Como os engenheiros testam as ideias antes do início do trabalho

Os gêmeos digitais ajudam as equipes da Komatsu e a diminuir os riscos e tomar melhores decisões antes mesmo que as máquinas cheguem ao campo

A construção de equipamentos pesados deixa pouca margem para tentativa e erro. Um erro encontrado tarde demais custa tempo e materiais e pode colocar as pessoas em risco. Portanto, antes que um novo máquina comece a operar no mundo real, os engenheiros precisam de uma maneira de testar o seu comportamento nas condições mais desafiadoras. Mas como é possível testar algo antes que isso exista? Para os engenheiros como Koji Inada, a solução consiste em gerar um gêmeo digital: versões virtuais de máquinas e locais de trabalho que auxiliam as equipes a testar, aprender e melhorar antes que qualquer coisa se concretize no mundo real.

"Para minimizar os riscos, atribuo grande importância à análise minuciosa de cada detalhe durante a fase experimental, à formulação de hipóteses e à realização de verificações repetidas", afirmou Inada, engenheiro baseado na fábrica da Komatsu's, em Awazu, no Japão.

Inada ingressou na Komatsu em 2010, logo após finalizar o seu mestrado em Ciência da Produção de Materiais. Naquela época, ele esperava aplicar os seus conhecimentos na área de pesquisa em soldagem. Mas uma visita às instalações de Awazu mudou tudo.

"Fiquei impressionado ao ver a soldagem, um processo especializado, sendo automatizada em um nível tão alto", disse ele. "Essa experiência me fez perceber claramente o impacto significativo que os robôs possuem nas fábricas e despertou em mim um grande interesse."

Na Awazu, Inada utiliza gêmeos digitais para simular tanto o soldador robótico quanto o chão de fábrica em que ele opera. Isso permite que ele teste como o máquina se moverá, soldará e trabalhará ao lado das pessoas, tudo isso em um ambiente virtual. Assim que a simulação parecer correta, ela é traduzida em instruções para o mundo real por meio de sistemas desenvolvidos pela Komatsu que ajudam no monitoramento e na orientação do desempenho do robô.

O que iniciou como uma inovação local é hoje usado nas instalações da Komatsu em todo o mundo. E a experiência de Inada é somente um exemplo de como o setor de manufatura evoluiu, onde a robótica, a simulação e as ferramentas digitais agora fazem parte da resolução cotidiana dos problemas.

Na Komatsu, a inovação não se limita a criar máquinas melhores, ela abre novos caminhos para as pessoas. Em São Paulo, Francisco Denes da Silva é a prova disso. Ele começou na Komatsu do Brasil em 1997 como assistente de produção e, ao longo de 28 anos, recebeu treinamento e se tornou um especialista em soldagem robótica. Atualmente, ele é técnico de produção e ajuda a impulsionar o futuro da produção inteligente.

"Aprendi a programar e a operar os robôs e adquiri conhecimento sobre todas as suas funções", afirma ele. A sua experiência abrange atualmente todos os aspectos de um processo de soldagem automatizada da Komatsu, desde a preparação das peças de trabalho até a otimização da precisão e da produção.

Os robôs de soldagem são mais do que máquinas com braços mecânicos, explica ele, são essenciais para a produção de peças com qualidade, velocidade e segurança consistentes. "Elas garantem maior eficiência, qualidade e produtividade."

Em todo o site Komatsu, fica claro que eficiência não substitui o trabalho humano qualificado, mas o eleva. Para Da Silva, tem sido uma carreira construída com base no aprendizado contínuo e uma prova de como a automação e as pessoas crescem lado a lado.

A mesma abordagem que está reformulando o trabalho no chão de fábrica está se estendendo muito além dele também. A tecnologia de gêmeo digital está sendo usada para ajudar os clientes da Komatsu a modelar canteiros de obras, monitorar minas e avaliar o desempenho das máquinas em ambientes extremos. Em todos os casos, a intenção é a mesma: reduzir a incerteza, otimizar a segurança e oferecer às pessoas uma visão mais clara antes do início do trabalho.

