Como os OEMs de aviação podem usar gêmeos digitais para otimizar a fabricação

Tecnologia de gêmeos digitaisestá silenciosamente reescrevendo as regras da fabricação aeroespacial. Antes um conceito futurista, os gêmeos digitais agora são ferramentas essenciais para OEMs (Fabricantes de Equipamentos Originais) de aviação que buscam reduzir custos de produção, acelerar o tempo de lançamento no mercado e aumentar a confiabilidade das aeronaves.

Gêmeos digitais são modelos virtuais baseados em dados que espelham sistemas físicos, aprendendo continuamente com dados do mundo real para ajudar os OEMs a simular resultados, testar projetos e prever necessidades de manutenção muito antes de qualquer hardware físico ser construído ou implantado. Eles também podem testar novos layouts de piso para verificar o impacto na produção.

Empresas como Airbus, Rolls-Royce, Siemens e Bell já estão colhendo os frutos. A Airbus reduziu os prazos de produção de seus programas A320 e A350 usando modelos digitais de ciclo de vida completo (Sala de imprensa da Airbus), e a Siemens afirma que os gêmeos digitais reduziram os custos de retrabalho de engenharia de 20% para apenas 1% para alguns clientes aeroespaciais (Notícias Internacionais de Aviação).

Este artigo explora como os OEMs da aviação estão usando gêmeos digitais para projetar e construir aeronaves de forma mais rápida e segura, além de treinar a próxima geração de profissionais da aviação.

O que são gêmeos digitais e por que eles são importantes?

Um gêmeo digital é uma réplica viva e em evolução de um objeto, processo ou sistema físico que simula o comportamento do mundo real por meio de um fluxo contínuo de dados em tempo real. Na aviação, isso pode significar um gêmeo de um motor ou uma linha de produção inteira.

Gêmeos digitais são viabilizados por tecnologias como sensores de IoT (Internet das Coisas), algoritmos de IA e ML (Aprendizado de Máquina) e análises baseadas em nuvem. Esses modelos permitem que os fabricantes repliquem virtualmente tudo, desde o fluxo de ar das asas até as novas dimensões do carrinho de bebidas, antes de se comprometerem com a construção física. Esses modelos são dinâmicos, atualizados constantemente com dados operacionais e vinculados a simulações que abrangem cenários quase infinitos.

Para os OEMs, o valor é claro. Em vez de depender de tentativas e erros dispendiosos e demorados, eles podem validar os projetos digitalmente e evitar erros dispendiosos.

Na Siemens, o software gêmeo digital está ajudando startups como a JetZero a atingir um cronograma de certificação de aeronaves de apenas cinco anos, o que é significativamente mais rápido do que programas legados como o Boeing 787 ou o Airbus A350 (Notícias Internacionais de Aviação).

Todd Tuthill, vice-presidente de indústria aeroespacial, de defesa e marítima da Siemens Digital Industries Software, diz que sua tecnologia pode construir e certificar uma aeronave de asa mista com capacidade para 250 passageiros "em dois terços do tempo que outros OEMs levaram para certificar seus projetos mais recentes e inovadores".

Tuthill atribui esses prazos agressivos às suas tecnologias superiores de gêmeos digitais, dizendo que agora eles podem "voar aeronaves antes mesmo de serem construídas" — muito antes de a fábrica sequer existir.

A geminação digital também é parte central da iniciativa "IntelligentEngine" da Rolls-Royce. A empresa utiliza dados de sensores e análises em tempo real para simular o comportamento dos motores em condições extremas, indo muito além do que os testes físicos tradicionais permitiriam.Rolls-Royce Media).

Nick Ward, vice-presidente de sistemas digitais da Rolls-Royce, contaFabricação e Design Aeroespacialque permite menos protótipos, cronogramas mais rápidos, melhor desempenho e ROI mais forte (Design de Fabricação Aeroespacial).

