Gémeos Digitais: revolução na simulação e otimização

A tecnologia dos Gémeos Digitais (Digital Twins) está a transformar a forma como as empresas planeiam, produzem e otimizam os seus sistemas. Ao criar réplicas virtuais altamente precisas de produtos, processos e recursos físicos, é possível simular cenários, prever falhas, reduzir custos e aumentar a eficiência.

Keywords – Gémeo Digital, Otimização, Robótica, Simulação.

Introdução

A crescente complexidade dos sistemas industriais, aliada à procura constante por maior eficiência, flexibilidade e sustentabilidade, tem impulsionado a adoção de tecnologias digitais avançadas no setor produtivo. Entre essas tecnologias emergentes, os Digital Twins (DTs) destacam-se como uma das mais impactantes. Inicialmente desenvolvidos na indústria aeroespacial, os Gémeos Digitais rapidamente se expandiram para diversas áreas – da saúde à engenharia civil – e, mais recentemente, assumiram um papel de destaque na indústria transformadora e na robótica industrial.

Um Gémeo Digital é uma representação virtual dinâmica de um objeto, processo ou sistema físico, continuamente atualizado com dados do mundo real. Esta ligação bidirecional entre o físico e o digital permite não apenas visualizar e monitorizar operações em tempo real, mas também simular cenários futuros, prever falhas, testar alterações e otimizar o desempenho [6]. Assim, os Gémeos Digitais possibilitam uma gestão inteligente e baseada em dados, potenciando decisões mais rápidas, informadas e com menor margem de erro.

A aplicação desta tecnologia na robótica industrial tem vindo a revelar-se particularmente vantajosa. Através da criação de réplicas digitais de células robotizadas, equipamentos e layouts de produção, é possível antecipar comportamentos, testar interações entre componentes, e até treinar algoritmos de inteligência artificial em ambientes virtuais seguros e controlados. Isto contribui para a redução de custos operacionais, aumento da produtividade e melhoria da qualidade, pilares fundamentais da Indústria 4.0 [2].

De acordo com Kritzinger [5], a aplicação dos Digital Twins no setor industrial pode ser classificada em cinco áreas principais: modelação, simulação, monitorização, controlo e otimização. Esta categorização demonstra a versatilidade e o alcance desta tecnologia, reforçando o seu papel como ferramenta transversal para a melhoria contínua dos sistemas de produção.

Além disso, a integração dos Gémeos Digitais com sistemas de simulação avançada e análise de dados em tempo real permite a monitorização contínua dos processos industriais, promovendo ajustes automáticos e manutenção preditiva. Esta evolução tecnológica alinha-se com a tendência para fábricas inteligentes (smart factories), altamente conetadas, resilientes e capazes de se adaptar rapidamente às exigências do mercado.

Neste artigo, exploramos como os Gémeos Digitais estão a revolucionar os produtos, processos e sistemas industriais, com especial enfoque na robótica, no desenho e otimização de layouts produtivos e na gestão de recursos. Abordamos também as potencialidades desta tecnologia no contexto nacional e internacional, com o objetivo de mostrar como a digitalização pode impulsionar a inovação e a competitividade das indústrias portuguesas.

Robótica industrial, produtos e processos

A robótica industrial tem evoluído significativamente nas últimas décadas, acompanhando a transição para a Indústria 4.0, marcada pela digitalização, automação inteligente e conetividade em tempo real. Neste novo paradigma, os Gémeos Digitais surgem como uma tecnologia de suporte essencial, ao permitirem o desenvolvimento de modelos virtuais detalhados de equipamentos robóticos, processos produtivos e sistemas completos de fabrico. A criação de um ambiente de simulação de um robot ou de uma célula de produção permite que investigadores, engenheiros e operadores simulem operações, testem alterações e façam otimizações antes de implementações físicas, o que se traduz numa redução significativa de custos e riscos. Este processo de validação virtual é particularmente útil no desenho de novos produtos e linhas de montagem, onde alterações estruturais ou lógicas podem ser avaliadas em ambiente digital ou de simulação [7].

Além disso, a robótica industrial moderna não se limita à execução de tarefas repetitivas, os robôs atuais são cada vez mais autónomos, colaborativos e adaptáveis. Estas caraterísticas exigem níveis elevados de integração com sistemas digitais e uma abordagem baseada em dados, o que torna o conceito de Gémeo Digital ainda mais relevante. Por exemplo, num sistema de manufatura inteligente, o Gémeo Digital de um robot pode receber dados em tempo real, ajustar os seus parâmetros operacionais e comunicar com outros elementos da cadeia de produção – criando um ecossistema produtivo interligado e autossuficiente [4].

A modelação digital de produtos também beneficia da utilização de Gémeos Digitais durante o ciclo de vida do produto – desde a sua conceção até à sua utilização pelo cliente final – é possível simular o desempenho mecânico, térmico ou estrutural do objeto, prever falhas e planear manutenções. Em muitos casos, os produtos físicos incorporam sensores que alimentam continuamente o seu Gémeo Digital, permitindo ajustes mesmo após a produção. Esta prática é já comum em indústrias como a automóvel e a aeroespacial.

Gonçalo Garganta
Infinite Foundry

Henrique Piqueiro
Instituto de Engenharia de Sistemas e Computadores, Tecnologia e Ciência – INESC TEC

Paulo M. Rebelo
Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro (UTAD) – Escola de Ciências e Tecnologia – Departamento de Engenharias

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• Artigo “O que são gémeos digitais e porque são importantes?” da edição 136 da revista Robótica;
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