Seis blocos de construção de gêmeos digitais que as empresas precisam – e como a IA se encaixa

Os gêmeos digitais, emergentes em organizações de todos os tipos, estão prontos para uma transformação tecnológica. Estas representações digitais de instalações físicas ou objetos nos quais os usuários podem simular resultados e experimentar novas ideias têm sido especialmente proeminentes no setor manufatureiro e até mesmo chamadas de “metaverso industrial”.

Agora, os gémeos digitais estão a receber um impulso da inteligência artificial (IA), prometendo ainda maior inteligência preditiva, facilidade de utilização e abrindo possibilidades a uma vasta gama de indústrias. Além disso, interfaces emergentes, como realidade estendida (XR), realidade virtual (VR) e realidade aumentada (AR), prenunciam uma exploração ainda mais profunda dos sistemas que alimentam as empresas.

A IA generativa (GenAI), em particular, agora oferece IA baseada em texto e conversacional para esforços de gêmeos digitais, ajudando os usuários a montar e implantar essas tecnologias em semanas ou dias, afirma um relatório da McKinsey de 2024.

“Muitas organizações estão implementando separadamente gêmeos digitais e IA generativa – duas tecnologias com propostas de valor distintas e tremendamente promissoras – para apoiar uma ampla gama de casos de uso”, observam os coautores da McKinsey, liderados por Alex Cosmas e Guilherme Cruz.

A IA acelera o processo de concepção e construção de gêmeos digitais. “Construir um gêmeo digital, especialmente para aplicações altamente especializadas – como programação de produção multimáquinas ou roteamento de veículos – pode ser demorado e consumir muitos recursos”, observam os analistas da McKinsey. “O esforço muitas vezes envolve projetar e desenvolver novos modelos de gêmeos digitais, um processo que pode levar seis meses ou mais e incorrer em custos substanciais de mão de obra, computação e servidores”.

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A inclusão do GenAI com gêmeos digitais permite a criação rápida de código e também abre vastos estoques de informações, disse Pascal Brosset, líder global de produção e operações da Accenture Industry X, à ZDNET. “Isso permite que o gêmeo acesse os vastos repositórios de dados não estruturados disponíveis nas intranets das empresas e dê às pessoas acesso às informações estruturadas resultantes em linguagem natural”. Por outro lado, também podem ser construídos gémeos digitais de sistemas de IA, permitindo aos utilizadores ajustar os seus modelos.

Juntando as peças

A integração de modelos de IA é o mais recente impulso ao poder dos gêmeos digitais. Mas os gêmeos digitais exigem uma base multicamadas que se estende desde objetos físicos reais, conectados para fornecer dados, até armazenamentos de dados e interfaces de usuário final. A base das implementações de gêmeos digitais incorpora os seguintes componentes básicos.

1. Ativos físicos

Os ativos físicos consistem nos ambientes ou componentes que serão replicados digitalmente. Estes podem variar desde instalações inteiras até peças individuais de máquinas.

2. Ativos de dados

A camada de dados é onde os dados são obtidos, armazenados e transformados para entrega ao aplicativo gêmeo digital. É importante que essa base de dados seja construída sobre “os dados mais relevantes e de alta qualidade possíveis”, disse Naveen Rao, vice-presidente de IA da Databricks, à ZDNET. “Esses dados podem assumir vários formatos, por isso é importante que sua plataforma de dados suporte muitos tipos de dados – estruturados, não estruturados, em tempo real e em lote. Idealmente, esses dados também residem em um formato de alto desempenho, para que possam ser eficientemente usado a jusante para treinar modelos e ser usado para análise.”

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Isto inclui “um modelo que representa algum sistema físico em sua essência”, disse Rao. “Esses modelos permitem análises preditivas, ajudam a otimizar sistemas e influenciam decisões de negócios importantes. Para manter esses modelos tão precisos quanto possível, as organizações precisam acompanhar a experimentação de seus modelos, desde os dados brutos até a implantação e em todos os estágios da evolução do modelo.”

É importante ressaltar que antes da seleção de tecnologias para um gêmeo digital, “as organizações precisam ter a filosofia certa em vigor para todo o seu conjunto de dados”, disse Simon Bennett, diretor de inovação e incubação da Aveva, à ZDNET.

“Quais dados eles armazenam? Quanto disso é essencial para o funcionamento do negócio? Os dados representam consistentemente o mundo real? Quem é o proprietário dos dados? A propriedade intelectual está trancada nos dados? Está atualizada? É gerenciada e cuidada? Uma estratégia clara e bem financiada para a gestão de dados é a base necessária para iniciar a jornada para um gêmeo digital. Indiscutivelmente, a seleção de tecnologias é consideravelmente mais fácil de organizar.” – Simon Bennet

3. A Internet das Coisas (IoT)

Os gémeos digitais representam normalmente ambientes complexos e, portanto, dependem de dados recolhidos, de preferência em tempo real, de todos os pontos e processos-chave. Estes podem incluir essênciaeu IoTtecnologias como “sensores, 5G, cobots, realidade aumentada, realidade virtual, simulação e análise de relatórios GenAI”, disse Ryan Hamze, consultor principal do ISG, à ZDNET.

Os sensores IoT “são a base dos gêmeos digitais”, concorda Logan Mallory, vice-presidente de marketing da Motivosity. “Esses sensores coletam dados em tempo real de ativos reais, fornecendo as informações necessárias para reproduções digitais precisas. Por exemplo, em um ambiente de fabricação, os sensores IoT em máquinas monitoram temperatura, vibração e seu status operacional, enviando dados contínuos para o gêmeo digital .”