Seus motores a jato são tão bem projetados e conservados, diz Ward, que o motor Rolls-Royce Trent pode dar a volta ao mundo mais de 1.000 voltas entre "eventos significativos do motor". A previsão multivariável da empresa pode mapear o desempenho das peças e fornecer um "prazo de manutenção preditiva preciso, incluindo os números de cada peça".

Acelerando o projeto de aeronaves com confiança virtual

Os gêmeos digitais estão transformando a forma como os OEMs abordam os estágios iniciais do projeto de aeronaves. Na Airbus, os engenheiros usam simulações baseadas em física e modelos 3D detalhados para ciclos de projeto mais rápidos e redução de problemas de qualidade, especialmente para as famílias A320 e A350.Sala de imprensa da Airbus).

O FlightLab da Airbus — um helicóptero H130 modificado — foi usado para testar sistemas de autonomia, prevenção de colisões com rotores e controles fly-by-wire simplificados. Já o demonstrador DisruptiveLab concentra-se na redução do arrasto e nas emissões de CO₂. A empresa estima que o DisruptiveLab poderá reduzir o consumo de combustível em 50% em comparação com os projetos atuais (Vertical).

A Rolls-Royce adota uma abordagem semelhante no desenvolvimento de motores (Rolls-Royce Media). O vice-presidente Nick Ward diz: “Novas informações precisas são apresentadas às companhias aéreas diariamente e são consumidas perfeitamente por seus programadores de manutenção”.

Os relatórios iniciais da Rolls-Royce mostram um enorme progresso no sentido de que as integrações de dados estão a prolongar significativamente a vida útil dos motores e de outros componentes dispendiosos, aumentando mesmo o tempo de remoção do primeiro motor em quase 50% (Fabricação e Design Aeroespacial).

“Quando você tem esse nível de monitoramento e dados”, diz Ward, “as abordagens anteriores de manutenção preventiva ficam obsoletas”. As falhas quase sempre são rastreadas até o nível de peça individual e bem antes dos ciclos de manutenção planejados.

A empresa tem uma “taxa de sucesso de 100%” no cumprimento de sua meta de “zero previsões falsas”.

Nesses exemplos, os gêmeos digitais permitem que os OEMs construam aeronaves mais inteligentes e seguras com mais rapidez, com menos surpresas na produção e no desempenho.

Fabricação mais inteligente: como os OEMs otimizam as linhas de produção

Projetar uma aeronave é um desafio. Construí-la em escala, com eficiência e sem atrasos é outro. Também aqui, os gêmeos digitais estão se mostrando inestimáveis, principalmente no planejamento e na simulação de linhas de produção.

A JetZero aposta fortemente em acertar na fabricação desde o início. Usando as ferramentas de gêmeos digitais da Siemens, a empresa pode simular processos de produção, identificar gargalos e otimizar o layout da fábrica antes mesmo do início da construção.Notícias Internacionais de Aviação). "Mal posso esperar para construir [um gêmeo digital] de uma fábrica e descobrir que a projetei errado", disse Todd Tuthill, vice-presidente da Siemens, à Aviation International News (AIN). Esse é o objetivo dessa tecnologia: corrigir os erros virtualmente, não fisicamente.

A Airbus está adotando uma abordagem semelhante com seus demonstradores PioneerLab e Racer, onde testa tudo, desde sensores de impacto do rotor até eficiências aerodinâmicas e sistemas de propulsão híbridos. O objetivo é validar componentes e, ao mesmo tempo, otimizar linhas de montagem e protocolos de manutenção em paralelo.Vertical).

Nas instalações da empresa em Illescas e Saint-Eloi, gêmeos digitais monitoram tudo, desde vibrações das máquinas até temperatura e umidade. Esses dados embasam decisões sobre controle de qualidade, manutenção das máquinas e otimização do fluxo de trabalho.Sala de imprensa da Airbus). Além disso, óculos inteligentes e tablets permitem treinamento virtual para trabalhadores de fábrica antes mesmo de eles pisarem na fábrica.

