Design Virtual Impulsiona Inovação em Interiores de Aeronaves

Quando passageiros desfrutam de uma bebida e um lanche em um Boeing 787 Dreamliner, seu lanche vem de uma galley feita pelo fabricante de interiores de aeronaves Jamco Corporation.

Junto com o sucesso da Jamco na fabricação de galleys, lavatórios e assentos para Boeing, Airbus e outros, veio necessidades de gestão integrada para 3,2 milhões de conjuntos de dados CAD. Apesar de ter todos aqueles dados, a empresa se viu incapaz de responder algumas perguntas básicas. Por que um produto foi projetado da maneira que foi? Por que frequentemente colocava falhas de design em uma peça apesar de sua experiência passada de mudar o CAD em outras peças para eliminar aquela mesma falha de design? Por que deletava um elemento essencial para reduzir custos apenas para ter que adicioná-lo de volta depois? Sua solução foi criar um fio digital baseado no Aras Innovator, uma plataforma de inovação de produto low-code. A plataforma permite que designers e engenheiros da Jamco no Japão, França e Estados Unidos busquem histórico de design e usem a informação relacionada para entender por que um produto foi projetado da maneira que foi e parem de repetir erros passados.

"Ao conectar resultados de busca com nossa informação, incluindo entregáveis e várias regulamentações, nossos designers podem buscar cada processo até a conclusão a qualquer momento e alcançar informação adequada no Aras Innovator sem depender de sucessão técnica entre engenheiros", afirmou Hiroshi Sakurai, em um estudo de caso. Sakurai é vice-gerente geral, divisão de engenharia e tecnologia, grupo de interiores e componentes de aeronaves na Jamco.

A plataforma e aplicações da Aras estão entre muitas ferramentas que fabricantes podem usar para criar fios digitais, que são idealmente compostos de dados associados a um produto durante todo seu ciclo de vida. Um fio digital é um log ou registro começando com os dados CAD, e pode incluir informação do PLC da máquina, manutenção feita nela, sensores, uso de energia, e mais.

A empresa, e outras, também tem ferramentas para criar gêmeos digitais, que são modelos virtuais conectados com ativos físicos usados para entender como fazer mudanças e medir os impactos daquelas mudanças sem ter que afetar o mundo real. Estes ativos podem incluir pessoas, processos, workflows e uma única máquina — ou um sistema como uma fábrica inteira. Entre outros usos, gêmeos digitais podem ajudar com planejamento de segurança e na prova de erro de uma peça na fase de design.

Geralmente, as ferramentas para construir um gêmeo digital e fio incluem aquelas já familiares na manufatura — CAD, PLM e aplicações IoT.

O Innovator é open source, enquanto suas aplicações e as de outros fornecedores são oferecidas geralmente com assinatura paga em paradigma software-as-a-service. Outras variações entre as ferramentas incluem prontas vs. personalizadas, facilidade de uso, flexibilidade, suporte para aplicações personalizadas, inclusão de apps low-code, modelos para representar elementos em um gêmeo digital, aplicações em pacote ou à la carte, e mais.

O que vários provedores amplamente concordam, no entanto, são as recompensas a serem ganhas criando um gêmeo digital, fio digital, ou ambos.

Gêmeo digital enriquece caixa de sugestões

A experiência da Jamco demonstrou a utilidade de usar um fio digital para fornecer histórico e contexto na fase de design enquanto elimina erros repetidos, tudo na busca por maior eficiência e qualidade melhorada.

Outro uso seria para manutenção, disse Craig Melrose, vice-presidente executivo de soluções de transformação digital na PTC.

"Posso fornecer a eles o entendimento e experiência de manutenção através de realidade aumentada (RA), dizendo desmonte isto primeiro, verifique este item segundo, inspecione este item terceiro", ele disse. "Se eu precisar substituir um item, aqui estão os detalhes de como substituí-lo ou reinstalá-lo. Como confirmar que está feito corretamente. Como remontar o equipamento e verificar que tudo foi feito corretamente e pronto para ligar novamente. E até itens de segurança como desligar a energia e bloquear o equipamento, esses tipos de coisas, podem todos ser entregues através de RA."

Um gêmeo digital oferece vantagens próprias.

"Os benefícios são muito maiores que o investimento", disse Zohair Mehkri, diretor de engenharia responsável por gêmeo digital na Flex Ltd., uma fabricante global por contrato de $24 bilhões. "Por exemplo, você pode ter otimização completa de seus processos, de seus edifícios, antes que qualquer coisa aconteça. Você pode mover coisas, mudar produtos, colocar novas máquinas, adicionar ou remover contagem de pessoal ou material e pode testar tudo isso no software antes de sequer pisar no chão de fábrica.

"A quantidade de tempo e esforço que gastamos voltando e fazendo tentativa e erro em processos de manufatura físicos que nos afetam financeiramente é enorme. Então a capacidade de fazer isso em um gêmeo digital é enorme."

Uma vez criado um gêmeo digital, fabricantes podem começar monitoramento, otimização e análise. Cada um daqueles passos tem seus próprios benefícios.

