20 Aplicações/Casos de Uso de Gêmeos Digitais por Setor
Com a crescente exploração da virtualização em diversos setores, as soluções de gêmeos digitais estão ganhando cada vez mais espaço no mercado. Espera-se que o mercado global de gêmeos digitais atinja US$ 74 bilhões até 2027, e a expansão da tecnologia IoT está acelerando esse crescimento. 1
Veja 20 casos de uso de gêmeos digitais:
Aplicações de gêmeos digitais
Cadeia de mantimentos
Os gêmeos digitais são cada vez mais utilizados na indústria de logística e cadeia de suprimentos para melhorar a eficiência, reduzir custos e aprimorar a tomada de decisões.
1. Gêmeo digital da embalagem do produto
Os gêmeos digitais permitem que as empresas criem modelos virtuais de materiais de embalagem e os testem antes da produção real. Isso ajuda a identificar erros precocemente, avaliar a viabilidade do material e reduzir o desperdício.
2. Proteção de envio
Empresas de logística podem simular diferentes condições de transporte usando gêmeos digitais. Isso ajuda a prever o desempenho das embalagens sob tensão e melhora a segurança do produto durante o transporte.
3. Projeto e desempenho operacional do armazém
Os gêmeos digitais permitem testar layouts e fluxos de trabalho de armazéns em um ambiente virtual. As empresas podem identificar gargalos, otimizar o espaço e melhorar a eficiência operacional geral antes de implementar mudanças físicas.
4. Planejamento da rede logística
Um gêmeo digital de redes de transporte integra informações sobre tráfego, condições das estradas e obras. As empresas podem usar esses dados para planejar rotas de distribuição, escolher locais de armazenamento de estoque e aumentar a confiabilidade das entregas.
Construção
5. Monitoramento do desempenho de edifícios
As construtoras utilizam gêmeos digitais para monitorar o desempenho dos edifícios em tempo real e otimizar a eficiência energética. Os dados coletados de um gêmeo digital podem ser usados no planejamento e projeto de edifícios futuros.
Assistência médica
Foi relatado que 66% dos executivos da área da saúde esperam um aumento nos investimentos em gêmeos digitais nos próximos três anos. 2 Os gêmeos digitais podem ajudar os profissionais de saúde a virtualizar a experiência de saúde para otimizar o atendimento ao paciente, os custos e o desempenho.
6. Gêmeo digital de uma unidade de saúde
A tecnologia de gêmeos digitais pode ser usada para gerar um gêmeo virtual de um hospital, permitindo a análise de estratégias operacionais, capacidades, equipe e modelos de atendimento para identificar áreas de melhoria, prever desafios futuros e otimizar estratégias organizacionais. Portanto, os gêmeos digitais de hospitais podem ser usados para gerar réplicas das instalações, o que, por sua vez, possibilita:
- Otimização de recursos : A utilização de dados históricos e em tempo real das operações hospitalares e do ambiente circundante (por exemplo, casos de COVID-19, acidentes de trânsito, etc.) para criar gêmeos digitais permite à gestão hospitalar detectar a escassez de leitos, otimizar os horários da equipe e auxiliar na operação dos quartos. Essas informações aumentam a eficiência dos recursos e otimizam o desempenho do hospital e da equipe, ao mesmo tempo que reduzem os custos.
- Por exemplo, um estudo de revisão mostrou que a utilização de gêmeos digitais para gerenciar a coordenação eficiente de vários processos permitiu que um hospital reduzisse o tempo de tratamento de pacientes com AVC em [inserir porcentagem aqui]. 3
- Gestão de riscos: Os gêmeos digitais proporcionam um ambiente seguro para testar as alterações no desempenho do sistema (número de funcionários, vagas na sala de cirurgia, manutenção de equipamentos, etc.), o que permite implementar decisões estratégicas baseadas em dados em um ambiente complexo e sensível.
