O tema “Gêmeos Digitais” se tornou um assunto tão relevante ultimamente, que é capaz de estimular debates e opiniões fortes, como acontece com futebol e política. Ter conhecimento no assunto dos gêmeos digitais é essencial para qualquer consultor de engenharia que deseje continuar atuante no mercado.
Os gêmeos digitais são tão novos em infraestrutura que há inevitavelmente uma certa quantidade de disputas por posição sobre definições e terminologia. Isso levou alguns diretores digitais a aplicar uma forma de “teste de autenticidade” de gêmeo digital. Só pode ser um gêmeo digital se: for usado em operações; incluir dados em tempo real; for usado para controlar o ativo físico; incorporar IA e aprendizado automatizado; for autônomo e pensa por si; e assim por diante. Mas qual é o sentido de aplicar um teste de autenticidade de gêmeo digital, quando gêmeos digitais estão fornecendo insights e permitindo a criação de valor e a melhoria do desempenho?
Das mais de 500 inscrições para a Conferência Year in Infrastructure 2019 da Bentley, quase 25% identificaram seu projeto como impulsor ou aspirante à inovação em gêmeos digitais. Isso representa um notável aumento ano a ano e é uma evidência incontestável do valor agregado. Esses mais de 125 projetos abrangem segmentos da indústria, regiões, fases do ciclo de vida e abordagens de contratação e são um conjunto de amostras exclusivo para análise e aprendizado. O que eles nos dizem? O que podemos aprender com esses projetos de classe mundial que podem informar nossas definições e terminologia? Quais foram as abordagens, as práticas e os cenários que levaram à criação de valor e aos resultados bem-sucedidos?
Gêmeos digitais e metodologias de gêmeos digitais se aplicam a todas as fases do ciclo de vida. Quanto antes um projeto começa com gêmeos digitais em mente, mais significantes são os dados e as percepções. Os gêmeos digitais servem para muitos fins; não há gêmeos digitais individuais. Diferentes partes interessadas interagem com gêmeos digitais de diferentes perspectivas e obtêm diferentes tipos de valor.
Muitos gêmeos digitais começam com a modelagem da realidade e inspeção com drones. Uma representação digital do canteiro de obras facilita a visualização e geralmente é combinada com experiências imersivas do usuário para fornecer uma compreensão intuitiva do contexto. Na fase de planejamento, gêmeos digitais são usados para provar a construtibilidade e modelar a sequência e a logística da construção. Esta é uma aplicação muito popular dos gêmeos digitais e normalmente incorpora condições reais do local e mudanças de posição de equipamentos e materiais. Há também um padrão claro de valor criado pelas entregas digitais, nas quais o consultor de engenharia entregou um ativo digital juntamente com o ativo físico. Normalmente, a entrega sem papel foi muito mais eficiente, resultou em prontidão operacional que superou os parâmetros de referência e aumentou o ROI.
Nossa análise desses projetos identifica três características típicas dos gêmeos digitais: representação digital, componentes digitais e cronologia digital. Por representação digital, entendemos o ambiente, o terreno e o subsolo; todo ativo está localizado em algum lugar deste planeta e esse local geralmente é um fator de risco importante para sua segurança e resiliência. Os componentes digitais permitem que projetistas e engenheiros se beneficiem de projetos com desempenho comprovado enquanto padronizam para manufatura e fabricação. Por cronologia digital, queremos dizer que os gêmeos digitais capturam mudanças de engenharia ao longo do tempo e fornecem um registro responsável de quem mudou, o que, e quando. O que também ficou bastante claro, foi que a maioria dos gêmeos digitais tinha uma estratégia para superar os desafios relacionados à qualidade e integridade dos dados. Os dados de engenharia se originam em diversas aplicações multidisciplinares e exigem muito alinhamento, validação e limpeza, o que pode ser tão trabalhoso quanto parece. A regra principal é garantir que os dados estejam acessíveis; em outras palavras, não fique preso a formatos proprietários.
