Simulação Digital: um dos principais pilares da Indústria 4.0

A Simulação Digital é a aplicabilidade industrial que permite testar e aprimorar produtos ainda na etapa de concepção, um dos principais pilares da Indústria 4.0.

Baseada em modelos matemáticos e representações em três dimensões (3D), a simulação digital pode ser utilizada para diversos fins. Sob uma visão geral, toda a cadeia de criação e produção pode ser simulada. Em um olhar mais granular, é possível encontrar o melhor nível de otimização no uso dos recursos, insumos e energia. 

O tempo de execução dos procedimentos é um fator que tem muito a ganhar com simulação digital. Neste artigo, mostraremos tudo o que você precisa saber para entendê-la.

O que é a Simulação Digital?

Em primeiro lugar, vamos ao que de fato é a simulação digital. De modo claro e direto, ela pode ser descrita como a reprodução virtual de processos e ambientes de desenvolvimento e manufatura fabril.

Na prática, possibilita virtualizar fielmente o funcionamento das plantas e procedimentos industriais, abrangendo funcionários, máquinas e funções operacionais. Na Indústria 4.0, a simulação digital dá às fábricas a oportunidade de se tornarem mais inteligentes e eficientes no que se refere aos seus meios de produção.

Uma de suas aplicações mais categóricas é chamada de "gêmeos digitais", que estabelece, em um campo totalmente virtual, uma representação idêntica de toda a cadeia produtiva de um produto, por exemplo.

Qual é a origem do termo?

O conceito foi originado pela proposta metodológica do matemático francês Georges de Buffon, em 1777, que foi aperfeiçoado por seu colega Pierre Laplace. Dessa união nasceu a fórmula Buffon-Laplace. 

Entretanto, o campo só foi impulsionado a partir de meados do século 20, com os avanços da tecnologia. O inglês Keith Douglas Tocher criou, em 1960, um sistema que simulava o funcionamento de uma indústria na qual o maquinário e os equipamentos tinham o seu status alternado entre ocupado, aguardando, indisponível e em erro. 

Essa sistemática foi publicada em seu livro The Art of Simulation (1963), o primeiro sobre o assunto.

Quais são os objetivos principais da aplicação desse conceito?

Obtenção de maior controle sobre os processos, otimização do resultado geral da produção, aumento na qualidade dos trabalhos, identificação e minimização de erros — basicamente, são esses os objetivos principais da simulação digital.

A premissa desse conceito está na previsão de como os processos de produção serão introduzidos na indústria, antecipando melhorias e evitando os problemas e contratempos que poderiam surgir em relação aos resultados da fábrica. 

A virtualização dos procedimentos industriais também tem como propósito ajudar os gestores a tomarem decisões mais rápidas e acertadas. Isso porque a tecnologia é associada ao uso de dados reais e coletados em tempo real. 

Quais são as características de um sistema de simulação? 

Os dados recolhidos durante os processos da indústria abastecem o sistema de simulação com as informações necessárias para a mensuração dos resultados. Antes de adentrarmos um pouco mais nas características que o envolvem, vale ressaltar que softwares como o AnyLogic e o FlexSim estão entre os mais utilizados: dependendo das necessidades do negócio, pode-se utilizar ferramentas gratuitas.

As análises de simulação consideram os intervalos de tempo e as variáveis de produção, que, quando conjugadas, são capazes de representar uma ampla diversidade de mudanças processuais. 

A metodologia de virtualização permite avaliar as variáveis randômicas e acidentais, também conhecidas como "estocásticas". Isso oportuniza maior abrangência e efetividade aos resultados.

Para isso, os procedimentos devem ser analisados integralmente, com a simulação de fatores como mão de obra, peças individuais, equipamentos, maquinários e estoque, bem como a interação entre essas partes.

Os projetos de simulação digital são semelhantes ao que já conhecemos no Lean Manufacturing. Nessa linha, estamos falando dos princípios de:

• Definir;
• Testar;
• Avaliar;
• Melhorar;
• Implementar;
• Monitorar.

No primeiro momento, são definidos os problemas que se pretende resolver, assim como os resultados ideais. É a partir de então que a prática de modelagem 3D se inicia — e é a qualidade das informações que vai determinar a confiabilidade dos modelos virtualizados.

Uma vez modelada a planta industrial, ela é analisada de forma a entender as possibilidades de aprimoramento. É importante ter em mente que não existe processo que não possa ser otimizado.  Supondo que uma otimização foi encontrada, o sistema de simulação entra em cena com tudo o que tem: a implementação dos modelos virtuais. É aqui que as "coisas" começam a ganhar corpo. 

O monitoramento é a última parte, a hora de medir, medir e medir! Esse trabalho é interminável, ou seja, não pode deixar de ser feito em momento algum, pois é por meio dele que os possíveis aperfeiçoamentos são encontrados. ​

De que forma os gêmeos digitais auxiliam na otimização dos processos produtivos?

No início do conteúdo, citamos os gêmeos digitais como uma das aplicações mais contundentes da simulação digital. No entanto, não falamos de que maneira essa tecnologia é incorporada na Indústria 4.0.

E antes que você pergunte por que ela merece ser destacada, está aqui a resposta: ela é tida como elemento básico para o movimento da quarta revolução industrial. Isso ocorre pelo fato de que um gêmeo digital possibilita criar um modelo virtual de qualquer produto, como carros, máquinas ou turbinas de avião, por exemplo. 

Em termos práticos, os gêmeos digitais eliminam a necessidade de a empresa gastar com protótipos físicos e ter que interromper seus processos internos para testes, já que tudo pode ser feito digitalmente.

Para concluir este artigo, cabe uma observação acerca dos desafios associados à simulação digital e em que momento ela se encontra no panorama da indústria brasileira. Resumidamente, o principal impasse é a falta de mão de obra especializada.

Embora já seja de interesse de muitos dos jovens engenheiros, a tecnologia ainda carece de profissionais com verdadeira expertise para implementá-la. De acordo com uma pesquisa realizada pela Confederação Nacional da Indústria (CNI), simulações e análises com modelos virtuais são presentes em somente 5% das organizações: esse número sobe para 10% quanto consideradas as empresas de alta intensidade tecnológica.