Como a SpiraTec está redefinindo a manufatura com comissionamento aberto e inovação colaborativa

Autores: Michael Kasseckert (Gerente de equipe e contas), Viktor Gaponenko (Engenheiro profissional sênior) e Moritz Langer (Engenheiro profissional).

Grupo SpiraTec é um jogador global em engenharia industrial e soluções na indústria de processos, especializado em transformação digital, engenharia, robótica, automação e TI industrial. A experiência da SpiraTec em comissionamento virtual ajuda os fabricantes a otimizar processos, reduzir custos e acelerar a digitalização em todo o mundo.

No artigo, descubra como a SpiraTec está ajudando os clientes a enfrentar os principais desafios da indústria e a jornada por trás do ‘Comissionamento Aberto’ – uma iniciativa de código aberto construída sobre Unity que visa criar uma solução verdadeiramente colaborativa e acessível para o comissionamento virtual.

À medida que as indústrias aceleram sua transformação digital, os fabricantes enfrentam uma pressão crescente para levar produtos ao mercado mais rapidamente, reduzir custos e atender às metas de sustentabilidade – tudo isso enquanto lutam com dados fragmentados, metodologias desatualizadas e padronização limitada. Esses desafios exigem soluções mais inteligentes e integradas — e é aqui que os gêmeos digitais e o comissionamento virtual entram em cena.

O mercado global de gêmeos digitais está vendo um aumento na demanda: avaliado em $17,73 bilhões em 2024, projetado para crescer de $24,48 bilhões em 2025 para $259,32 bilhões em 2032. De acordo com o relatório de gêmeos digitais do Capgemini Research Institute relatório, 57% das organizações citam a sustentabilidade como um fator chave para investimentos em gêmeos digitais, com 51% esperando que essas tecnologias os ajudem a atingir metas ambientais.

O comissionamento virtual — uma aplicação chave da tecnologia de gêmeos digitais — é um divisor de águas para a digitalização, permitindo que os fabricantes simulem e otimizem processos antes da implementação no mundo real, reduzindo assim o consumo de recursos e os custos.

Entendendo o comissionamento virtual

Tradicionalmente, o comissionamento em automação refere-se ao processo de colocar um novo sistema (dispositivo, máquina, planta etc.) em um estado totalmente operacional e pronto para produção. No passado, isso significava que a maioria da programação de PLC (Controlador Lógico Programável) e testes de sistema exigiam que o hardware físico estivesse no lugar, resultando frequentemente em atrasos custosos e resolução de problemas de última hora.

O comissionamento virtual inverte esse paradigma e replica todo o processo de comissionamento em um ambiente digital. Em vez de se comunicar com dispositivos reais, sensores e atuadores, o PLC se comunica com um gêmeo digital – um modelo emulado que reflete com precisão o comportamento do sistema real. Crucialmente, o mesmo código de programa PLC é usado tanto para as etapas virtuais quanto físicas, garantindo uma transição suave sem necessidade de modificações no código ou reescritas de última hora uma vez que o hardware físico esteja disponível.

Como a comissionamento virtual entrega valor no mundo real

Ganhos de eficiência A comissionamento virtual reduz significativamente os testes no local e a necessidade de protótipos físicos, resultando em economias significativas de tempo e custo. Isso também acelera os ciclos de desenvolvimento, permitindo que as equipes iterem rapidamente em um ambiente digital, reduzindo o tempo de lançamento no mercado.

Redução de riscos Ao detectar erros precocemente por meio de simulações, a comissionamento virtual reduz o risco de erros custosos. Além disso, apoia implantações mais seguras, permitindo que as equipes simulem digitalmente tarefas perigosas, eliminando riscos potenciais antes da implementação física.

Colaboração e inovação Simulações realistas promovem um melhor alinhamento entre equipes multifuncionais. Ao visualizar e interagir com sistemas em um espaço virtual, as partes interessadas ganham insights mais profundos e melhoram a comunicação geral, estimulando a criatividade e a inovação.

De restrições a capacidades: Nossa transição para Unity

Na SpiraTec, sempre fomos movidos por um único objetivo: ajudar nossos clientes a integrar perfeitamente a comissionamento virtual em suas operações. Enfrentamos sistemas fechados com extensibilidade limitada, pequenas comunidades de usuários e interfaces de programação de aplicativos (APIs) mínimas — condições que fomentaram o bloqueio de fornecedores e aumentaram os riscos do projeto.

Em vez de nos permitir inovar, essas limitações muitas vezes nos atrasaram e deixaram nossos clientes sem as soluções acessíveis e escaláveis de que precisavam.

Entrou o Unity, o motor 3D em tempo real que se tornou a chave para superar nossos maiores obstáculos. Ao desbloquear o poder do editor do Unity, não apenas ganhamos capacidades de física e renderização de última geração, mas também transformamos fundamentalmente toda a nossa abordagem ao desenvolvimento de modelos de gêmeos digitais.

