Gêmeo Digital para Linhas de Produção: Lições dos Principais Fabricantes Elétricos

Considere o seguinte: você está prestes a iniciar um novo processo de produção de disjuntores. Antes que qualquer máquina possa começar a soldar ou os cabos comecem a ser conectados, você poderia ver todo o processo acontecendo na tela. Você o veria desde o momento em que as matérias-primas são introduzidas, alimentadas na máquina, até o produto final ser transferido para os embaladores. Você identificaria a estação gargalo, modificaria a configuração da linha de produção e testaria seu programa PLC com diferentes produtos antes de montar o dispositivo. Imagine quanto tempo, dinheiro e esforço você economizaria! É isso que a tecnologia digital twin oferece à indústria manufatureira. O digital twin é uma representação virtual de um produto, dispositivo ou linha criada com a ajuda de produtos de software. Ele tem a capacidade de se conectar com seu equivalente real através da transmissão de dados.

Algumas empresas como Siemens, Schneider Electric, ABB e Eaton já introduziram tecnologias twin e compartilharam seus resultados: redução do tempo de produção, colocação mais rápida no mercado, redução do tempo de movimentação de materiais em quase 40%, redução do tempo de comissionamento em 80% e redução do lead time pela metade. Este guia ajudará a explicar o conceito do digital twin conforme se aplica à indústria manufatureira, quais empresas utilizam essa tecnologia e como ela pode ser benéfica para empresas pequenas e médias que desejam implementar linhas de montagem automatizadas e testes.

Em termos simples, um digital twin pode ser definido como um modelo online de um produto, máquina, linha de produção ou planta manufatureira que está vinculado a dados reais e pode imitar o desempenho de um objeto da vida real. A tecnologia é utilizada por empresas para fins de simulação e teste de processos antes do início da produção (comissionamento virtual), revelando quaisquer gargalos, prevendo necessidades de manutenção e confirmando alterações no produto. Segundo Siemens, Schneider Electric e ABB, adotar essa tecnologia permite uma redução do tempo para o mercado em mais de 40%, consumo de energia em 32% e tempo de comissionamento em até 80%.

O Que É um Digital Twin? Como os Fabricantes o Entendem

O que exatamente é um digital twin? Refere-se à representação virtual de um objeto físico ou processo que compreende suas características e especificações. As três características a seguir ajudam a diferenciar um digital twin de um modelo CAD padrão e/ou técnica de modelagem genérica.

• Primeiramente, um digital twin modela processos em vez de geometria. Isso significa que um digital twin pode acompanhar o movimento do circuito, calcular o tempo necessário para realizar uma medição ou descobrir o que acontece com uma peça defeituosa.
• Em segundo lugar, um digital twin recebe dados em tempo real. Os dados de um sensor, sistema PLC, MES e informações relativas à qualidade são transferidos para um modelo digital a partir das informações obtidas do sistema real.
• Por fim, um gêmeo digital serve para tomar decisões informadas. Simplificando, um engenheiro faz ao gêmeo digital uma série de perguntas do tipo “e se” e seleciona uma resposta que faça sentido em relação à produção.

A tecnologia moderna de gêmeos digitais unifica software de modelagem 3D, software de simulação física e lógica, IoT industrial e o uso de inteligência artificial. Para esse propósito, podemos mencionar várias empresas, como Siemens (NX, Tecnomatix Process Simulate e Plant Simulation), ABB (RobotStudio), Dassault Systèmes, Rockwell Automation e NVIDIA (Omniverse).

As Três Camadas de um Gêmeo Digital de Manufatura

Quando se trata de uma fábrica, pode ser útil pensar no gêmeo digital de manufatura como composto por três camadas diferentes. A Siemens e outros fornecedores aplicam tipos semelhantes de estrutura.

O benefício real vem da ligação entre as três camadas, onde uma mudança no gêmeo do produto causa uma atualização do gêmeo do processo e as informações de desempenho da linha são retroalimentadas para eles.

