é relativamente limitada, uma vez que só reflete aquela viatura naquele momento.

No entanto, um “simples” motor de um camião de transporte de carga, por exemplo, pode produzir continuamente uma quantidade incrível de informação, tanto em volume como em variedade. E com um pouco de tecnologia, esta informação em vez de ficar apenas no veículo, pode ser transmitida para um local central, onde é guardada e continuamente analisada.

O que são gémeos digitais

Um gémeo digital é um modelo virtual, uma espécie de avatar, que representa um objeto físico, mas que reside num mundo digital, paralelo ao real. Habitualmente consiste na representação esquemática do objeto físico original (ex.:, o modelo 3D de um camião), enriquecida em tempo quase real, com informação recolhida dos sensores instalados no objeto físico e que representam o seu estado (ex.: consumo instantâneo ou número de rotações por minuto), condições de operação (ex.: pressão e temperatura) e posição (ex.: localização geográfica).

Como está constantemente a ser atualizado, o gémeo digital pode, geralmente, ser observado e analisado em vez do objeto real correspondente. Isto reduz a necessidade de presença humana física no local e a riqueza dos dados disponíveis para análise aumenta, pois passa incluir histórico de estado, de condições de operação e de localização.

Pode ver neste vídeo da PTC, uma demonstração do que podemos ter quando cruzamos o mundo físico real com o mundo virtual, utilizando as noções de gémeo digital e de realidade aumentada aplicadas a uma bicicleta de montanha.

Como funcionam

O conceito de gémeo digital aparece num contexto de Internet of Things (IoT), e não havendo uma receita pré-definida para desenhar arquiteturas IoT, também não há regras rígidas para a sua implementação, pelo que podemos encontrar exemplos de gémeos digitais mais evoluídos e completos que outros. Por exemplo, os sistemas com gémeos digitais mais avançados não se resumem à recolha de informação vinda dos objetos reais e permitem a integração com outras fontes de dados, tendo mesmo alguns a capacidade de atuação sobre o objeto real.

Como o conceito de gémeo digital é tanto mais atrativo quanto mais evoluída é a tecnologia que lhe serve de base, vamos descrever sucintamente um sistema que vai além da simples recolha de informação.

Aquisição e transmissão de dados

Genericamente, nas arquiteturas IoT, os dados são adquiridos por sensores físicos instalados em objetos reais. No nosso exemplo do camião, os sensores são instalados nos vários pontos do veículo com interesse para o fabricante ou para quem gere a frota. Os dados recolhidos pelos sensores são periodicamente transmitidos para uma plataforma na nuvem, onde se encontra o gémeo digital do camião.

Armazenamento de dados e criação de histórico

A plataforma IoT que recebe os dados vindos dos objetos reais armazena-os junto dos seus gémeos digitais. Estes dados vão sendo armazenados cumulativamente, criando histórico e assim permitindo acompanhar a evolução das várias variáveis de estado e de condições de operação. No nosso exemplo, o gémeo digital do camião é a sua representação gráfica em 3D, acompanhada de toda a informação que foi recolhida desde que o objeto foi criado.

Multiplicidade de fontes

Simultaneamente, a plataforma IoT vai recolhendo dados de outras fontes, tanto de outros objetos do mesmo género (no nosso exemplo, outros camiões), como de dados de natureza completamente diferente, como previsões meteorológicas, tendências de custos de combustível ou prazos e condições contratuais. À medida que a plataforma adquire mais informação vai-se atualizando, comparando com o passado e aprendendo.

Enriquecimento de dados

O cruzamento dos dados guardados no gémeo digital com informação originária de outras fontes resulta numa enorme riqueza de conhecimento. No nosso exemplo fictício, a plataforma IoT passa a conhecer e correlacionar dados como o desgaste das principais peças do gémeo digital do nosso camião, os contratos de manutenção que tem, a distância do veículo a oficinas contratualizadas, o seu consumo habitual e instantâneo, a sua rota, o peso da sua carga, o preço dos combustíveis, a distância aos principais postos de abastecimento, as condições de trânsito e as previsões atmosféricas.

Inteligência

O passo seguinte, a introdução de inteligência, é quando o sistema parte dos dados enriquecidos e do histórico do gémeo digital e consegue detetar padrões anormais no seu funcionamento, prever anomalias, planear intervenções e sugerir alterações aos parâmetros operacionais para otimizar o desempenho ou para prevenir e mitigar situações indesejadas.

Deixamos à sua imaginação a redução de custos e de riscos, bem como o aumento de desempenho que se pode introduzir numa frota de camiões com a informação enriquecida armazenada nos gémeos digitais acompanhada de alguma inteligência, mas salientamos que tudo isto é feito num mundo digital, sem ter que deslocar os camiões a oficinas para intervenções físicas.

Como é fácil adivinhar, esta componente inteligente, de analítica e de otimização, feita automaticamente e quase em tempo real é marcante numa plataforma IoT, pelos ganhos que pode trazer a qualquer negócio que dependa do desempenho de equipamentos sensorizados.

Atuação

Nos sistemas mais evoluídos, a plataforma IoT pode atuar (autonomamente ou com supervisão humana) sobre os objetos que gere. As ações são feitas sobre o gémeo digital, mas na realidade, após validação, são traduzidas e passadas ao objeto físico original. No nosso exemplo, em caso de degradação de uma peça do camião que está a causar sobreaquecimento, a plataforma pode indicar ao gémeo digital para limitar a velocidade do camião original e alterar a sua rota de forma a ser assistido na oficina mais próxima com contrato de manutenção válido e que se encontre aberta à hora prevista de chegada da viatura.

Principais benefícios

Sistemas que implementem o conceito de gémeo digital vão tendencialmente conseguir detetar padrões e tendências nas “coisas” que estão sob a sua gestão e nas coisas que fabricam, sejam elas máquinas industriais, veículos, linhas de produção, fábricas ou qualquer outra estrutura passível de ser monitorizada.

A previsão ou deteção de falhas passam a ser feitas de forma sistemática e automática, permitindo tomar ações preventivas ou corretivas, reduzindo o risco e o custo de operação e de manutenção do parque.

Dado o conhecimento que o sistema tem sobre cada uma das “coisas” sob a sua gestão, pode sugerir ações para introduzir melhorias operacionais ou mesmo para preparar o sistema em antecipação a futuras oportunidades de melhorias.

Para terminar, deixamos este vídeo da GE Digital, com uma gémea digital de uma turbina a vapor, que esperamos que sirva de inspiração para o seu próximo projeto de IoT.

 

Podemos ajudá-lo a desenhar e implementar os seus projetos de Internet of Things, contacte-nos.

 


 

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