Os avanços tecnológicos são impressionantes. O helicóptero Airbus Racer economiza 20% de combustível ao colocar um dos dois motores da aeronave em modo de espera em altitude de cruzeiro, enquanto voa muito mais rápido do que helicópteros comuns. Além disso, sua asa pode fornecer 40% da sustentação do helicóptero, reduzindo a tensão no rotor. Também reduz as vibrações para melhorar o conforto do passageiro e do piloto.Sala de imprensa da Airbus).

Reduzindo o tempo de inatividade da aeronave

Para fabricantes de equipamentos originais (OEMs) e operadores de aviação, o tempo de inatividade é catastrófico. Cada aeronave parada representa perda de receita, dores de cabeça com cronogramas e atrasos em cascata. Além da fabricação, os gêmeos digitais são cada vez mais essenciais para as empresas de MRO (Manutenção, Reparo e Revisão).

Um gêmeo digital de um motor ou componente do trem de pouso pode receber continuamente dados de sensores de IoT incorporados, monitorar o desgaste e modelar a degradação sob diversas condições. A GE, por exemplo, desenvolveu gêmeos digitais para componentes individuais, como o trem de pouso, para obter uma visão granular dos ciclos de vida das peças.AeroTime).

De acordo com a Deloitte, os programas de manutenção preditiva podem reduzir o tempo de inatividade das aeronaves em 15%, aumentar a produtividade da mão de obra em 20% e reduzir os custos de manutenção em 18 a 25% (AeroTime). A McKinsey acrescenta que essa abordagem também pode aumentar a disponibilidade de aeronaves em até 15%.

A Air France–KLM está entre as principais companhias aéreas que apostam fortemente em gêmeos digitais aprimorados por IA. Ao combinar ferramentas de IA generativa do Google Cloud com dados de sensores de toda a frota, a companhia aérea pode reduzir a análise de dados de manutenção de horas para minutos (AeroTime). Até o momento, a Air France-KLM utilizou mais de 900.000 visualizações de 104 gêmeos digitais para impulsionar essas vitórias em confiabilidade (Matterport).

Os gêmeos digitais também são usados para inspeções de pilotos antes do voo e reduzem o tempo de limpeza da tripulação em até 30%, melhorando a prontidão de voo da aeronave (Matterport).

Na Delta Air Lines, quase 1.000 aeronaves da linha principal estão conectadas à plataforma Airbus Skywise, que permite que fluxos de dados em tempo real alimentem seus gêmeos digitais correspondentes. Mais de 50.000 usuários contam com o sistema para prever desgaste, otimizar cronogramas de manutenção e evitar eventos de AoG.Sala de imprensa da Airbus).

A Lockheed Martin está explorando uma aplicação ainda mais futurista: a criação de gêmeos digitais “e-Pilot” que monitoram não apenas os sistemas da aeronave, mas também os pilotos humanos em tempo real. Esses copilotos digitais poderão, eventualmente, auxiliar em operações críticas (AeroTime).

Simulação, treinamento e desenvolvimento da força de trabalho

À medida que os sistemas digitais evoluem, as pessoas que os operam e mantêm também precisam evoluir. Esse é um desafio crescente na aviação, onde a força de trabalho está envelhecendo e a próxima geração precisa de um conjunto de habilidades totalmente novo — em partes iguais, mecânicas e digitais.

O setor enfrenta uma escassez de técnicos com fluência digital. A previsão da Boeing para 2024 prevê a contratação de 716.000 novos profissionais de manutenção nas próximas duas décadas, e o Conselho de Educação de Técnicos de Aviação (ATEC) alerta para a falta de instrutores para treiná-los.AeroTime).

