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O principal objetivo do projeto Twin NavAux, centrado na promoção do uso do gémeo digital na indústria auxiliar naval da Galiza – Norte de Portugal, é a definição, desenvolvimento e colocação em funcionamento de três pilotos de gémeo digital de produto nas empresas que participam no projeto. Um deles, o piloto da Industrias Ferri S.A., desenvolvido com a Universidade da Coruña (UdC), entra na sua fase final de desenvolvimento.

A Industrias Ferri S.A. é uma empresa especializada na conceção e produção de máquinas e equipamentos para todos os tipos de embarcações. Com mais de 50 anos de experiência, já forneceu milhares de navios e plataformas em todo o mundial e oferece soluções inovadoras e personalizadas para as necessidades especificas dos seus clientes.

É uma das empresas que está a trabalhar nos pilotos do projeto Twin NavAux, juntamente com a Ibercisa Deck Machinery S.A. e a ElectroRayma S.L.

Os três pilotos de gémeo digital do projeto Twin NavAux estão em linha com a evolução tecnológica e estabelecem as bases para o desenvolvimento de novas soluções e projetos futuros baseados em gémeos digitais dentro do setor naval, onde a digitalização e os sistemas preditivos são cruciais para melhorar a fiabilidade e o desempenho dos produtos fabricados.

Com este objetivo em mente, desde a fase inicial do projeto, trabalha-se na definição, com cada empresa, do equipamento ou sistema do piloto de maior interesse para cada uma delas e parametriza-se o seu funcionamento. Isto permitiu avaliar o nível de sensorização necessário para desenvolver os modelos de simulação, definindo uma arquitetura de IoT para a recolha dos dados dos sensores e adicionando uma camada Edge para realizar um primeiro processamento desses dados.

A implementação dos pilotos permite testar e demonstrar as funcionalidades dos gémeos digitais, tais como a monitorização em tempo real, manutenção preventiva (identificação de falhas através de simulação, degradação do equipamento) a otimização do design, melhoria da eficiência operacional e apoio a tarefas de manutenção.

Os três pilotos encontram-se atualmente na fase final de implementação e as previsões apontam para que possam ser apresentados no Outono.

Piloto de gémeo digital da Industrias Ferri para o projeto Twin NavAux

No caso específico do piloto da Industrias Ferri, já está em funcionamento e em estado avançado de desenvolvimento. Atualmente, encontra-se nas instalações do CIS Tecnoloxía e Deseño de Ferrol, onde se trabalha neste piloto de gémeo digital, desenvolvendo um metaverso como uma ferramenta eficaz de ligação entre o mundo virtual e o mundo físico da produção, para conseguir soluções viáveis e eficientes no mundo real.

O piloto da Industrias Ferri consiste num gémeo digital de um guincho de um aerogerador marítimo. Estas máquinas são usadas para operar em águas profundas com cargas pesadas; pelo que, é importante que não falhem durante a sua manipulação.

Nestes casos, um gémeo digital proporciona informação relevante sobre o estado de saúde de cada equipamento em particular e ajuda os operadores nas decisões em tempo real. As tecnologias usadas envolvem a sensoriazação do equipamento, o processamento prévio de dados numa camada Edge, a utilização de modelos de simulação que reproduzam o comportamento do equipamento e o processamento e armazenamento na nuvem para aceder aos dados, tanto do equipamento virtual como do real.

O sistema conta com um conjunto de sensores ligados a um PLC, a partir do qual os dados são registados e transmitidos a um computador para o seu processamento posterior. Entre os parâmetros monitorizados destacam-se a frequência de saída, binário, corrente, potência, tensão, velocidade e torque.

Foi desenvolvido um modelo híbrido composto por duas abordagens complementares: um modelo baseado em dados para simular a parte elétrica e eletrónica (parâmetros medidos pelo PLC) e um modelo baseado em leis físicas para simular a parte mecânica (binário no motor e no guincho, velocidade de rotação do tambor, metros de cabo enrolado e a tensão do cabo). Ambos utilizam como input o peso a ser levantado e a velocidade do motor, que é regulada mediante o joystick do guincho e permite ao modelo prever o comportamento do motor em condições operacionais reais.

A combinação de ambas abordagens resulta num gémeo digital híbrido que integra:

• A capacidade de previsão e adaptação do Machine Learning: simplifica a complexidade que implicaria modelar o sistema elétrico e eletrónico através de equações físicas.
• A solidez de um modelo físico: permite estimar variáveis para as quais não se dispõe de medições diretas.

Esta sinergia proporciona uma representação mais robusta e realista do comportamento do guincho, favorecendo tanto a otimização do desempenho como a antecipação de possíveis falhas durante a operação em ambientes offshore. Pode comparar os valores raies com os ideais e detetar possíveis desvios que provoquem falhas no funcionamento.

Por outro lado, a máquina contará com um espaço de realidade virtual onde será possível ver o seu funcionamento sem necessidade de ter o objeto físico.

Piloto da Ibercisa

Por outro lado, em parceria com a empresa Ibercisa, a UdC está a desenvolver um piloto de gémeo digital de uma máquina estivadora com controlo de tensão, que tem como objetivo obter com precisão a tensão no cabo de um guincho de tração sem necessidade de dispor de sensores permanentes especializados.

Este gémeo digital permite a monitorização em tempo real utilizando tecnologias de IoT, simulação 1D e análise na nuvem, onde são geridos tanto dados reais como simulados. O objetivo é conseguir una réplica virtual exata do sistema físico que permita garantir o funcionamento ideal da máquina real.

Piloto da ElectroRayma

Por outro lado, a Universidad Portucalense Infante Dom Henrique está a desenvolver um piloto de gémeo digital de manutenção preditiva para um sistema de bombagem de água da empresa ElectroRayma.

Neste caso, o modelo digital realiza uma representação virtual em 3D totalmente interativa e está em comunicação constante com uma simulação que reproduz o comportamento real do sistema e incorpora um sistema de previsão baseado em Inteligência Artificial que analisa os dados de funcionamento e reconhece padrões que poderiam ocasionar falhas.

A conceção e arranque de pilotos de gémeo digital de producto em empresas auxiliares do setor naval é uma das principais atividades desenvolvidas no âmbito do Projeto Twin NavAux, cofinanciado pela União Europeia através do Programa Interreg VI-A Espanha-Portugal POCTEP 2021 – 2027.

Mais informação: https://www.cistecnoloxiaedeseno.gal/es/projeto-twin-navaux/