O uso de gêmeos digitais pode ser um fator importante para maximizar o desempenho e a flexibilidade das fábricas da Indústria 4.0. Open Platform Communications (OPC) é o padrão de interoperabilidade para a troca segura e confiável de dados em ambientes de automação industrial. O OPC foi expandido para incluir a arquitetura unificada (UA), padronizada como IEC 62541, que inclui a possibilidade de integração de gêmeos digitais de todos os dispositivos de uma fábrica, incluindo conectores.
Este FAQ começa com uma definição de gêmeos digitais e como eles podem ser integrados às fábricas da Indústria 4.0. Em seguida, analisa um exemplo de conector elétrico inteligente (SmEC) que traz funcionalidade de gêmeo digital para instalações industriais. Ele termina examinando brevemente como os dados do OPC UA PubSub e um shell de administração de ativos (AAS) na nuvem são usados para implementar o SmEC.
Um gêmeo digital é uma representação virtual de um objeto ou sistema físico. Ele integra todos os dados, modelos de simulação, testes e outras informações de um objeto físico gerado durante a engenharia, comissionamento, operação e serviço até o fim da vida útil. Um gêmeo digital não é uma representação genérica; ele está especificamente vinculado a um dispositivo individual, como um único conector, e rastreia seu design, produção e uso durante todo o seu ciclo de vida.
Os gêmeos digitais podem fornecer rastreamento e análise quase em tempo real de operações no chão de fábrica, até máquinas, sensores e componentes individuais, como conectores, e oferecem suporte a análises aprimoradas, flexibilidade de processos e maior qualidade.
Na Feira de Hannover 2023, junto com a Microsoft (provedor de serviços em nuvem), SAP (avaliação de software e dados) e Siemens (como usuário), a HARTING demonstrou um SmEC que aproveita OPC UA no conector físico, dados OPC UA Pub/Sub, e um AAS na nuvem para apoiar a integração como um gêmeo digital em uma fábrica virtual (Figura 1). O conector registra processos operacionais e dados de condição durante todo o seu ciclo de vida.
O status do conector é comunicado quase em tempo real usando OPC UA para o gêmeo digital na nuvem e pode ser usado para monitorar ativamente os processos de fábrica. A disponibilidade de dados de conexão, incluindo tensão e corrente, facilita o monitoramento do status da máquina conectada. Além disso, três estados do conector são monitorados:
- Unplugged
- Conectado e travado no lugar sem carga
- Conectado e travado no lugar sob carga
O gêmeo digital do conector inclui dados como o número de ciclos de acoplamento/desacoplamento e pode ser integrado a outros dados sobre o ambiente de fábrica, como temperatura e umidade ambiente, por meio do gêmeo digital de fábrica. Essas informações podem ser utilizadas para programar manutenções preventivas, evitando paradas e aumentando a produtividade.
Comunicação do Pub/Sub
O protocolo de comunicação Pub/Sub no OPC UA não é baseado em uma estrutura cliente-servidor. Os clientes OPC UA que oferecem suporte ao Pub/Sub podem ser um Publicador que envia dados ou um Assinante que recebe dados. O sistema deve incluir um “corretor” que possa receber dados dos editores e entregar dados aos assinantes (Figura 2). Em aplicações como fábricas da Indústria 4.0 com grande número de editores e assinantes, o Pub/Sub é muito mais eficiente do que a conectividade direta entre remetente e destinatário. OPC UA Pub/Sub é independente de transporte e pode ser transportado por protocolo de datagrama de usuário (UDP) ou transporte de telemetria de enfileiramento de mensagens (MQTT), dependendo dos requisitos da aplicação.
Shells de administração de ativos
A Industrial Digital Twin Association (IDTA), desenvolvedora do AAS, está atualmente padronizando a especificação AAS como parte da IEC 62378. O AAS é o elemento-chave que apoia o desenvolvimento de um gêmeo digital de conector. A demonstração na Feira de Hannover mostrou como o conteúdo é acumulado na AAS. Primeiro, o fabricante do conector fornece ao AAC do SmEC dados básicos de fabricação e, neste caso, aproveita o sistema NX CAD do projeto à fabricação da Siemens. Na próxima etapa, o conector é instalado em uma máquina específica. Finalmente, a máquina é instalada em uma fábrica. O SmEC envia ao gêmeo digital seu número de série e outros dados de identificação, status de conectividade, medições de potência aplicada e identificação do soquete correspondente. Na demonstração, os dados foram enviados para a nuvem Microsoft Azure, onde os serviços Azure Digital Twin e Azure Data Explorer foram utilizados para análise.
Resumo
Os dados OPC UA Pub/Sub podem ser enviados de um conector com um AAS integrado para dar suporte à implementação do gêmeo digital do conector em uma fábrica da Indústria 4.0. O gêmeo digital reside na nuvem e pode ser usado para oferecer suporte a análises quase em tempo real, agendar manutenção preventiva e fornecer as informações necessárias para a melhoria contínua dos processos.
Referências
Associação de gêmeos digitais industriais
Interoperabilidade Industrial com OPC UA e AAS, OPC Foundation
Conector elétrico inteligente, Harting
The Asset Administration Shell: Implementando gêmeos digitais para uso na Indústria 4.0, Plataforma Indústria 4.0
Casos de uso para métodos OPC UA, Pub/Sub e especificações complementares, OPC Foundation