Com este conjunto de amostras, também podemos aprender algumas lições e tirar algumas conclusões sobre a maturidade. O que contribui para gêmeos digitais maduros?
Aqui está a nossa opinião sobre as práticas e abordagens que caracterizam os diferentes níveis ou estágios de maturidade dos gêmeos digitais:
Nível 0
Heróis do projeto, ou seja, gerentes de projeto ou unidades de negócios que fazem o suficiente para serem competitivos.
- Possuem capacidades limitadas, devido aos fluxos de trabalhos em papel e PDF
- Os modelos 3D podem existir, mas estão limitados a uma única disciplina e escopo único
- Malhas realísticas podem existir, mas não são usadas, exceto para aplicações especializadas
- Alterações nos ativos não são capturadas no gêmeo digital
Nível 1
Orientada para o setor, ou seja, algumas normas do setor estão sendo usadas. Normas como IFC e ISO 19650 são observadas, mas a entrega ainda é separada do projeto em andamento de maneiras que as tornam improdutivas.
- O conceito de gêmeos digitais é estabelecido, mas está limitado a novas modificações ou componentes recém-adquiridos
- Malhas realísticas podem existir, mas não são usadas, exceto para aplicações especializadas
- Os padrões são reconhecidos/entregues, mas o uso desses entregáveis é limitado. Alterações nos ativos não são capturadas no gêmeo digital ou são mantidas em sistemas baseados em documentos paralelos
Nível 2
Os heróis do projeto ainda estão dominando, mas a governança digital corporativa aplica algum rigor à implantação em outros projetos.
- Um gêmeo digital existe com base nos modelos BIM dos ativos como foram construídos, mas não é mantido ou atualizado para refletir as condições atuais
- Malhas realísticas podem existir, mas não são usadas, exceto para aplicações especializadas
- Os padrões são reconhecidos/entregues, mas o uso desses entregáveis é limitado. Alterações nos ativos não são capturadas no gêmeo digital ou são mantidas em sistemas baseados em documentos paralelos
- Existem algumas conexões (manuais) entre as informações armazenadas no gêmeo digital e os sistemas operacionais/de manutenção
Nível 3
A governança corporativa permite o alinhamento entre todas as fontes de dados do projeto. Os departamentos de negócios e as unidades de negócios permitem o alinhamento de instâncias para conectar fontes de dados empresariais e de projeto.
- Existe um gêmeo digital e é usado para entender a base de projeto dos ativos
- Modelos de realidade dos ativos físicos são criados e selecionados como referências para o estado atual do ativo
- A maioria dos resultados finais e registros permanece armazenado em formatos baseados em documentos, mas está vinculado em alguma forma de visualização a partir do gêmeo digital
- As alterações nos ativos são capturadas no gêmeo digital com algum atraso, mas sem capacidade de rastrear o status da implementação ou as condições de operação atuais
Nível 4
A tomada de decisões está se movendo em direção às partes interessadas digitais, bem como a visualização de eventos atuais e hipotéticos sobre o gêmeo digital ativado por representação. Os componentes digitais são usados para analisar os benefícios de desempenho em todos os ativos.
- Existe um gêmeo digital e é usado diariamente para gerenciar e modelar o desempenho dos ativos
- Os modelos de realidade dos ativos físicos são criados e selecionados e incluídos no gêmeo digital para permitir que os usuários vejam as condições atuais dos ativos
- As informações digitais são criadas e vinculadas ao gêmeo digital para permitir acesso completo às informações necessárias para o monitoramento da performance de ativos
- As alterações nos ativos são capturadas no gêmeo digital quase em tempo real, e as alterações são rastreáveis ao longo do tempo
Se você é o criador ou responsável pelos gêmeos digitais, como você pode alcançar o próximo nível? Quais são os conjuntos de soluções e os cenários que você pode aplicar? Há um esquema ou uma estrutura para orientar suas iniciativas? Como empresa de software, nosso foco está em como implantar a tecnologia dos gêmeos digitais, mas é importante enfatizar que as pessoas e os processos têm tanta influência nos resultados quanto o fator tecnologia.