As seguintes tecnologias e recursos dentro do Unity nos ajudaram a resolver vários problemas e moldaram nosso processo de desenvolvimento de gêmeos digitais:

• sistema Prefab: Nos permite adotar uma abordagem orientada a objetos para a criação de gêmeos digitais que utiliza uma biblioteca reutilizável de componentes. Isso acelera muito o desenvolvimento, mantendo a qualidade consistente em diferentes projetos.
• Pixyz: Permite importar perfeitamente dados de Design Assistido por Computador (CAD) e configurar um fluxo de trabalho baseado em regras para criar gêmeos digitais com base em metadados específicos e padrões do cliente.
• Kit de Ferramentas de Interface do Usuário (UI): Permite a criação e aprimoramento de conteúdo de UI para o editor e tempo de execução, proporcionando uma experiência de usuário mais suave para ferramentas e interfaces personalizadas.
• Job System: Um verdadeiro avanço para nós, permitindo simulações multi-threaded eficientes de processos complexos – como fluxo de fluidos, movimentação de materiais a granel e modelagem de estresse – e projetos de gêmeos digitais em grande escala.

Analisador e Profiler de Armazenamento: Forneceu insights detalhados sobre gargalos de desempenho, permitindo-nos otimizar e melhorar a qualidade do projeto antes da implantação, entregando soluções mais confiáveis aos nossos clientes.

Dentro de um gêmeo digital em grande escala: Comissionamento de armazém reimaginado

Temos orgulho de apresentar uma história de sucesso do mundo real com a simulação de armazém de uma empresa líder em logística, onde integramos 12 PLCs virtuais em um ambiente totalmente digital. O modelo apresentava emulação de barramento de campo e simulação de componentes industriais, como acionamentos, módulos de segurança e leitores de RFID. Para melhorar a usabilidade, uma interface de usuário personalizada foi desenvolvida, entregando um aplicativo .exe autônomo leve e poderoso otimizado para simulações em grande escala.

Além disso, o sistema foi integrado perfeitamente com o sistema de gerenciamento de armazém (WMS), permitindo comunicação nativa de telegrama para gerenciamento de dados de produtos em tempo real em um ambiente virtual seguro. Isso garantiu uma validação abrangente do software antes mesmo da máquina física existir, melhorando significativamente a qualidade e reduzindo o risco de implantação.

Esta iniciativa reduziu seu tempo de comissionamento em 30%, acelerando significativamente os cronogramas dos projetos enquanto reduz custos e riscos. Além dos ganhos de eficiência, também melhorou a colaboração entre departamentos, permitindo um desenvolvimento iterativo econômico e uma validação mais rápida de provas de conceito.

Além da Eficiência: Impulsionando a sustentabilidade por meio da simulação

A conversa em torno do comissionamento virtual muitas vezes se concentra na redução dos tempos de comissionamento e na melhoria da colaboração – mas esses benefícios também se traduzem diretamente em valor comercial tangível, especialmente quando se trata de sustentabilidade.

Já começamos a colaborar com clientes para expandir o uso de Digital Twins ao longo dos ciclos de vida dos produtos subsequentes, e o potencial para acelerar a sustentabilidade e a economia de custos é imenso. Ao simplificar processos e aproveitar simulações de alta fidelidade, as empresas podem:

• Estender a vida útil do equipamento: Usando algoritmos de manutenção preditiva treinados em dados simulados, as organizações minimizam o desgaste, adiando substituições e reparos dispendiosos. Menos quebras reduzem diretamente os custos de manutenção e diminuem o tempo de inatividade não planejado.
• Reduzir o consumo de recursos: Ao validar a lógica de controle e os fluxos de trabalho em um ambiente virtual, as equipes podem identificar lacunas de eficiência que levam à redução do uso de energia e minimização do desperdício de material. Essas melhorias não apenas ajudam a atingir metas ambientais, mas também reduzem os custos operacionais.
• Acelerar o tempo de lançamento no mercado: O comissionamento virtual minimiza a necessidade de protótipos físicos e testes prolongados no local. Como resultado, as empresas podem lançar produtos mais rapidamente, capturar participação de mercado mais cedo e perceber um retorno mais rápido sobre os investimentos em P&D.

Reduzido espaço físico no local: Menos visitas de resolução de problemas e tempos de instalação mais curtos reduzem as emissões e despesas relacionadas a viagens. Esse benefício escala significativamente para organizações com várias instalações globais.

Moldando o futuro juntos: Uma iniciativa impulsionada pela comunidade

A colaboração e a abertura impulsionarão os maiores avanços da comissionamento virtual à medida que continua a evoluir. Com o Open Commissioning, não estamos apenas compartilhando ferramentas, estamos construindo um ecossistema impulsionado pela comunidade onde ideias inovadoras podem ser refinadas, testadas e aplicadas para resolver desafios do mundo real.

Os desenvolvimentos mais empolgantes ainda estão por vir. Nossa próxima evolução envolve integrar IA generativa e simulação em tempo real na nuvem, estabelecer padrões de dados e expandir a conectividade industrial. Explore o progresso no GitHub e faça parte da inovação.

O futuro da manufatura é colaborativo, orientado por dados e sustentável. Convidamos você a se juntar a nós nesta jornada, e juntos criaremos um cenário industrial mais inteligente e sustentável.

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