Metodologia de modelagem e arquitetura de referência do Digital Twin em sistemas ciber físicos industriais usando AutomationML

Abstract

Com as evoluções tecnológicas nas áreas de hardware, microeletrônica, sistemas de informação e computação, o conceito de sistemas ciberfísicos (do inglês Cyber-Physical Systems) vem ganhando importância. Este sistemas se referem à junção entre sistemas computacionais distribuídos e processos físicos da natureza e, são base fundamental para a nova revolução industrial que esta sendo introduzida. Esta revolução industrial é marcada pela completa descentralização do controle dos processos produtivos e uma proliferação de dispositivos inteligentes interconectados, ao longo de toda a cadeia de produção e logística. Sistemas de automação, e particularmente os sistemas de automação industrial, nos quais elementos computacionais controlam e automatizam a execução de processos físicos em plantas industriais, são um exemplo de sistemas ciber-físicos. Com isso, percebe-se que é necessário relacionar objetos físicos a informações associadas a este objeto no mundo cibernético. Para isso, destaca-se o conceito e o uso do Digital Twin, que é uma representação virtual de objetos físicos. O Digital Twin possibilita a virtualização e centralização do controle no produto. Este estudo irá explorar uma metodologia de modelagem genérica e flexível para o Digital Twin usando a ferramenta AutomationML e propor uma arquitetura de comunicação para a troca de dados sob a ótica de Cyber Physical Systems. Com a implementação dessa metodologia, pretende-se validar o conceito proposto e oferecer um método de modelagem e configuração para obter dados, extrair conhecimento e proporcionar sistemas de visualização para os usuários.

With technological advances in the fields of hardware, microelectronics and computer systems, Cyber Physical Systems is a new concept that is gaining importance. This systems are integrations of computation, networking, and physical processes. Cyber Physical Systems are one of the pillars for the new industrial revolution, and it is marked by the complete decentralization of the control of production processes and, marked by a proliferation of interconnected intelligent devices throughout the production and logistics chain. Embedded computers and networks monitor and control the physical processes, with feedback loops where physical processes affect computations and vice versa. A industrial automation system, is an example of cyber physical systems where computational elements control and automate the execution of physical processes in industrial plants. Thus, it is clear the need to relate physical objects to information associated with this object in the cyber world. For this, this work pretends to use the concept of Digital Twin, that is a virtual representation of physical objects. Digital Twin enables the virtualization of physical components and descentralization of control. This study will explore a generic and flexible modeling methodology for Digital Twin using the AutomationML tool. Also this work proposes a communication architecture for the exchange of data from the perspective of Cyber Physical Systems. With the implementation of this methodology, we intend to validate the proposed concept and offer a modeling and configuration method to obtain data, extract knowledge and provide visualization systems for users.