7. Gêmeo digital do corpo humano
Os gêmeos digitais também são usados para modelar órgãos e células individuais, ou a composição genética, as características fisiológicas e os hábitos de vida de um indivíduo, a fim de criar planos de tratamento e medicina personalizados. Essas réplicas dos sistemas internos do corpo humano aprimoram o atendimento médico e o tratamento de pacientes por meio de:
- Diagnóstico personalizado :
- Os gêmeos digitais permitem a coleta e o uso de dados vitais (como pressão arterial, níveis de oxigênio, etc.) em nível individual, o que ajuda as pessoas a monitorar condições crônicas e, consequentemente, suas prioridades e interações com médicos, fornecendo informações básicas. Dessa forma, esses dados personalizados servem como base para ensaios clínicos e pesquisas em laboratórios.
- Ao focar em cada indivíduo separadamente, os médicos não derivam tratamentos de grandes amostras. Em vez disso, eles se baseiam em simulações personalizadas para acompanhar as reações de cada paciente a diferentes tratamentos, o que aumenta a precisão do plano de tratamento geral. Apesar do interesse e dos crescentes esforços em medicina personalizada, ainda não existem aplicações de gêmeos digitais para pacientes reais. Um dos centros especializados em medicina personalizada é a Universidade de Linköping, na Suécia, que mapeou o RNA de camundongos em um gêmeo digital para prever os efeitos de medicamentos. 4
- Planejamento do tratamento: Com a modelagem avançada do corpo humano, os médicos descobrem a patologia antes que os distúrbios se tornem evidentes, experimentam tratamentos e melhoram o preparo para cirurgias.
8. Gêmeos digitais para o desenvolvimento de medicamentos e dispositivos
Na área da saúde, o gêmeo digital pode aprimorar o projeto, o desenvolvimento, os testes e o monitoramento de novos medicamentos e dispositivos médicos. Por exemplo:
- Medicamentos: Gêmeos digitais de medicamentos e substâncias químicas permitem que cientistas modifiquem ou redesenhem medicamentos, levando em consideração o tamanho das partículas e as características de composição, para melhorar a eficiência da administração.
- Dispositivos: Os gêmeos digitais de um dispositivo médico permitem que os desenvolvedores testem as características ou usos de um dispositivo, façam alterações no design ou nos materiais e testem o sucesso ou o fracasso das modificações em um ambiente virtual antes da fabricação. Isso reduz significativamente os custos com falhas e aprimora o desempenho e a segurança do produto final.
Fabricação
Os gêmeos digitais são mais amplamente utilizados na indústria manufatureira. A manufatura depende de equipamentos de alto custo que geram um grande volume de dados, o que facilita a criação de gêmeos digitais. É por isso que a tecnologia de gêmeos digitais se tornou uma das ferramentas essenciais para o planejamento da produção.
As aplicações de gêmeos digitais na manufatura são as seguintes:
9. Desenvolvimento de produto
Os gêmeos digitais podem ajudar os engenheiros a testar a viabilidade de produtos futuros antes do lançamento. De acordo com os resultados dos testes, os engenheiros iniciam a produção ou redirecionam seu foco para a criação de um produto viável.
10. Personalização do design
Com os gêmeos digitais, as empresas podem projetar diversas variações do produto para oferecer produtos e serviços personalizados aos seus clientes.
11. Melhoria do desempenho no chão de fábrica
Um gêmeo digital pode ser usado para monitorar e analisar produtos finais e ajudar os engenheiros a identificar quais produtos apresentam defeitos ou desempenho inferior ao esperado.
12. Manutenção preditiva
Os fabricantes utilizam gêmeos digitais para prever possíveis períodos de inatividade das máquinas, permitindo que as empresas minimizem atividades de manutenção que não agregam valor e melhorem a eficiência geral dos equipamentos, uma vez que os técnicos podem agir antes que uma falha ocorra.
No entanto, o uso de gêmeos digitais para tarefas de manutenção preditiva não é escalável, pois se trata de uma réplica virtual específica da máquina e exige profissionais de ciência de dados altamente qualificados e com alto custo para construir e manter esses gêmeos.
Para obter mais informações sobre aplicações de gêmeos digitais na manufatura, confira nosso artigo sobre IA na manufatura, onde explicamos cada aplicação de IA.
13. Otimização inteligente da fábrica
As fábricas inteligentes utilizam ambientes ricos em sensores e fluxos de trabalho orientados por sensores para criar representações digitais em tempo real de linhas de produção inteiras. Essa abordagem permite simulações baseadas em IA e ciclos de controle para tarefas como previsão logística, planejamento de trajetória de robôs, inspeção de defeitos e manutenção preventiva, tudo com base nas condições reais e atuais do chão de fábrica.