Os Quatro Tipos de Gêmeos Digitais por Escala

Um método mais comumente usado para classificar gêmeos digitais pode ser baseado em seu tamanho.

• Gêmeo de componente refere-se a uma unidade como uma lâmina bimetálica, mola ou contato.
• Gêmeo de ativo trata de uma máquina ou dispositivo completo.
• Gêmeo de sistema envolve várias unidades trabalhando juntas, como em uma linha de montagem de MCB.
• Gêmeo de processo significa toda a linha do processo de produção junto com logística, planejamento e fornecimento de energia.

Normalmente, os fabricantes começam com o uso de gêmeos de sistema ou de ativo, pois são os tipos de gêmeos mais fáceis de trabalhar.

Como os Principais Fabricantes Elétricos Usam Gêmeos Digitais

Exemplos de fábricas com gêmeos digitais são mais vistos na produção de equipamentos elétricos e de automação, onde as empresas demonstram seu sucesso citando suas próprias fábricas como exemplos. Você pode usar os dados retirados dos sites de várias empresas.

Siemens: Do gêmeo digital do produto ao gêmeo digital da fábrica

Erlangen, Alemanha – fluxos de materiais e operações de veículos guiados automatizados (AGV). A fábrica de eletrônicos Siemens Erlangen está produzindo conversores de frequência SINAMICS. Usando os programas Tecnomatix Plant Simulator e Process Simulate, os engenheiros agora podem acompanhar como os AGVs operam no chão de fábrica e transportam materiais, resultando em uma redução de quase 40% na taxa de circulação de materiais por meio de simulações de processo no gêmeo digital em vez de no chão de produção. Além disso, a Siemens utiliza os gêmeos digitais de robôs, contêineres e peças para treinar sistemas de IA a usar robôs simulados para manuseio de materiais, em vez de programar manualmente cada robô para cada peça. Ao usar tanto TI quanto TO, bem como IA industrial, a Siemens conseguiu aumentar a produtividade em 69% em quatro anos e reduzir o consumo de energia em 42%.

Segundo a Siemens, a razão pela qual a empresa conseguiu atingir o tempo de ciclo de produção alvo de cerca de oito segundos é a criação do seu gêmeo digital. A planta da Siemens em Chengdu, na China, foi criada como um gêmeo digital da fábrica em Amberg para realizar os mesmos processos em uma região diferente.

Nanjing, China – uma fábrica virtualmente existente. A fábrica de Controle Numérico da Siemens localizada em Nanjing é especializada na produção de máquinas CNC, acionamentos e motores. Antes de ser construída, toda a instalação de fabricação foi projetada e testada primeiro no espaço virtual. A fábrica agora tem 73.000 m² e está envolvida em mais de 50 operações impulsionadas por IA. A partir de 2022, a eficiência das operações aumentou em 78%, enquanto as falhas foram reduzidas em 46%. A fábrica foi nomeada Global Lighthouse pelo Conselho do Fórum Econômico Mundial (WEF) em janeiro de 2026.

Schneider Electric: Gêmeos Digitais para Energia, Operações e Velocidade

A aplicação da tecnologia de gêmeos digitais na plataforma EcoStruxure permitiu que a Schneider Electric conectasse suas plantas às suas soluções de energia e TI, equipando suas fábricas inteligentes com ferramentas de expansão exclusivas. A empresa usa gêmeos digitais em muitas instalações de fabricação, levando a grandes benefícios:

Wuxi, China – a aplicação de gêmeos digitais levou a uma economia de 32% nos custos de aquecimento e ventilação. Os desenvolvimentos mais recentes usados pela empresa com a ajuda do 5G, que possibilitou o desempenho dos robôs, resultaram em um crescimento de 30% nas entregas pontuais e uma redução de 25% no tempo de lançamento no mercado nesta fábrica.

Le Vaudreuil, França – um dos primeiros Lighthouses que fornece o aplicativo EcoStruxure Augmented Operator Advisor, que envolve tecnologias de AR, consumo de energia e manutenção preditiva. Esse lighthouse permitiu economizar 25% de energia e reduzir as emissões em 25%.