"Uma análise de um processo usando um gêmeo digital é muito poderosa porque não apenas descreverá seu processo, fará coisas como dizer áreas que precisam ser melhoradas", disse Mehkri. "Não tem que ser um gargalo. Pode até ser, 'Você tem espaço vazio aqui, provavelmente poderia utilizá-lo.' Ou você pode tirar uma tarefa sem valor agregado do seu processo."

A coisa chave a manter em mente é que um gêmeo digital está conectado ao modelo físico com hardware e software, ele disse. Isso pode levar a benefícios maiores devido ao loop fechado.

"Se algo acontece no sistema físico, o modelo digital deve saber que uma mudança no sistema físico ocorreu, o modelo digital deve se ajustar para refletir o sistema físico e então otimizar a si mesmo baseado na mudança e então passar aquela otimização para o sistema físico", disse Mehkri.

Se um gargalo existe, um gêmeo digital pode oferecer soluções para corrigi-lo, disse Ali Ahmad Malik, professor assistente de engenharia industrial e de sistemas na Oakland University.

"Por exemplo, em uma célula de montagem seu alvo é 1.000 unidades em um dia, mas em uma certa hora o gêmeo digital avalia e diz se você continuar trabalhando no mesmo ritmo não será capaz de atingir a meta", ele disse. "Mas não é apenas me dizendo o problema potencial que pode ocorrer no fim do dia, mas também me dá algumas soluções, porque tem a oportunidade de simular e é inteligente. Tem informação de incidentes anteriores. Sugestões podem incluir adicionar um robô ou aumentar a velocidade de um robô. Só posso alcançar isso se tiver conectividade de dados e meu gêmeo digital continuar ficando inteligente de eventos passados e aprendizado passado. Então uma dimensão de aprendizado de máquina deve ser habilitada nele."

Malik, cuja experiência com criação de gêmeos digitais é com robôs ou cobots, disse que o gêmeo também pode ajudar com balanceamento de processo de montagem. Em células de montagem, tarefas são atribuídas a humanos e robôs trabalhando juntos para construir uma montagem em uma quantidade de tempo dada para que nenhum operador fique ocioso. Antes do gêmeo digital, o processo era sempre feito manualmente.

"Com gêmeos digitais que continuamente avaliam a velocidade do robô, ele mantém o balanceamento do processo e atribui tarefas à fonte certa", ele disse. "Então toda esta atividade manual de balanceamento de processo vai para um gêmeo digital. Se você tem alta mistura, produção de baixo volume, este gêmeo digital pode ajudar muito você."

Também ajudará uma fábrica a reagir mais rapidamente a flutuações de mercado porque linhas ou células de manufatura podem ser rápida e virtualmente adicionadas, deletadas ou modificadas para reagir a mudanças em mercados, testadas via simulação e aceitas ou rejeitadas baseadas em resultados. Em indústrias reguladas, há até fala de pré-qualificar uma linha digitalmente antes de ser qualificada fisicamente.

Melrose disse que as mudanças rápidas e virtuais testadas com simulação podem manter a produção zumbindo em uma planta.

Por exemplo, Melrose disse, pegue uma planta fictícia com 10 máquinas. Trabalhadores têm dificuldade trocando peças dentro e fora de uma máquina porque são tão pesadas, então o dono da fábrica quer adicionar um assistente de elevação.

"Em vez de interromper produção, posso testar tudo isso offline em um computador para garantir que vai funcionar bem", ele disse. "Vou instalar e testar no fim de semana e ligar na segunda-feira para que possamos começar a rodar produção novamente com aquele novo item adicionado."

Acima de tudo, o que o gêmeo digital fornece é um contexto e framework para dados de sensores fluindo de uma máquina inteligente, disse Rob McAveney, CTO na Aras.

"Se você pensar sobre isso como eu tenho dois aviões diferentes com dois motores diferentes dando feedback sobre como um motor está operando vs. como o outro motor está operando", ele disse. "Esse feedback é valioso, mas é muito mais valioso se eu sei em qual aeronave eles estão instalados, onde aquela aeronave está voando, qual o histórico de manutenção daquela aeronave. Todas essas coisas são importantes em termos de analisar os dados que estão voltando daqueles sensores. Então o gêmeo digital, esse é para mim onde ele fornece o maior valor."

Apps de fio, gêmeo poderiam ser mais como CAD

Onde McAveney vê o maior desafio é em dados desconectados de sistemas díspares.

"Você tem dados em formatos diferentes que são usados por indivíduos diferentes em departamentos diferentes que nunca falam uns com os outros", ele disse. "Se eles são requeridos a fornecer seus dados, eles têm que massagear manualmente para torná-los aplicáveis às necessidades de outra pessoa."

Ter sistemas díspares em si não é ruim, é o fato de que são sistemas díspares sem conexão.