Por exemplo, a Siemens e a NVIDIA firmaram uma parceria para aprimorar fábricas inteligentes, permitindo a criação de gêmeos digitais em tempo real das linhas de produção. Sua solução utiliza servidores RTX Pro da Grace Blackwell, projetados para ambientes industriais, para executar modelos de IA até 25 vezes mais rápido. Isso ajuda os fabricantes a aprimorarem a robótica, o controle de qualidade e a manutenção preditiva. 5
Aeroespacial
14. Previsão de problemas críticos
Antes dos gêmeos digitais, os gêmeos físicos eram usados na engenharia aeroespacial. Um exemplo é o programa Apollo 13, na década de 1970, em que cientistas da NASA na Terra conseguiam simular as condições da nave e encontrar soluções quando surgiam problemas críticos. Posteriormente, em 2002, o conceito de gêmeo digital foi introduzido por John Vickers, da NASA.
Com os gêmeos digitais, os engenheiros podem usar análises preditivas para antecipar qualquer problema futuro envolvendo a estrutura da aeronave, o motor ou outros componentes, garantindo assim a segurança das pessoas a bordo.
Automotivo
O desenvolvimento de novos carros ocorre, em grande parte, em um ambiente virtual. Os gêmeos digitais são usados na indústria automobilística para criar o modelo virtual de um veículo conectado. As montadoras utilizam essa tecnologia para projetar o produto automotivo ideal mesmo antes do início da produção. Elas simulam e analisam a fase de produção e os problemas que podem surgir quando o veículo chegar às ruas.
15. Desenvolvimento de carros autônomos
Embora as práticas de gêmeos digitais possam ser usadas na indústria automotiva tradicional, elas são especialmente úteis para empresas de veículos autônomos . Os carros autônomos contêm inúmeros sensores que coletam dados sobre o próprio veículo e o ambiente ao seu redor.
Devido a questões de responsabilidade, a criação de um gêmeo digital de um veículo autônomo e seus testes podem ajudar a identificar e minimizar danos e lesões inesperados. No setor automotivo, os gêmeos digitais otimizam os testes e dão suporte à manutenção baseada em condições.
Para saber mais sobre aplicações de gêmeos digitais na manufatura, assista ao vídeo do Dr. Norbert Gaus, chefe de P&D em Automação e Digitalização da Siemens. Ele explica como os gêmeos digitais ajudam a otimizar o processo de produção no mundo real e fornece exemplos:
Varejo
16. Modelagem e simulações de clientes
Os varejistas podem criar gêmeos digitais de personas de clientes para aprimorar a experiência do cliente que oferecem. Por exemplo, podem fornecer produtos de vestuário ideais para os clientes com base em seus modelos de gêmeos digitais.
Atualmente, as empresas utilizam gêmeos digitais de diversas maneiras, desde o desenvolvimento de produtos até a melhoria do desempenho operacional. As previsões de mercado sugerem que as tecnologias de gêmeos digitais atingirão US$ 273 bilhões até 2033, crescendo a uma taxa composta de crescimento anual (CAGR) superior a 34%. 6 Com a proliferação de dispositivos IoT, criar réplicas digitais em tempo real de ativos e operações tornou-se mais fácil.
Arquitetura
Na arquitetura, os gêmeos digitais ajudam as equipes a revisar e aprimorar projetos antes do início da construção. Desenhos 2D tradicionais e modelos 3D estáticos dificultam o compartilhamento da intenção do projeto. Detalhes podem passar despercebidos e o feedback costuma ser atrasado. Os gêmeos digitais criam um ambiente compartilhado e em tempo real, onde arquitetos, clientes e empreiteiros podem colaborar com mais eficácia.
17. Revisão do projeto
Os arquitetos podem inserir modelos de projeto em ambientes de realidade aumentada (RA) e realidade virtual (RV). Isso permite que as partes interessadas percorram um edifício virtualmente, revisem detalhes e forneçam feedback em tempo real.
18. Visualização do projeto
Os gêmeos digitais facilitam o teste de múltiplas opções de design. As equipes podem identificar problemas de design mais cedo e ajustar os planos mais rapidamente, reduzindo o retrabalho posteriormente.