Lexington, EUA – o uso de IoTs e análises preditivas permite receber dados em tempo real e possibilita diminuir o consumo de energia em 26%.

Shanghai, China – a fábrica implementou tecnologias de aprendizado de máquina em engenharia e GENAIC que ajudaram a reduzir o período de entrega dos pedidos em 67%, bem como aumentar a produtividade em 82%

Em todos os casos, a Schneider Electric declara economias entre 10% e 30% no consumo de energia e redução dos custos de manutenção entre 30% e 50%. Além disso, o exemplo de Xangai é muito ilustrativo para produtores de produtos de baixa tensão.

ABB: Comissionamento Virtual com Gêmeos Digitais de Robôs

A ABB lançou o software de simulação RobotStudio em 1998. Em março de 2026, foi lançado o RobotStudio HyperReality, incorporando os avanços do NVIDIA Omniverse e o conceito de gêmeos digitais de produto, ambiente e robô. A empresa enfatiza que a plataforma possibilita alcançar uma correlação entre a simulação e o robô real em aproximadamente 99%, além de reduzir o tempo de comissionamento em 80% e os custos de desenvolvimento em 40%. Uma das principais razões para esse resultado é que a ABB utiliza o mesmo firmware no controlador virtual e no controlador físico do robô.

Eaton: Simulador e Gêmeos Digitais na Produção

A planta da Eaton em Changzhou, China, processa 164.000 SKUs e aproximadamente 5.000 novos projetos por ano. A implementação de gêmeos digitais, simulação, Inteligência Artificial e robótica permitiu à empresa alcançar uma redução de tempo de 39%, melhoria de eficiência de 50% e aumento de receita de 129%.

Resultados Comparados dos Gêmeos Digitais

O que os Gêmeos Digitais Entregam para Linhas de Produção Automatizadas

Para um fabricante que compra ou atualiza uma linha automatizada de montagem e teste, os benefícios de um gêmeo digital são práticos e mensuráveis. Quatro se destacam.

Início Reduzido por meio de Comissionamento Virtual

Ao examinar o processo de comissionamento virtual, pode-se ver que antes do equipamento físico da máquina estar disponível, seu programa real de PLC é conectado à versão virtual da máquina. Os engenheiros podem testar sequências, intertravamentos, lógica de segurança, manuseio dos HMIs e gerenciamento de falhas, reduzindo as falhas de programação da produção anterior. A porcentagem de redução pode ser, por exemplo, 80% ao usar modelos de robôs de alta fidelidade. Mesmo quando se trata de simuladores básicos, grande parte da confusão no início é aliviada.

Simulação de Capacidade e Gargalo

Cada estação de automação é tão rápida quanto a mais lenta entre elas. Com a ajuda de uma simulação do processo produtivo real, os engenheiros podem otimizar o tempo de trabalho de cada estação antes de construí-la fisicamente. Considere um exemplo de disjuntor: um Linha de montagem automática MCB operando a 3 segundos por unidade produz cerca de 1.200 disjuntores por hora, enquanto um Linha de teste automático MCB pode testar de 1.800 a 2.400 por hora. A simulação permite concluir que a montagem é mais limitante para o processo do que o teste.

Previsão de Manutenção e Qualidade em Loop Fechado

Após a linha iniciar seu trabalho, o gêmeo de desempenho pode fornecer informações como contagem de ciclos dos cilindros, corrente dos motores e forças de prensagem. Em seguida, as tendências são analisadas e ajudam a identificar o desgaste da linha antes de sua quebra ou desvio qualitativo. Por exemplo, a alteração de longo prazo nos resultados do tempo de disparo na calibração indica falha do pergaminho antes que o dispositivo atinja o limite da IEC 60898-1.

Execução Rápida de Troca e Verificação

Fabricantes do campo de aplicações de baixa tensão podem observar uma necessidade constante de adicionar novas classificações de tensão e outros parâmetros. Em um Linha de produção automática de MCCB cobrindo de 100 a 1.600 A, onde as trocas de tamanho de quadro levam de 30 a 60 minutos com ferramentas de troca rápida, validar cada nova receita virtualmente protege essa janela de troca.