"E não quero dizer [não falam] de uma perspectiva tecnológica, quero dizer [não falam] de uma perspectiva semântica", disse McAveney. "Significando que eu tenho uma lista de materiais no PLM, tenho uma lista de materiais no ERP, e não há mapeamento, não tem ninguém sentado no meio dizendo 'Oh, aquele campo naquele sistema é o mesmo que aquele campo naquele sistema.' Precisamos garantir que estão sincronizados. Agora nem há uma conexão conceitual entre eles, muito menos uma conexão física."

Malik comparou a situação que McAveney descreveu, de dados desconectados, à de dados de vários fornecedores de software CAD.

"Por exemplo, dados do AutoCAD [uma vez] não eram exportáveis ou importáveis para o SolidWorks, mas agora é uma coisa muito normal exportar e importar dados de um CAD para outro CAD e existem formatos padrão", disse Malik. "A mesma coisa precisa ser feita nesta dimensão e não apenas dados CAD, mas também dados dinâmicos e a informação que obtemos de sistemas físicos. Agora estamos limitados à plataforma de uma empresa."

Fornecedores e usuários concordam que o primeiro e mais importante passo a dar ao usar um gêmeo digital é determinar seu objetivo e quais partes do seu sistema físico você quer modelar.

Um dono de fábrica pode simplesmente querer visualizar sua planta, disse Mehkri, e responder perguntas como: Onde estão meus materiais? Onde as pessoas gastam seu tempo? Quais são áreas de alto tráfego? Onde estão problemas em termos da linha?

"Quando você começa a visualizar aqueles tipos de desafios, então você pode ir para aquele segundo fator, que é como eu resolvo aqueles problemas, como eu otimizo aqueles problemas, ou como eu me livro daqueles problemas?" ele disse.

Melrose concordou que escolher o objetivo certo é chave.

"Empresas são avessas a risco por direito, mas em ser avessas a risco talvez escolham o caso de uso errado que é baixo valor e, potencialmente porque não têm certeza do valor, escolhem a tecnologia errada baseada em preço em vez de baseada em impacto", disse Melrose da PTC. "Eles podem entrar em purgatório de piloto."

Enquanto alguns fornecedores desencorajam personalização, pelo menos uma empresa não apenas permite personalização, ela a encoraja.

"Você é livre como cliente para aumentar aquelas aplicações com capacidades adicionais e o que a Aras faz é fornecer a habilidade para assinantes da Aras usarem aplicações como estão, aumentarem aplicações como acharem adequado, construírem novas aplicações como acharem adequado", disse McAveney. "Então é nosso trabalho garantir que todas aquelas mudanças que o cliente fez são capazes de avançar com a tecnologia.

"À medida que a Aras continua a lançar nova capacidade e novas versões da plataforma que funcionam com stacks de computação mais novos, garantimos como parte de nossa assinatura que qualquer coisa que você construa hoje funcionará no próximo ano."

Na experiência de Mehkri criando gêmeos digitais, ele confia em princípios de manufatura enxuta quando há um descompasso entre seu gêmeo e o mundo real. Listar todas as possibilidades para o que causou uma diferença é impossível, ele disse.

"Existem algumas possibilidades que podem acontecer; eu poderia ter modelado incorretamente, poderia haver erro do usuário, poderiam haver fontes de dados diferentes ou a própria fonte de dados pode ter um problema", disse Mehkri. "A forma que geralmente determinamos isso é usando o Poder do Gemba, uma técnica de Manufatura Enxuta, que é ir ao lugar onde o trabalho é feito. Indo ao chão físico somos capazes de ver e nos imergir no processo e realizar uma RCA (análise de causa raiz) no que causou a discrepância e então ir atrás disso e descobrir o problema."

Uma área que Mehkri e o resto da indústria lutam é não ter conteúdo off-the-shelf suficiente para modelar materiais, máquinas e outros elementos em um gêmeo digital. Quando não há modelo no software, o usuário tem que criar ele mesmo, o que é demorado, ele disse.

Malik disse que um usuário pode precisar de múltiplos produtos para construir seu gêmeo digital. "Talvez uma ferramenta me permita projetar quais elementos estão lá em um sistema físico", ele disse. "Outra ferramenta pode me permitir definir a dinâmica ou cinemática do sistema físico e então outro software pode me permitir integrar os dados do sistema físico no sistema digital. Então uma combinação de quatro ou cinco softwares diferentes pode me ajudar a completar um gêmeo digital."

Alguns dos nomes proeminentes entre fornecedores de ferramentas digitais têm um conjunto abrangente de ferramentas para construir gêmeos digitais, mas empresas pequenas e médias frequentemente não podem pagar ou não têm pessoas com as habilidades para usá-lo, disse Malik. Mesmo entre os maiores fornecedores, várias aplicações podem não transferir dados suavemente e facilmente.

"Mas se você pode encontrar algum software que tem mais recursos dentro de um ambiente, por exemplo Visual Components oferece simulação contínua, conectividade de dados, simulação de eventos discretos ou análise estocástica em um único ambiente", ele disse. "Essa é uma característica muito boa na minha compreensão porque então você não precisa de três ou quatro softwares."