Gêmeo digital e realidade estendida : uma abordagem para interação homem-máquina como suporte à decisão em contexto industrial.

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Vitor, Rafael Ferreira
Data de Publicação: 2020
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFOP
Texto Completo: http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13042
Resumo: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação. Departamento de Ciência da Computação, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.
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spelling Gêmeo digital e realidade estendida : uma abordagem para interação homem-máquina como suporte à decisão em contexto industrial.Interação homem-máquinaRealidade virtualRealidade aumentadaRedes de PetriPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação. Departamento de Ciência da Computação, Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto.Um dos principais desafios da Indústria 4.0 é aumentar a capacidade humana dentro do chão de fábrica. Aliando a força, repetitividade, e precisão das maquinas a capacidade de discernimento humana, homem e m´maquina podem atuar em conjunto em um estado de simbiose. Neste contexto, surge o conceito de Gêmeo Digital (do inglês Digital Twin - DT) que corresponde a uma representação virtual de alta fidelidade de um objeto físico. Essa representação é capaz de retratar as características, comportamentos e estado do objeto físico de forma síncrona. Além disso, por meio de monitoramento constante, o DT pode fornecer uma análise inteligente sobre o seu funcionamento, possibilitando predições. Com isso, o DT permite que o operador tenha acesso a informações relevantes do equipamento no ambiente virtual. O DT também permite gerenciar o funcionamento do equipamento de forma assistida e segura, aprimorando a Interação Homem-Máquina (IHM) e, consequentemente, a tomada de decisão. Para garantir a efetiva interação proporcionada pelos DTs, tecnologias de Realidade Estendida (RE) como Realidade Virtual (RV) e Realidade Mista (RM) estão cada vez mais sendo associadas a esse tipo de sistema. Essas tecnologias atreladas a dispositivos vestíveis proporcionam interfaces interativas e imersivas de tal forma que possam ser adaptadas a cenários industriais. A maior parte das pesquisas em DTs podem ser divididas em três grupos: o sensoriamento de m´maquinas, tratamento inteligente da informação e interação do usuário. Contudo, a maior parte dos estudos disponíveis na literatura estão focados na coleta de dados e processamento inteligente dessa informação, faltando trabalhos que priorizem a interação humana com os DTs. A falta desses estudos dificulta a orientação de novos trabalhos que busquem desenvolver DTs mais eficientes, considerando a interação humana. Sendo assim, este trabalho busca responder a seguinte questão de pesquisa: “Como um DT pode ser implementado para aprimorar a IHM por meio de tecnologias de RE no ambiente industrial?”. Para abordar este tema, primeiramente, foi conduzida uma Revisão Sistemática (RS) da literatura com o objetivo de analisar os estudos em DTs que consideraram a interação vi com o usuário. Por seguinte, uma arquitetura foi proposta e formalizada em uma rede de Petri (PN) para discriminar o fluxo da informação em um DT com interação humana. Posteriormente, uma prova de conceito de DT foi desenvolvida utilizando a arquitetura proposta. O DT foi desenvolvido em laboratório, mas foi baseado no estudo de caso de inspeção de transportadores de correia (TC). Sendo assim, o DT desenvolvido é composto de um protótipo de TC, uma entidade inteligente e a interface de interação com o usuário. O protótipo de TC possui sensores e atuadores capazes de fornecer informação sobre o protótipo e atuar sobre ele. A entidade inteligente liga o protótipo de TC `a interface, além de processar toda informação repassada e fornecer informações relevantes. Já a interface foi desenvolvida utilizando tecnologias de RM e RV como interface de interação com o usuário. Após sua implementação, o DT foi submetido a testes de desempenho a fim de verificar o seu comportamento frente à adição de novos dispositivos a arquitetura. Como resultados deste trabalho, obteve-se que o DT desenvolvido é favorável a interação humana, uma vez que, o tráfego de informação respeita os limites ideais para uma atividade de tele operação. Além disso, a arquitetura comporta tecnologias de RE, possibilitando a sua utilização em campo (RM) ou a distancia do objeto físico (RV).One of the main challenges of Industry 4.0 is to increase human capacity within the shop floor. Combining the strength, repeatability, and precision of machines with the capacity for human discernment, they can act together in a state of symbiosis. In this context, Digital Twin (DT) concept arises, which corresponds to a high-fidelity virtual representation of a physical object. This representation can portray the characteristics, behaviors, and state of the physical object synchronously. Also, through constant monitoring, DT can provide an intelligent analysis of its functioning, enabling predictions. With this, the DT allows the operator to access relevant equipment information in the virtual environment. The DT also allows you to manage the equipment’s operation in an assisted and safe way, improving the Human-Machine Interaction (HMI) and, consequently, decision making. To ensure the proper interaction provided by DTs, Extended Reality (XR) technologies such as Virtual Reality (VR) and Mixed Reality (MR) are increasingly being associated with this type of system. These technologies linked to wearable devices provide interactive and immersive interfaces in such a way that they can be adapted to industrial scenarios. Most DT research can be divided into machine sensing, intelligent information handling, and user interaction. However, most of the studies available in the literature are focused on data collection and intelligent processing of this information, lacking studies that prioritize human interaction with DTs. The lack of these studies makes it difficult to guide new studies that seek to develop more efficient DTs, considering human interaction. Thus, this work seeks to answear the research question: “ How can a DT be implemented to improve the HMI through RE technologies on industry context? ”. To address this topic, first, a Systematic Review (SR) of the literature was conducted to analyze studies on DTs that considered the interaction with the user. Therefore, an architecture was proposed and formalized in a Petri network (PN) to discriminate the flow of information in a DT with human interaction. Subsequently, a DT proof of concept was developed using the proposed architecture. The DT was developed in the laboratory, but it was based on the belt conveyor inspection (BC) case study. Therefore, the developed DT comprises a TC prototype, an intelligent entity, and the user interaction interface. The TC prototype has sensors and actuators capable of providing information about the TC prototype and acting. The intelligent entity connects the TC prototype to the interface, processes all information passed on, and provides relevant information. The interface was developed using MR and VR technologies as an interface for interaction with the user. After its implementation, the DT was subjected to performance tests to verify its behavior when adding new devices to the architecture. As a result of this work, it was obtained that the developed DT is favorable to human interaction since the traffic of information respects the ideal limits for a teleoperation activity. Also, the architecture includes RE technologies, enabling its use in the field (MR) or at a distance from the physical object (VR).Silva, Saul Emanuel DelabridaSilva, Saul Emanuel DelabridaCardoso, AlexandrePessin, GustavoVitor, Rafael Ferreira2021-01-08T19:56:02Z2021-01-08T19:56:02Z2020info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfVITOR, Rafael Ferreira. Gêmeo digital e realidade estendida: uma abordagem para interação homem-máquina como suporte à decisão em contexto industrial. 2020. 113 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da Computação) - Instituto de Ciências Exatas e Biológicas, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2020.http://www.repositorio.ufop.br/handle/123456789/13042Autorização concedida ao Repositório Institucional da UFOP pelo(a) autor(a) em 11/12/2020 com as seguintes condições: disponível sob Licença Creative Commons 4.0 que permite copiar, distribuir e transmitir o trabalho, desde que sejam citados o autor e o licenciante. 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