Em perfeita harmonia

"O todo é maior do que a soma das partes." - O que Aristóteles sabia na Grécia antiga é mais verdadeiro do que nunca na era das fábricas inteligentes e da Indústria 4.0. Afinal, uma máquina é muito mais do que apenas uma pilha de componentes de hardware e software. Somente quando as partes trabalham juntas em perfeita harmonia, o todo pode atingir seu verdadeiro potencial. Alcançar e manter essa harmonia é onde a simulação pode fazer toda a diferença.

Qual o papel da simulação na construção de fábricas e maquinas? "A resposta é simples", diz a gerente de produto da B&R para simulação, Isabella Laasch. "É uma chave que desbloqueia a eficiência em todas as fases do ciclo de vida de uma máquina."

À medida que as máquinas ficam cada vez mais complexas, a interação entre seus componentes mecânicos, elétricos e de automação torna-se cada vez mais difícil de orquestrar. Durante o desenvolvimento e comissionamento e durante a operação, o comportamento da máquina precisa ser testado e adaptado. Essa execução em um sistema fisicamente instalado pode ser onerosa em termos de custo e dinheiro ou, em muitos casos, simplesmente impossível.

Mesmo durante a primeira fase de seu ciclo de vida - desenvolvimento - a máquina passa por vários estágios. Defeitos graves podem surgir em qualquer ponto do caminho. A "Regra do Dez" afirma que o custo de corrigir esses defeitos aumenta em um fator de 10 para cada estágio de desenvolvimento que eles passam despercebidos. Em outras palavras: quanto mais cedo você conseguir corrigir os defeitos, mais rápido e barato se torna o desenvolvimento da máquina.

Quaisquer falhas que não sejam detectadas durante o desenvolvimento se tornarão evidentes quando chegar a hora de comissionar o protótipo. "Se você chegar ao comissionamento e os problemas começarem a surgir um após o outro, isso é um pesadelo", diz Laasch. "Não só você já se deu ao trabalho de construir um protótipo, mas agora tem que dedicar valiosos recursos de desenvolvimento para a solução de problemas." Se o hardware estiver danificado, também haverá despesas adicionais e atrasos potenciais na espera por peças de reposição. Na pior das hipóteses, penalidades contratuais podem até ser incorridas se a nova máquina não puder ser entregue no prazo.

“Portanto, o que precisamos é de uma maneira de trabalhar com um modelo digital da máquina em todas as fases de seu ciclo de vida”, diz Laasch. "E a maneira de fazer isso é por meio de simulação." Ao replicar todos os aspectos da máquina em um ambiente de simulação virtual, você cria um gêmeo digital. Com a ajuda do gêmeo digital, fica fácil ver durante o desenvolvimento como os diferentes componentes irão interagir mais tarde - ou mesmo validar o comportamento de toda a máquina com comissionamento virtual.

Os fabricantes de máquinas têm uma ampla variedade de ferramentas de simulação para escolher. Algumas especializadas em modelar hardware de máquina, enquanto outras simulam processos físicos. A B&R integrou uma seleção completa de ferramentas no seu sistema de automação através de muitos anos de cooperação com empresas especializadas em simulação.

"Graças a parceiros como MathWorks, Maplesoft, machineering e ISG, nós podemos oferecer uma gama de opções de simulação e apresentar a solução ideal para cada aplicação," explica Laasch. “O principal aqui é que nossos clientes têm a liberdade de escolher a ferramenta de simulação que melhor se adapta à sua máquina. E o que quer que eles escolham, eles sabem que funcionará perfeitamente com o ambiente de desenvolvimento central da B&R."

O software de simulação da Maplesoft e MathWorks, por exemplo, facilita a criação de modelos detalhados dos componentes da máquina e simula o torque e outras forças necessárias para o projeto e dimensionamento. É fácil simular todos os tipos de condições de carga diferentes e realizar testes que, em um sistema físico, levariam muitas horas e ocupariam muitos recursos. Com os testes físicos, também existe o risco de sobrecarregar e danificar hardware valioso. Na simulação, por outro lado, você pode ver rapidamente se a máquina pode ou não lidar com uma determinada carga.

Quando se trata de simulação de processos, é aí que as ferramentas da machineering e ISG entram em jogo. Eles mostram o comportamento dinâmico de uma máquina inteira em 3D. Todos os fatores dinâmicos que influenciam o fluxo de material podem ser testados em tempo real usando o gêmeo digital. O fabricante da máquina obtém feedback visual instantâneo sobre como o comportamento do sistema é afetado por diferentes combinações de componentes da máquina. Também é possível detectar problemas antecipadamente que, de outra forma, poderiam resultar em tempo de inatividade.

Mesmo depois que a máquina foi desenvolvida e implantada, o gêmeo digital não agrega valor. No gabinete de controle, ele continua a funcionar como uma cópia virtual da máquina, usando dados operacionais em tempo real para fazer previsões precisas sobre a integridade e a vida útil restante dos componentes da máquina. “Se o comportamento da máquina real diverge do gêmeo digital - por causa de um rolamento desgastado, por exemplo - a diferença é detectada imediatamente”, explica Laasch. Os dados coletados são usados para manutenção preditiva, documentação de falhas, sistemas de manutenção remota e muito mais.

Ter uma réplica digital da máquina também abre novas possibilidades para o treinamento de operadores de máquina e técnicos de serviço. A capacidade de trabalhar com o IHM ou a própria máquina antes que ela realmente chegue ao local diminui drasticamente a curva de aprendizado.

Outro uso cada vez mais popular para gêmeos digitais é em showrooms digitais, onde os OEMs podem apresentar novas máquinas a clientes em potencial a qualquer momento, mesmo fora de eventos e feiras comerciais. Com a ajuda de fones de ouvido de realidade aumentada, o público pode experimentar a máquina digital em um ambiente realista. Todos os tipos de cenários hipotéticos podem ser explorados durante o planejamento e o desenvolvimento - entregando todos os insights sem nenhum risco.

“O gêmeo digital acompanha uma máquina por toda a sua vida”, diz Laasch. "Mas também abrange diferentes gerações de máquinas - servindo como base para atualizações e melhorias futuras." Um fabricante de máquinas pode aplicar o conhecimento obtido durante a operação para otimizar o sistema, usando o modelo de simulação para testar com segurança quaisquer modificações planejadas. Isso minimiza o tempo de inatividade ao implementar atualizações e acelera o desenvolvimento da próxima geração de máquinas.

Autor: Carola Schwankner, Editora de Comunicações Corporativas, da B&R