4. Interface do usuário e experiência do usuário

Um dos aspectos mais atraentes da adoção de gêmeos digitais é o uso de ferramentas de visualização – empregando XR ou VR – que permitem aos usuários entrar (virtualmente) nas instalações de reinos digitais para realizar simulações, fazer apuração de fatos e até mesmo reparar sistemas. .

“Essas tecnologias fornecem visualizações imersivas que ajudam as partes interessadas a interagir com gêmeos digitais de maneiras mais intuitivas e impactantes”, disse Jen Mowery, M.Ed., instrutora de metodologias ágeis e gerenciamento de projetos na Universidade de Ciência e Tecnologia de Harrisburg, à ZDNET. “Em setores como manufatura avançada e futuro da saúde, XR e VR permitem simulações detalhadas e aplicações de treinamento, enquanto em mobilidade e agricultura avançada facilitam o design, o planejamento e a tomada de decisões em tempo real.”

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No entanto, a integração de XR e VR no mundo dos gêmeos digitais ainda está nos estágios iniciais e “é usada apenas em casos muito especiais”, disse Brosset da Accenture Industry X. “A exigência de qualidade e dados 3D constantemente atualizados é um grande obstáculo para uma adoção mais geral.”

Nos últimos cinco anos, “vimos um aumento no uso de XR e VR, mas seu alto custo contribui para o atraso na adoção”, acrescentou Hamze. “No entanto, eles provaram ser muito mais econômicos do que as abordagens tradicionais no longo prazo em suas principais áreas de uso, que são manutenção preditiva, treinamento e simulação em ambientes digitais. Esperamos ver um aumento em XR, VR , e implementações de AR, especialmente com GenAI sendo integrado a essas soluções.”

5. Governança e supervisão

A governação e a linhagem também são essenciais para garantir que os esforços dos gémeos digitais estão a concretizar os seus investimentos. “As organizações precisam de um forte conhecimento sobre como governar tanto os dados quanto o treinamento dos modelos de IA nesses dados”, disse Rao. “Uma solução de governação forte deve ser capaz de proporcionar acesso refinado a todo o pipeline do modelo, mas ser suficientemente simples de gerir para não abrandar a velocidade de desenvolvimento. Também é necessário que haja um quadro para correlacionar os resultados do modelo contra os resultados do sistema real.”

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Também é importante envolver especialistas de domínio em todo o ciclo de vida do gêmeo digital, disse Manfred Kügel, cientista de dados e consultor da indústria de IoT do SAS, à ZDNET. “Esses especialistas normalmente têm muitas ideias sobre como construir gêmeos digitais para aumentar a eficiência. Eles sabem como implementar melhor os gêmeos digitais para obter o máximo ganho. E quando um gêmeo digital está em execução, os especialistas do domínio reconhecem quando ele precisa ser treinado novamente. Envolvendo especialistas do domínio na construção, implementação e gestão de um gêmeo digital também ajudará a garantir uma adoção mais tranquila e melhores resultados.”

6. Infraestrutura

Os blocos de construção tecnológicos para gêmeos digitais agora estão todos disponíveis na nuvem. Os serviços baseados em nuvem “fornecem acesso a hardware de ponta, como as mais recentes GPUs, redes e armazenamento de dados”, disse Rao.

Ao mesmo tempo, “algumas organizações ainda podem exigir tecnologia local para casos de uso específicos que exigem maior segurança ou têm problemas de latência”, observou Mowery. “Defendemos uma abordagem híbrida que combine os pontos fortes das soluções em nuvem e locais para atender a diversas necessidades.”

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Além disso, “comunicações rápidas são essenciais”, disse Tim Rawlins, consultor sênior e diretor do Grupo NCC, à ZDNET. “O uso de redes 5G públicas e privadas é cada vez mais comum, enquanto a mudança para a computação de ponta e redes 6G deve aumentar significativamente as velocidades de transferência de dados e reduzir a latência, apoiando assim uma modelagem mais eficaz”.

Casos de uso

Embora a indústria esteja vendo uma forte adoção da tecnologia de gêmeos digitais, seu alcance ultrapassa as fronteiras da indústria. “Ambientes tão diversos quanto o planejamento urbano – onde os gêmeos digitais combinam planos arquitetônicos, sistemas de gerenciamento de informações prediais, fluxos de tráfego de pedestres e veículos, qualidade do ar, uso de energia, padrões climáticos, serviços urbanos e de emergência e visualização de desenvolvimento – para ajudar a envolver as comunidades em o que a cidade pode se tornar”, disse Rawlins.

Na fabricação avançada, “os gêmeos digitais permitem a simulação e a otimização dos processos de produção, levando ao aumento da eficiência e à redução do tempo de inatividade”, disse Mowery. “No setor da mobilidade, os gémeos digitais estão a revolucionar o design e a manutenção dos veículos através da monitorização em tempo real e da análise preditiva. Os futuros da saúde também estão a beneficiar dos gémeos digitais na medicina personalizada e no atendimento ao paciente, onde as réplicas virtuais de órgãos e sistemas melhoram o diagnóstico e o planeamento do tratamento Além disso, a agricultura avançada está a aproveitar os gémeos digitais para otimizar a gestão das culturas e melhorar a sustentabilidade.”

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A tecnologia de gêmeo digital também provou ser uma ferramenta valiosa na fabricação de processos, como empresas de petróleo e gás ou químicas, disse Brosset. “Seus sofisticados sistemas de controle de fábrica são gêmeos digitais de fato, que podem ser facilmente estendidos com IA e lógicas de otimização de aprendizado de máquina. As empresas de alimentos e bebidas, cujos processos contínuos se prestam a otimizações semelhantes, estão se recuperando rapidamente porque estão sob extrema pressão para reduzir custos e tornar-se mais flexível.”