Aqui estão nossas recomendações para cenários e práticas com base em nossa experiência de implementação de gêmeos digitais para projetos de infraestrutura e cidades inteligentes. As práticas descritas abaixo são baseadas em recursos organizacionais. Embora uma empresa possa ter um gêmeo digital totalmente inteligente e vinculado a ativos, pode não ter recursos internos para mantê-lo para sempre e pode não conseguir executar as próximas etapas. Essas práticas requerem um plano multifásico que considere não apenas como o gêmeo digital será criado e entregue, mas também e, o que é mais importante, como será selecionado e consumido. Se um gêmeo digital ficar obsoleto, é claro que perderá seu valor e prejudicará a estratégia digital de uma empresa.
Prática 1
Prática orientada por projetos
- Crie e mantenha um modelo 3D em um formato comum
- Identifique os ativos que têm documentos e crie um registro de documento/ativo
Prática 2
Prática orientada pelo setor
- Capture todas as novas modificações e instalações em um formato comum com atribuição comum
- Automatize a relação entre documentos e elementos 3D para ativar a pesquisa e a navegação
- Identifique instalações e áreas que não possuem modelos 3D ou informações restritas
Prática 3
Bom método
- Capture um modelo completo de realidade 3D do ativo ou da instalação. Certifique-se de que esses modelos estejam geocoordenados
- Implemente um procedimento para atualizar o modelo 3D principal da instalação
- Implemente um recurso de marcação que permita que elementos 3D sejam vinculados a fontes de dados externas em uma chave comercial comum
Prática 4
Melhor método
- Implemente conectores de dados para facilitar a vinculação de fontes de dados diferentes
- Utilize gêmeos digitais para análise de projeto e percepções. O gêmeo digital é mantido com todas as atualizações em um formato comum
- Implemente capacitadores de dados para garantir que o modelo 3D esteja vinculado às fontes de dados com base em vários critérios
- Capture o estado atual do projeto, que é geocoordenado e classificado a partir do modelo 3D
Prática 5
Próximos passos
- Utilize o gêmeo digital em todas as funções operacionais para tomar decisões operacionais e de desempenho
- Utilize os dados da IoT para monitoramento do tempo e análise hipotética
Que valor você espera obter se seguir essas recomendações e colocar em prática esses cenários?
Ter um gêmeo digital é um divisor de águas, pois permite que os engenheiros solucionem problemas de complexidades de projeto dentro do contexto do ativo e de seu ambiente real. Nas palavras de um gerente de projeto, “Estimamos que o uso do gêmeo digital no projeto nos economizou centenas de horas de trabalho e resultou em projetos mais assertivos. Eliminamos uma etapa de revisão para cada uma das emissões de projeto, economizamos centenas de horas de recursos, reduzimos pela metade a necessidade de visitas ao local e produzimos um projeto sem interferências. Ter um gêmeo digital permitiu que nossos engenheiros resolvessem problemas com eficiência e estivessem 100% confiantes no impacto de seus projetos. Dos 3.000 desenhos físicos estimados da planta, eliminamos 45% deles do ciclo de comentários, realizando análises colaborativas do projeto com o proprietário.”
Os gêmeos digitais têm uma aplicação ampla em ambientes de projeto avançados, em que um modelo virtual totalmente funcional e adequado para uso é desenvolvido, permitindo que ele seja aprimorado por meio da análise de diferentes cenários, até a fase de projeto/protótipo com uma abordagem mais evoluída em comparação aos métodos convencionais. De acordo com o gerente de um projeto de infraestrutura de transporte, “A inovação consiste não apenas em ter um projeto estático que represente uma fase claramente definida, mas também em um modelo que evolui com o tempo, à medida que o ativo é construído, até a gestão da manutenção e qualquer desativação subsequente. A tarefa de um gêmeo digital criado dessa maneira é representar o grau de fidelidade apropriado do estado do ativo físico em qualquer momento durante a fase de gestão do trabalho, com a vantagem de que os algoritmos de simulação podem ser aplicados a ele para avaliar como o ativo físico reagiria ao variar as condições operacionais. O gêmeo digital tem a grande vantagem de ser acessível de qualquer lugar, independentemente de onde seu gêmeo físico está localizado.”
