Gémeo digital dos veículos: quando os modelos físicos e digitais se unem

A digitalização do Renault Group não é novidade, mas intensifica-se à medida que a empresa se transforma numa «Tech Company». Uma orientação indispensável para fazer face à crescente complexidade tecnológica dos veículos, às exigências técnicas e regulamentares cada vez mais numerosas e à melhoria contínua dos veículos existentes e futuros, que evoluem agora num universo conectado. Há alguns anos que as ferramentas à disposição do Design e da Engenharia são tão avançadas que a realidade virtual antecede a física. O gémeo digital existe antes do próprio veículo. Explicações.

O gémeo digital: o que é isso? 

No dicionário, um gémeo digital é a réplica digital de um objeto, de um processo ou de um sistema. No setor automóvel, os primeiros gémeos digitais eram criados através da digitalização ou da cópia virtual de veículos reais. Peça a peça, até ao mais pequeno parafuso. Daí o termo «gémeo». Com o progresso tecnológico, o gémeo digital é agora criado antes da sua versão física. A sua denominação é enganadora porque, na realidade, o gémeo digital é constituído por todas as maquetes digitais e físicas do futuro objeto físico. É da maturidade destas que o objeto físico nascerá.

O gémeo digital: a indústria automóvel já não consegue passar sem ele. Revolucionou os métodos de trabalho dos intervenientes na conceção, fabrico e reparação de um veículo. As áreas de Design, Engenharia, Fabricação e Pós-venda melhoram os seus resultados, podem «dialogar» entre si na nuvem em tempo real e partilhar uma base de dados exaustiva e atualizada ao longo de toda a vida útil do veículo. E isso muda realmente tudo!

Sobre o nascimento do gémeo digital

Na criação de um veículo, o Design é responsável pela conceção da forma e do aspeto (carroçaria, cores e materiais de um veículo), conciliando a estética, a funcionalidade e as restrições físicas. É a primeira área a conceber uma «parte» do gémeo digital, elaborando maquetes virtuais do exterior e do interior do futuro modelo. O objetivo destas múltiplas maquetes de «teste» é alcançar as melhores apresentações e acabamentos possíveis.

As ferramentas digitais de renderização realista utilizadas são tão avançadas que os designers podem avaliar o aspeto e a qualidade percebida de uma carroçaria ou de um habitáculo criados virtualmente. Podem gerir as texturas das peças, o seu encaixe e até os reflexos das partes brilhantes ou envidraçadas do carro. Parece mesmo real!

O departamento de Design transmite então ao departamento de Engenharia as suas propostas para o interior e o exterior do futuro veículo, sob a forma de dados digitais através da nuvem.

No nascimento do gémeo

A Engenharia assume o testemunho do Design e concebe tecnicamente o automóvel. Com base nas maquetes digitais disponíveis na nuvem, cria virtualmente, passo a passo, um veículo completo em 3D. Carroçaria, chassis, arquitetura elétrica e eletrónica, motor… não falta nada, ou quase nada!

Graças às suas ferramentas de simulação numérica tridimensional, os engenheiros conseguem colocar, numa fase muito precoce, um ocupante virtual a bordo de um futuro veículo, tal como estaria num carro real. Através destes testes, são validadas, nomeadamente,as restrições de posicionamento (ergonomia) e de IHM (interface homem-máquina).

A Engenharia garante a conformidade de todas as peças, mas também dos sistemas (sistemas de assistência à condução, sensores, etc.). Graças ao gémeo digital, cria e testa, tantas vezes quantas forem necessárias e sem limites físicos, cada elemento e equipamento do automóvel, para verificar o seu funcionamento a nível do sistema e entre sistemas. Absolutamente nada é deixado ao acaso: fabricabilidade, montabilidade, compatibilidade, durabilidade, etc.

Durante esta fase, os engenheiros utilizam o gémeo digital completo em simulação 3D e imersiva para testar, por exemplo, a aerodinâmica da carroçaria, o desempenho do motor, a gestão da transmissão ou ainda a eficiência do ar condicionado através de simulação virtual. Tudo é analisado minuciosamente!

Os modelos digitais serão também submetidos a testes de colisão virtuais, cenários de condução em estradas virtuais, ensaios em «túnel de vento» digital, etc. Todas estas simulações são realizadas muito mais rapidamente e em muito maior número do que seria possível com ensaios físicos. Com a digitalização completa da criação e da conceção de um veículo, os testes virtuais são realizados até dois anos antes dos testes reais. Percebe-se, assim, o avanço que representa a tecnologia do gémeo digital.

Durante a fase de testes, cada escolha técnica conclusiva é consolidada numa maquete digital «ideal». Esta maquete, quando estiver completa, constitui o gémeo digital utilizado para conceber a primeira maquete física. Vamos passar da teoria à prática!

Finalmente, gémeos!

Após os testes virtuais, é a vez dos testes físicos com protótipos reais. Apesar da digitalização, estes continuam a ser indispensáveis, pois serão sempre os únicos a permitir obter provas objetivas, as únicas «provas aceitáveis para os clientes». Extremamente caros de produzir, estes protótipos são fabricados à mão, em unidades únicas, apenas para serem maltratados! São submetidos a uma série de testes, nomeadamente dinâmicos, nas pistas de ensaio do centro técnico da Renault em Aubevoye. Esta fase de testes é agora a etapa final, onde tudo é validado definitivamente antes do lançamento da produção na fábrica.

Cada gémeo existe, portanto: o digital e o físico. A partir de agora, vão acompanhar-se ao longo de toda a vida.

E depois?

Com base em todos os testes reais realizados nos protótipos, o gémeo digital final será utilizado pela área de Produção para a fabricação do futuro veículo de série. Os fornecedores irão utilizar o clone virtual de cada peça para fabricar a peça física. Por seu lado, a fábrica irá utilizar o gémeo digital completo para elaborar virtualmente a futura linha de montagem, a futura configuração das suas máquinas-ferramentas ou ainda medir os futuros fluxos (deslocações dos operadores, percurso das peças, etc.). O gémeo digital é uma mina de informações para todos!

Os gémeos acompanham-se ao longo de toda a sua existência, mas levam uma vida separada. Antes da fabricação do veículo, o gémeo digital «alimenta» o físico. Ao sair da fábrica, é o contrário. As áreas comerciais (logística, vendas e pós-venda) alimentam o gémeo digital com feedback dos clientes, acompanhamento da qualidade e atualizações sobre a utilizaçãodos carros «reais» ao longo da sua «vida útil».

Com a virtualização, o tempo total necessário para a conceção de um novo veículo foi reduzido em um quarto. Ou seja, ganhamos um ano. Um progresso extraordinário, tendo em conta a crescente complexidade tecnológica dos automóveis!
Embora a aprendizagem empírica não vá desaparecer (de imediato), o futuro da inteligência artificial irá alargar exponencialmente o âmbito de aplicação e o desempenho da aprendizagem digital. O gémeo digital é uma tecnologia fundamental e mesmo imprescindível para o Renault Group. Na conceção e no fabrico de veículos, mas não só. Permite a melhoria contínua dos veículos do Renault Group. Para mais segurança, conforto e prazer dos proprietários. Então, a quem devemos agradecer?