Visualizar o trabalho antes de ele começar

Jason Anetsberger passou grande parte de sua carreira tentando responder à mesma pergunta: como você ajuda as equipes a tomarem decisões melhores antes que pequenos problemas se transformem em problemas de alto custo?

Ele começou a trabalhar na Komatsu como engenheiro de marketing e, posteriormente, passou a se dedicar a projetos de automação para tratores de terraplenagem e escavadeiras, usando sensores de GPS. Com o passar do tempo, esse foco se expandiu, indo além das máquinas individuais para abranger todo o canteiro de obras.

"Praticamente desde aquele primeiro ano até hoje, venho explorando como podemos combinar o digital, a automação máquina e as soluções em nuvem para garantir que estejamos disponibilizando aos nossos clientes uma maneira melhor de entregar o trabalho que realizam", afirmou Anetsberger, diretor de soluções para clientes da Komatsu na América do Norte.

Entre essas soluções, há várias que usam os gêmeos digitais para gerar uma réplica de um canteiro de obras, a fim de entender melhor o trabalho a ser realizado e o desempenho das máquinas em campo.

"Na verdade, estamos medindo e monitorando a produção de cada máquina e caminhão, quanto transportam, quanto de terra movimentam", afirmou ele. "Para que possamos enxergar, analisar e elaborar relatórios sobre isso. Mas também conseguimos, então, simular questões como: "O que esse máquina deveria ser capaz de movimentar?" E, em seguida, refletir sobre como isso se reflete nos cronogramas do projeto."

O trabalho vai além da visualização e da apresentação de dados reais, trata-se também de usar esse conhecimento para prever o futuro e auxiliar os clientes a aprimorar seu conjunto de equipamentos, afirmou Anetsberger. "Se descobrirmos que há mais 10.000 jardas cúbicas de terra a serem removidas ou um milhão de jardas cúbicas na próxima fase do projeto, de quantas dessas máquinas precisaremos?" Ou, qual seria a dimensão necessária para realizarmos isso dentro do prazo estipulado?"

Com base em conhecimentos adquiridos por meio de tecnologias digitais, a Komatsu trabalha em conjunto com os clientes para definir a melhor abordagem antes mesmo de começar qualquer trabalho de terraplenagem. 

O Smart Construction, desenvolvido em parte pela Earthbrain, com um empreendimento em conjunto com a Komatsu, reúne dados, sensores e automação para ajudar a garantir que os canteiros de obras funcionem com mais segurança e eficiência. Assim como os dispositivos inteligentes ajudam as pessoas a administrar suas casas, essas ferramentas ajudam as equipes de construção a compreender melhor seu ambiente, equipamento e o andamento das obras.

Na Earthbrain, com um empreendimento em conjunto com a Komatsu voltado para a transformação digital, o gerente de desenvolvimento global, Talha Khalid, vê o potencial dos gêmeos digitais ganhar vida por meio das ferramentas de construção inteligente. Eles podem reunir os dados do canteiro de obras, desde o terreno mapeado por drones até os movimentos máquina rastreados em tempo real, em uma única visualização intuitiva. As equipes podem monitorar as operações remotamente, se adaptar às mudanças à medida que elas ocorrem e comparar o desempenho com o plano digital para tomar decisões mais acertadas daqui para frente. Para Khalid, não se trata apenas de coletar dados, trata-se de proporcionar às pessoas uma visão mais clara do que está acontecendo no local, para que possam criar com mais segurança, rapidez e confiança.

Quando a segurança depende do que você não é capaz de enxergar

Os gêmeos digitais também são usados para ajudar a proteger as pessoas que trabalham em alguns dos ambientes mais desafiadores do planeta. Na Komatsu's Mine Site Technologies (MST), as equipes criam versões virtuais de minas subterrâneas para entender melhor o que está ocorrendo abaixo da superfície, onde a visibilidade é limitada e as condições podem mudar rapidamente. Os dados em tempo real ajudam as equipes a identificar possíveis problemas antes que se tornem riscos.