Gêmeos digitais comprovam a capacidade de construção do projeto. Um projeto que possua um gêmeo digital representando a situação atual na obra, com um olhar à frente de curto a médio prazo para testar se as áreas de colocação de material, pessoas, segregação de fábrica e trabalhos de construção não entram em conflito. O gêmeo digital é usado para demonstrar opções para que os projetistas e engenheiros possam tomar decisões com base em informações reais. Isso resultou em ajustes para garantir que a construção fosse possível e que a equipe pudesse abordar suas atividades com segurança e não sob pressão para criar alternativas.
De acordo com um consultor de engenharia, “Os processos de projeto com base em dados permitem a construção virtual antes que qualquer pessoa chegue ao campo. Podemos simular a construção e otimizar a produtividade em cada fase de trabalho. Os processos digitais resultaram em uma engenharia completa – nenhuma reclamação de omissões no escopo, e estamos orgulhosos de que nossas taxas de retrabalho de construção caíram para menos de 2%. Isso é um valor significativo para o projeto e os negócios de nosso cliente. O benefício final do desenvolvimento de um projeto digital é a capacidade de fornecer um gêmeo digital completo aos nossos clientes, carregado de informações valiosas que podem ser usadas para operar o ativo de forma mais eficiente e com maior capacidade por décadas.”
Em operações, os proprietários de uma usina elétrica tiveram uma melhoria significativa na disponibilidade e confiabilidade gerais da usina, atingindo economias de custo gerais evitando manutenções programadas desnecessárias. Um gêmeo digital continuamente atualizado fornece uma imagem totalmente operacional da confiabilidade e do desempenho dos ativos físicos usados para inspeções, simulação e fins de manutenção. Usando o gêmeo digital, os operadores podem visualizar os ativos, verificar seu status, realizar análises e gerar insights para prever e otimizar o desempenho. A combinação de modelos de ativos com uma abordagem de manutenção centralizada na confiabilidade resultou em uma redução de 10% nas atividades de manutenção, reduzindo as interrupções forçadas em 25%, levando a um aumento de 10% na disponibilidade dos ativos.
Os proprietários de uma usina de aço utilizaram gêmeos digitais para conduzir o treinamento dos operadores, realizar simulações de emergência e evitar acidentes. Para o operador de uma rede de água e esgoto, ter um gêmeo digital do sistema abriu possibilidades aos engenheiros e técnicos de investigarem e analisarem as redes com mais detalhes e de diferentes perspectivas, com oportunidades para testes e simulações de cenários que não seriam possíveis no mundo real. A modelagem de eventos de inundação e poluição, especificamente, provou ser uma poderosa capacidade de ação imediata antes que qualquer dano potencial ocorresse.
Na Conferência Year in Infrastructure 2019, vimos alguns ótimos exemplos de gêmeos digitais. É impressionante a rapidez com que o cenário está evoluindo e o quanto mais é possível hoje em comparação com apenas três anos atrás. Acima de tudo, a capacidade dos gêmeos digitais de melhorar a tomada de decisão e reduzir os ciclos de tomada de decisão significa que os projetos têm maior probabilidade de chegar dentro do prazo e do orçamento e os ativos serão mais seguros e resilientes. Há muitas evidências para demonstrar que os gêmeos digitais estão em um caminho para a maturidade. Como serão os projetos de gêmeos digitais da ConferênciaYear in Infrastructure 2020? Uma aposta segura é que haverá mais exemplos de gêmeos digitais com aplicações inovadoras de aprendizado automatizado.
Para mais informações sobre Gêmeos Digitais, acesse www.bentley.com.