Ao contrário de outros setores onde a IA pode substituir trabalhadores, a aviação precisa de profissionais qualificados para trabalharcomFerramentas digitais. A ascensão dos gêmeos digitais significa que os técnicos de hoje precisam entender modelos de dados, análise preditiva e ferramentas de simulação, além da tradicional manipulação de chaves inglesas. Os programas de treinamento estão se adaptando lentamente, mas há um impulso.

Realidade aumentada (RA), realidade virtual (RV) e simulações imersivas estão se tornando componentes essenciais em programas de qualificação profissional. Da mesma forma, soluções como AK GO e AK View oferecem ambientes de treinamento baseados em RA que simulam procedimentos de emergência e tarefas de manutenção (AeroTime).

A Leonardo deu um passo além ao criar um gêmeo digital do seu demonstrador de helicóptero não tripulado Proteus, que permite que as equipes desenvolvam e testem componentes virtualmente, bem antes de qualquer aeronave real levantar voo (Vertical). O ambiente sintético serve como uma área de testes de desenvolvimento e um simulador de treinamento.

O Centro de Gêmeos Digitais do Reino Unido, lançado em maio de 2024, representa mais um passo importante. Com foco nos setores aeroespacial, espacial e marítimo, o centro promove a padronização e a infraestrutura compartilhada para tornar o treinamento baseado em gêmeos mais acessível.Organização de Ciência e Tecnologia da OTAN).

Ambientes de teste digitais também são essenciais para garantir que o treinamento baseado em simulação esteja alinhado aos requisitos regulatórios. Novas estruturas visam integrar programas de competência para pilotos com recursos de simulador, eliminando a lacuna entre o realismo do treinamento e os padrões de certificação.Sociedade Real Aeronáutica).

Treinamento é necessário para que as ferramentas de IA tragam sucesso. O futuro da aviação pode ser digital, mas ainda depende de pessoas altamente qualificadas.

Realidade impulsionada pela IA

A Siemens está expandindo os limites da IA e do mundo real com seu NX Immersive Designer, que combina realidade aumentada, comandos de voz e IA generativa para permitir que os engenheiros interajam com modelos 3D em um contexto do mundo real (SSala de Imprensa da Iemens).

No Paris Air Show de 2025, a Siemens comparou esta experiência a um holodeck funcional (da televisãoJornada nas Estrelas), dando vida aos projetos de aeronaves em ambientes totalmente imersivos (Notícias Internacionais de Aviação).

O sistema de autonomia Matrix da Sikorsky já está em missões reais. Em 2024, ele permitiu que um helicóptero Black Hawk detectasse e suprimisse de forma autônoma um incêndio florestal simulado — identificando o incêndio, posicionando a aeronave e realizando um lançamento preciso de água sem intervenção do piloto.Vertical).

Desafios e barreiras à adoção

Apesar de todas as promessas, os OEMs enfrentam obstáculos significativos na adoção da tecnologia de gêmeos digitais em escala.

A interoperabilidade é um dos maiores desafios. Integrar plataformas de gêmeos digitais em ambientes complexos,cadeias de suprimentos multinacionaisNão é pouca coisa. Os fabricantes trabalham com centenas de fornecedores, cada um utilizando diferentes ferramentas, padrões e formatos de dados. Conseguir que esses sistemas troquem dados de forma integrada e segura é um grande obstáculo.

O custo é outro fator limitante. Embora os gêmeos digitais frequentemente resultem empoupança de longo prazo, o investimento inicial pode ser alto. Sensores sofisticados, infraestrutura em nuvem, óculos de realidade aumentada (RA), licenças de software e programas de treinamento, tudo isso se soma. Para OEMs menores ou fornecedores de Nível 2 e Nível 3, o ROI pode levar vários anos para ser concretizado.