"Não há GPS no subsolo, está escuro, está úmido, é tudo isso", afirmou Ramodh Rangasamy, gerente global de produtos da MST. "O produto que está sendo desenvolvido para esse ambiente precisa ser robusto e funcionar por décadas, e não somente por anos." Esse desafio me atraiu."

Diversas minas subterrâneas estão situadas longe das áreas tradicionais infraestrutura, o que torna as comunicações confiáveis no local de trabalho cruciais. Os gêmeos digitais auxiliam a reunir os dados do equipamento, de sensores e de pessoas em uma visão única da mina. Essa visão auxilia os clientes a entender onde estão os seus ativos e o que eles estão fazendo, bem como onde estão os seus funcionários, o que estão fazendo e quais são as condições do ambiente de trabalho."

No caso de uma mina subterrânea em que um veículo autônomo não tenha retornado na hora prevista, por exemplo, explicou Rangasamy, um gêmeo digital pode auxiliar a determinar por que ele pode estar preso em determinado local, incluindo se está aguardando que outras máquinas ou pessoal liberem uma área, se houve uma avaria mecânica ou se trata de algo que exija uma intervenção mais profunda.

"Existem diversos módulos que se combinam para viabilizar esse gêmeo digital para a mina. E não se trata de softwares distintos que precisam se integrar, mas sim desse único ecossistema capaz de capturar todas essas informações e, então, começar a oferecer contexto", afirmou ele.

Por trás das máquinas

Mas talvez a maior promessa dos gêmeos digitais seja os novos horizontes a que eles podem nos levar. A Komatsu está atualmente desenvolvendo um projeto de construção de equipamento lunar, um equipamento que precisa ser completamente projetado, testado e validado antes de deixar a Terra. Como se cria o equipamento preparado para a lua antes de realmente colocá-lo na lua? Você cria um equipamento virtual e o coloca em uma lua virtual.

A tecnologia que a Komatsu usa para gerar ambientes de gêmeos digitais recorre a uma variedade de dados, incluindo condições do terreno e ambientais. Um escavadeira lunar pode ajudar agências espaciais e empresas privadas a criar bases lunares e outros projetos de construção no espaço sideral, mas a lua apresenta extremos de temperatura muito acentuados e não possui atmosfera. A reconstrução 3D da lua leva esses fatores em consideração, pois qualquer material enviado à lua precisa ser capaz de suportar essas condições extremas sem rachar ou, como pode acontecer com os metais em temperaturas extremamente baixas, fundir.

É aí que entra o equipamento virtual. Um gêmeo digital usa o equipamento como uma plataforma. Este equipamento, na vida real, pode ser usado para testar as manobras e os comportamentos. É possível realizar modificações no hardware real, uma vez que testes extensivos no ambiente digital ajudam a criar confiança nas possíveis soluções. O gêmeo digital também pode auxiliar a otimizar o gerenciamento remoto do equipamento lunar, onde a distância de 383.000 km até a lua pode gerar atrasos na comunicação de alguns segundos. Esse atraso é de aproximadamente 2,5 segundos no total, mas cada segundo é muito importante em um ambiente extremo.

A lua representa um dos ambientes mais extremos para os quais a Komatsu pretende construir o equipamento e, com o suporte da tecnologia de gêmeo digital, essa possibilidade está se tornando cada vez mais real. Em muitos casos de uso e ambientes, o trabalho virtual que está sendo realizado atualmente está estabelecendo as bases para locais de trabalho mais seguros, mais inteligentes e mais resilientes no futuro. Ao aplicar o conhecimento digital desde o início do processo, a Komatsu está ajudando a otimizar os resultados não somente para nossos clientes, mas também para as comunidades e os setores que dependem do que construímos. Os modelos podem ser digitais, mas o progresso é muito real.