Pontos Críticos Típicos em Linhas de Montagem e Teste de Disjuntores

Como Pequenos e Médios Fabricantes Podem Começar

Estudos de caso da Siemens e Schneider envolvem equipes enormes e iniciativas de vários anos. A maioria das fábricas de médio porte não precisa de um gêmeo digital de planta inteira para se beneficiar. Tais iniciativas podem começar pequenas e passar por grande parte do processo de desenvolvimento, conforme explicado abaixo:

1. Escolha uma linha ou uma estação crítica. Realize a modelagem 3D da(s) estação(ões) escolhida(s) assim como do sistema de correia transportadora e depois conecte o programa PLC real para comissionamento virtual.
2. Construa um modelo 3D com movimento e lógica. Execute a amostra real do produto e identifique gargalos e mudanças.
3. Simule capacidade e variantes. Após operar a linha, intervalos de tempo, falhas e testes devem ser enviados para o MES ou armazenamento dos fornecedores para que tudo opere conforme o esperado.
4. Conecte dados ao vivo. Uma vez que a linha esteja em operação, transmita tempos de ciclo, falhas e resultados de teste para o MES ou um banco de dados para que o modelo reflita a realidade.
5. Adicione análises de manutenção e qualidade. Agora é possível determinar quando o equipamento deve ser mantido analisando os dados acima.
6. Escale para a próxima linha. Reutilize os modelos, bibliotecas e estruturas de dados para o próximo projeto.

A honestidade é a chave em termos de custo. A introdução de programas de simulação, modelagem e integração de dados leva tempo e gera despesas, e se seus primos não dispuserem de dados úteis. Para entender como as camadas de automação se encaixam, veja nossos artigos sobre automação totalmente integrada e operação de manufatura; para faixas de investimento, veja o benefícios de eficiência da automação industrial; e para selecionar um tipo de linha, veja nosso guia para escolher uma linha de produção automatizada.

Conclusão: Gêmeos Digitais Tornaram-se uma Ferramenta Competitiva

Ao implementar gêmeos digitais, a Siemens conseguiu reduzir o processo de circulação de materiais em Erlangen em 40%, criando um modelo virtual de sua planta em Nanjing antes da construção real. A Schneider Electric alcançou a redução do consumo de energia em sua instalação de Wuxi aplicando a tecnologia de gêmeos digitais e aprimorando a eficiência do fluxo de trabalho em outras fábricas inteligentes. A ABB afirma ter reduzido o tempo de comissionamento em até 80%. Esses ganhos são resultados reais de desempenho e não apenas inovações de marketing.

Para empresas que desejam melhorar a produtividade do processo de implementação tecnológica modernizando sua linha de produção, um gêmeo digital pode ser uma solução essencial.

Referências

• Siemens – O gêmeo digital na Fábrica de Eletrônicos de Erlangen – circulação de materiais, simulação AGV, treinamento de IA e tempo para o mercado.
• Siemens – Erlangen nomeada Farol Digital (2024) – resultados de produtividade e energia.
• Siemens – Fábrica de Eletrônicos Amberg – variantes, trocas e dados digitais empresariais.
• Siemens – Nanjing nomeada Farol Global (2026) – fábrica projetada virtualmente e resultados de IA.
• Schneider Electric – Reconhecimento Lighthouse em Lexington e Wuxi (2021) – resultados de energia do gêmeo digital e gestão de energia IoT.
• Schneider Electric – Lighthouses em Shanghai e Monterrey (2024) – produtos, tecnologias e resultados.
• Assembly Magazine – Dentro da fábrica inteligente da Schneider Electric – realidade aumentada e economia de energia e manutenção em toda a empresa.
• Schneider Wuxi – correlação sim-to-real e tempo de comissionamento.
• Eaton – fábrica inteligente de Changzhou entra na Rede Global de Faróis – simulação e resultados do gêmeo digital.

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