Além disso, há a lacuna de talentos. Como observado anteriormente, os sistemas de gêmeos digitais exigem uma força de trabalho híbrida que possa combinar expertise mecânica com fluência digital. No momento, nosso pipeline atual de profissionais qualificados não está acompanhando a demanda. As empresas já carecem de profissionais com formação tradicional, muito menos daqueles que sabem usar a tecnologia de IA de forma eficaz.AeroTime).

Por fim, os marcos regulatórios ainda estão se atualizando. Embora agências como a EASA (Agência Europeia para a Segurança da Aviação) e a FAA estejam começando a incorporar a simulação nos processos de certificação, ainda há incerteza quanto ao tratamento da validação exclusivamente digital, especialmente no que diz respeito a componentes críticos para a segurança.Sociedade Real Aeronáutica).

O que vem a seguir: O futuro imediato dos gêmeos digitais e da IA na aviação

O impulso atual em torno dos gêmeos digitais na aviação é inconfundível e só vem ganhando força. Fabricantes de equipamentos originais (OEMs) estão investindo pesadamente em simulação, inteligência artificial (IA) e ambientes de design imersivos, sinalizando uma grande mudança na forma como as aeronaves são concebidas, construídas e até certificadas.

Cada vez mais, as decisões mais importantes de design e fabricação estão sendo tomadas no mundo digital, muito antes de uma única peça física ser usinada ou instalada.

Um exemplo convincente é a JetZero, cuja estratégia de gêmeo digital vai além da aeronave em si, incluindo a fábrica que a construirá.

Ao simular cada detalhe do produto e do ambiente de produção, a JetZero está estabelecendo um precedente de como as provas digitais poderão, um dia, substituir os fluxos de trabalho tradicionais de inspeção e certificação. Em vez de esperar por longas validações físicas e retrabalhos iterativos dispendiosos, as empresas poderão em breve apresentar aos reguladores demonstrações virtuais comprovando o cumprimento dos padrões de segurança e qualidade — mesmo antes da instalação da primeira ferramenta.Notícias Internacionais de Aviação).

A IA também está abrindo novas fronteiras em termos de desempenho ambiental. Considere o helicóptero Airbus Racer, desenvolvido no âmbito da iniciativa Clean Sky 2 (Aviação Limpa da União Europeia,Vertical). A busca por voos mais ecológicos foi o que impulsionou o desenvolvimento do sistema de IA que permite que um motor desligue durante o voo, e é um exemplo real e poderoso de como as ferramentas de IA estão criando tecnologias mais rápidas e eficientes, que também são melhores para as pessoas e para o planeta.

A infraestrutura geral que suporta gêmeos digitais está evoluindo rapidamente. Os ambientes de gêmeos digitais estão se tornando sistemas interconectados que servem como fontes compartilhadas de verdade entre organizações inteiras.

As plataformas Skywise da Airbus e 3DEXPERIENCE da Dassault Systèmes exemplificam essa evolução. Ambas estão emergindo como polos fundamentais para a colaboração em tempo real em toda a empresa (Sala de imprensa da Airbus). Essas plataformas permitem a tomada de decisões orientada por simulação em todos os níveis de negócios.

Os números comprovam sua adoção. Mais de 370.000 clientes (12,5 milhões de usuários finais) utilizam atualmente o 3DEXPERIENCE como sua plataforma de design assistido por computador (CAD). Os clientes abrangem 12 setores em 159 países.Sistemas Dassault).

A ampla integração da plataforma sinaliza que o uso da IA, pelo menos em alguns fluxos de trabalho empresariais, agora é comum. As mesmas tecnologias generativas que transformam a indústria aeroespacial também estão remodelando outros setores, como automotivo, espacial e energético. Ferramentas de IA estão acelerando a prototipagem, reduzindo o desperdício de material e permitindo que equipes modelem sistemas complexos e testem hipóteses.

À medida que mais organizações adotam simulação, modelagem de dados e insights baseados em IA, a necessidade de uma implementação mais ampla só aumenta. Para qualquer empresa que projeta produtos, gerencia sistemas, analisa dados de desempenho ou aplica protocolos de governança, a IA oferece valor imediato e mensurável.