19. Realidade Aumentada no local
Em canteiros de obras, modelos digitais podem ser sobrepostos em escala real usando realidade aumentada. Isso ajuda a comunicar claramente a intenção do projeto e reduz mal-entendidos durante a execução.
20. Suporte ao ciclo de vida
Os gêmeos digitais podem continuar a agregar valor mesmo após a construção. Em projetos residenciais, eles ajudam os proprietários a entender os sistemas do edifício, gerenciar a manutenção e acompanhar as garantias ao longo do tempo. Essa abordagem se reflete em plataformas como a Digs, que utiliza gêmeos digitais baseados em IA para apoiar a colaboração durante a fase de pré-construção e para ajudar os proprietários a gerenciar a manutenção e as garantias após a conclusão da obra. 7
O que é um gêmeo digital?
Um gêmeo digital replica sistemas ou objetos do mundo real em um ambiente digital para monitoramento ou simulação. Uma das principais aplicações dos gêmeos digitais é viabilizar simulações acessíveis e escaláveis em ambientes complexos.
A tecnologia de gêmeos digitais utiliza sensores de IoT, arquivos de registro e outras informações relevantes para coletar dados do mundo real e modelar com precisão os ativos reais. Esses modelos são então combinados com ferramentas de análise baseadas em IA em um ambiente virtual.
3 tipos de gêmeos digitais
Existem três tipos principais de gêmeos digitais:
- Gêmeos Digitais do Produto: Um protótipo digital idêntico a um objeto físico permite simular cenários para prever possíveis problemas e otimizar a qualidade do produto.
- Gêmeos de Processo: Os gêmeos digitais de processo, também conhecidos como gêmeos digitais de uma organização (DTO, na sigla em inglês), podem ajudar a projetar, planejar e aprimorar processos para obter os melhores resultados.
- Sistemas Gêmeos: Réplicas virtuais de sistemas obtêm informações geradas pelos sistemas para gerenciá-los e otimizá-los.
Por que os gêmeos digitais são importantes agora?
Os gêmeos digitais podem aprimorar os processos de tomada de decisão orientados por dados das empresas, uma vez que utilizam dados históricos e em tempo real para simular, diagnosticar e prever. As empresas aplicam a tecnologia de gêmeos digitais para monitorar as condições dos ativos e adaptar os sistemas para um desempenho ideal.
Segundo uma pesquisa, as organizações que implementam a IoT já utilizam gêmeos digitais (13%) ou planejam utilizá-los dentro de um ano (62%). 8 Os gêmeos digitais são úteis para o desenvolvimento de cidades inteligentes, espaços urbanos e dispositivos autônomos (AUT) .
Em um estudo de revisão, pesquisadores coletaram publicações acadêmicas que continham o termo "gêmeo digital" como palavra-chave durante um período de 5 anos. Entre esses artigos acadêmicos, os principais casos de uso de gêmeos digitais foram encontrados em espaços urbanos e cidades inteligentes.
Como funciona um gêmeo digital?
Esses ativos digitais podem ser criados mesmo antes da construção física de um ativo. Independentemente de quando for criado, o processo de criação de um gêmeo virtual possui etapas básicas:
- Pesquise o objeto físico ou sistema que será imitado.
- Integre sensores em ativos físicos ou monitore arquivos de registro e outras fontes para coletar dados de sensores.
- Todas essas informações coletadas são integradas ao modelo virtual por meio de algoritmos de IA.
- Ao aplicar análises a esses modelos, cientistas de dados e engenheiros obtêm informações relevantes sobre o ativo físico.
Essas etapas básicas necessárias para criar simulações de gêmeos digitais incluem tecnologias importantes que são componentes da quarta revolução industrial.
Quais são os benefícios dos gêmeos digitais?
Uma tendência crescente envolve o uso de gêmeos digitais para espelhar organizações inteiras e simular resultados de negócios:
- Redução dos custos de manutenção por meio da manutenção preditiva: os gêmeos digitais permitem que as empresas compreendam as possíveis causas de falhas, minimizando assim as atividades de manutenção que não agregam valor.
- Aumento da produtividade: a Gartner prevê que as empresas industriais poderão obter um aumento de 10% na eficácia por meio de gêmeos digitais. Isso se deve à redução do tempo de inatividade proporcionada pela manutenção preditiva e ao melhor desempenho obtido por meio da otimização.
- Tempos de produção mais rápidos: A IDC afirma que as empresas que investem em tecnologia de gêmeos digitais verão uma melhoria de 30% nos tempos de ciclo de processos críticos, incluindo linhas de produção.
A criação de um gêmeo digital de uma organização (DTO, na sigla em inglês) amplia o escopo tradicional ao replicar sistemas de toda a empresa. Os benefícios nessa área incluem:
- Melhores resultados para os negócios: Os gêmeos digitais permitem que as empresas sejam mais resilientes a choques graças às representações virtuais, o que pode se traduzir em relacionamentos mais duradouros com os clientes e maior lucratividade.
- Maior satisfação do cliente: Um gêmeo digital permite que os usuários compreendam melhor seus serviços, possíveis interrupções e as necessidades dos clientes. Como resultado, as empresas podem oferecer serviços melhores e mais consistentes, o que, em última análise, aprimora a experiência do cliente.
Dados em tempo real e IA em gêmeos digitais
Até 2026, os gêmeos digitais se tornarão mais dinâmicos. Eles não serão mais modelos estáticos. Eles serão atualizados continuamente usando dados em tempo real e inteligência artificial.
Integração de dados em tempo real
Os gêmeos digitais dependem de dados em tempo real provenientes de sensores, máquinas e sistemas de software. Esses dados mantêm o modelo digital alinhado com o ativo físico. Redes mais rápidas, como o 5G, reduzem os atrasos. Isso permite o monitoramento e o controle quase em tempo real em áreas como manufatura e sistemas de energia.
análise orientada por IA
A IA ajuda os gêmeos digitais a migrarem do monitoramento para a previsão e o suporte à decisão.
Os modelos preditivos detectam sinais precoces de falhas ou problemas de desempenho.
Os modelos generativos simulam possíveis estados futuros e opções de design.
As configurações multiagentes permitem que os gêmeos digitais atuem de forma independente e se coordenem com outros sistemas, mantendo o controle humano para decisões críticas.
Ecossistemas e interoperabilidade
Os gêmeos digitais operam cada vez mais dentro de ecossistemas compartilhados. Estruturas da indústria oferecem suporte a modelos de dados, interfaces e regras de segurança comuns. Isso facilita a conexão de gêmeos digitais entre ferramentas, fornecedores e domínios, além de reduzir os silos de sistemas.
Quais são as principais ferramentas de gêmeos digitais?
Esta é uma lista de fornecedores de gêmeos digitais, excluindo fornecedores de gêmeos digitais de organizações.
- Akselos
- Ansys Twin Builder
- Gêmeo Digital Autodesk
- Bosch IoT Suite
- Elementos de CONTATO para IoT
- Flutura Decision Science
- IoTIFY
- Oracle Nuvem de Monitoramento de Produção IoT
- Predix
- Construtor de Gêmeos Digitais ScaleOut
- Seebo
- Consultor Operacional do ThingWorx.
Conclusão
Os gêmeos digitais têm sido úteis para espelhar, monitorar e otimizar sistemas do mundo real virtualmente. De fábricas e cidades inteligentes à saúde e energia, esses casos de uso mostram como os gêmeos digitais podem impulsionar decisões baseadas em dados e melhorar o desempenho.
O sucesso dessas tecnologias, no entanto, depende de modelos precisos, integração de dados em tempo real e da combinação certa de tecnologias de IA. À medida que a adoção de gêmeos digitais cresce, seu valor dependerá de objetivos claros, design robusto e integração em estratégias digitais mais amplas.
Perguntas frequentes
A inteligência artificial (IA) e os gêmeos digitais se complementam.
Os gêmeos digitais fornecem ambientes simulados e seguros onde modelos de IA podem ser treinados e testados. Esses ambientes geram dados sem afetar os sistemas reais. Os engenheiros podem testar ideias e escolher os modelos com melhor desempenho antes de utilizá-los no mundo real.
A IA também fortalece os gêmeos digitais. Ela ajuda a processar grandes fluxos de dados e a prever comportamentos futuros. Com a IA, os gêmeos digitais podem prever falhas, apoiar o planejamento de manutenção e comparar opções de projeto rapidamente.
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