A tecnologia de gêmeos digitais da IA está na base da aviação. O que começou como uma ferramenta de visualização e design tornou-se um pilar de inovação para quase todos os aspectos do gerenciamento de voos e aeronaves. Em breve, a tecnologia guiará o gerenciamento do espaço aéreo em tempo real e experiências personalizadas para os passageiros. A linha entre o virtual e o físico ficará cada vez mais tênue.

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Perguntas frequentes

Há quanto tempo a tecnologia de gêmeos digitais existe?

O conceito por trás dos gêmeos digitais pode ser rastreado até o programa Apollo da NASA na década de 1960, quando os engenheiros construíram réplicas terrestres exatas de espaçonaves para simular falhas e testar cenários de missão crítica antes do voo (Servidor de Relatórios Técnicos da NASA). As raízes teóricas fundamentais vão ainda mais longe – até ao livro de David Gelernter de 1991Mundos Espelho, que previa reflexões digitais de sistemas complexos(Macaco).

As aplicações de fabricação surgiram em 2002, quando o Dr. Michael Grieves, da Universidade de Michigan, introduziu o modelo de espaços espelhados, colocando o ativo físico, a contraparte virtual e o link de dados no centro do que hoje chamamos de gêmeos digitais (MDPI).

Mas o termo “gêmeo digital” foi cunhado pela primeira vez em 2010 pelo tecnólogo da NASA John Vickers, que o definiu formalmente no roteiro da agência para replicação, simulação e manutenção de espaçonaves (EM).

Há quanto tempo a tecnologia de gêmeos digitais é usada na aviação?

Desde o início da tecnologia, os gêmeos digitais têm sido usados na indústria aeroespacial. Os gêmeos digitais foram usados pela primeira vez no programa Apollo da NASA na década de 1960 (Servidor de Relatórios Técnicos da NASA).

Outras indústrias, incluindo manufatura, automotiva, assistência médica e construção e arquitetura (AEC) não começaram a adotar significativamente a tecnologia de gêmeos digitais até a década de 2010, pois ela possibilitou tecnologias como sensores de IoT e computação em nuvem (Insights da Deloitte).

No início da década de 2020, cidades como Singapura, Xangai e Helsinque adotaram gêmeos digitais para simular infraestrutura urbana, padrões de tráfego e impactos ambientais. Ao mesmo tempo, empresas de serviços públicos começaram a adotar gêmeos digitais para monitorar redes elétricas, tubulações e sistemas de água em tempo real.Insights da Deloitte,PricewaterhouseCoopers).

Os gêmeos digitais são o ponto final para a evolução da tecnologia de IA?

Gêmeos digitais são um ponto médio, não o fim do caminho. Gêmeos digitais são fundamentais para o próximo capítulo — gêmeos cognitivos e threads digitais.École de Technologie Supérieure, ​​Pontifícia Universidade Católica do Paraná).

Gêmeos cognitivos vão além de espelhar e simular sistemas; eles usam IA e aprendizado de máquina para tomar decisões autônomas em tempo real. Esses modelos de última geração podem otimizar a produção, redirecionar a logística e até mesmo se autocorrigir sem intervenção humana. A Siemens já está desenvolvendo sistemas que combinam IA com fluxos de dados em tempo real, permitindo respostas mais inteligentes em redes industriais.Siemens Xcelerator).

A segunda fronteira é o fio digital, que conecta gêmeos individuais ao longo de todo o ciclo de vida do produto. Ao contrário dos modelos independentes, os fios digitais integram dados desde o projeto até a desativação, permitindo rastreabilidade de ponta a ponta e otimização em nível de sistema. Na aviação e na defesa, isso pode significar que os reguladores certificarão os sistemas das aeronaves virtualmente, usando simulações que substituem muitos testes físicos (Insights da Deloitte).