A simulação computacional através de gêmeos digitais de produtos e processos oferece um caminho sustentável para a inovação, redução de custos e aumento da qualidade.
A simulação computacional pode ser a grande aliada para os avanços da indústria metalmecânica!
O setor desempenha um papel significativo na geração de empregos no Brasil, contribuindo para a empregabilidade em diversos segmentos da economia.
Em geral, o setor emprega uma ampla gama de profissionais, desde engenheiros e técnicos especializados até operadores de máquinas e trabalhadores da linha de produção.
A indústria metalmecânica gera uma quantidade significativa de empregos no Brasil e desempenha um papel vital na economia do país, tanto em termos de emprego quanto de contribuição para o Produto Interno Bruto (PIB).
Leia o artigo e saiba mais!
Boa leitura!
O que é a Indústria Metalmecânica?
A indústria metalmecânica é um setor que engloba empresas envolvidas na fabricação de produtos que utilizam metais como matéria-prima principal e que são produzidos através de processos mecânicos.
Essa indústria abrange uma ampla gama de atividades, desde a fabricação de peças e componentes até a montagem do produto final.
Grande parte dos produtos e componentes que fazem parte de nosso dia a dia são produzidos pela indústria metalmecânica, por exemplo:
· Automóveis e peças automotivas: carrocerias, motores, sistemas de transmissão, suspensão, freios e outros componentes;
· Equipamentos industriais: máquinas-ferramenta, equipamentos de movimentação de materiais, sistemas de automação e robótica industrial;
· Equipamentos agrícolas: tratores, colheitadeiras, implementos agrícolas e outras máquinas utilizadas na agricultura;
· Equipamentos de construção: escavadeiras, guindastes, betoneiras e outros equipamentos utilizados na construção civil;
· Ferramentas e utensílios: ferramentas manuais, equipamentos de soldagem, peças de metalurgia de precisão e outros utensílios utilizados em diversas indústrias.
Simulação no setor agro: descubra como New Holland, John Deere e outras empresas utilizaram as ferramentas de simulação computacional SIEMENS para reduzir o número de protótipos físicos, projetar melhores máquinas agrícolas e diversas outras inovações. Clique aqui e acesse agora!
Quais os principais desafios da Indústria Metalmecânica?
Os desafios enfrentados pelas indústrias mecânicas hoje são diversos e complexos, mas três dos principais são:
1. Competição global acirrada: Com o aumento da globalização, as indústrias mecânicas enfrentam uma concorrência cada vez mais intensa de empresas de todo o mundo. Isso coloca pressão sobre os preços e margens de lucro, exigindo das empresas uma constante busca por eficiência e inovação para se manterem competitivas.
2. Custos de produção elevados: Os custos de matéria-prima, mão de obra e energia têm sido uma preocupação constante para as indústrias mecânicas. A busca por materiais mais eficientes e processos produtivos mais otimizados é essencial para reduzir os custos de produção e aumentar a lucratividade.
3. Rápida evolução tecnológica: Com os avanços tecnológicos acontecendo em um ritmo acelerado, as indústrias mecânicas enfrentam o desafio de acompanhar e implementar novas tecnologias de forma eficiente. Isso inclui a adoção de automação, inteligência artificial, Internet das Coisas (IoT) e outras inovações que podem melhorar a eficiência e a qualidade dos produtos, mas que também exigem investimentos significativos em pesquisa, desenvolvimento e capacitação de pessoal.
Esses desafios exigem que a indústria metalmecânica adote uma abordagem estratégica e inovadora para permanecer lucrativa em um ambiente de negócios cada vez mais dinâmico e competitivo. Neste ponto a simulação computacional desempenha um papel fundamental.
A simulação como ferramenta de crescimento e lucro para a indústria metalmecânica
As indústrias devem abraçar a simulação computacional como uma ferramenta fundamental para o desenvolvimento de produtos e melhoria de processos por diversas razões.
Primeiramente, a simulação oferece uma representação virtual precisa e detalhada do mundo real, permitindo que engenheiros e projetistas testem cenários variados sem os custos e riscos associados aos protótipos físicos. Isso não só acelera o processo de desenvolvimento, mas também reduz desperdícios de materiais e recursos.
Além disso, a simulação computacional possibilita a otimização de produtos e processos de maneira mais eficiente. Ao realizar iterações rápidas e testes virtuais, as empresas podem identificar e corrigir falhas ou pontos fracos antes mesmo de iniciar a produção em larga escala, economizando tempo e dinheiro.
Outro benefício crucial é a capacidade de prever o desempenho futuro de produtos e processos sob diferentes condições operacionais. Isso é especialmente valioso em setores como a indústria automotiva, aeroespacial e de energia, onde a segurança e a confiabilidade são prioridades absolutas.
Além disso, a simulação computacional permite uma abordagem mais sustentável, ajudando as empresas a reduzirem seu impacto ambiental ao otimizar o uso de recursos e minimizar resíduos.
Em suma, ao adotar a simulação computacional, as indústrias podem acelerar a inovação, melhorar a qualidade dos produtos, aumentar a eficiência dos processos e reduzir custos, consolidando assim uma vantagem competitiva significativa no mercado global.
Que tipo de simulação pode ser desenvolvida na indústria metalmecânica?
Na indústria mecânica, uma variedade de simulações pode ser desenvolvida para otimizar o desenvolvimento de produtos, melhorar processos e garantir a eficiência operacional.
Algumas das simulações mais comuns são as simulações realizadas através da Análise de Elementos Finitos (FEA). A FEA é uma técnica poderosa para simular o comportamento de estruturas complexas sujeitas a diferentes tipos de cargas, incluindo:
· Simulação Estrutural Estática:
· Simulação Dinâmica;
· Simulação de Fadiga;
· Simulação Acústica;
· Simulação Térmica.
Esses tipos de simulação FEA podem ser usados separadamente ou integrados em uma análise multifísica, a depender dos requisitos de projeto e da utilização do produto.
Além disso, essas análises FEA ainda podem conter sistemas mecatrônicos, que envolve simular o comportamento mecânico combinado com componentes eletrônicos e sistemas de controle, como robôs industriais, veículos autônomos e máquinas automatizadas.
Simulação Estrutural Estática
A simulação estrutural estática utiliza cálculos computacionais avançados para avaliar como diferentes carregamentos e condições de operação afetam o comportamento das estruturas de engenharia.
Isso permite prever e otimizar a resistência, a segurança e a eficiência dos projetos.
Análise Estrutural Linear
Quando falamos de análise estrutural, é importante distinguir entre análise linear e não-linear.
A análise estrutural linear assume que a relação entre forças aplicadas e deslocamentos resultantes é direta e proporcional, sendo adequada para estruturas que operam dentro de limites onde os materiais não sofrem grandes deformações.
Em muitos casos, onde o material opera sob condições brandas, a análise linear é suficiente para garantir a segurança e funcionalidade.
Análise Estrutural Não-Linear
Por outro lado, a análise estrutural não-linear considera comportamentos mais complexos, como grandes deformações, comportamento não-linear dos materiais e de suas condições de contato, sendo essencial para entender como a estrutura se comporta sob cargas extremas ou condições específicas.
Na indústria, a análise estrutural é crucial para reduzir o tempo de desenvolvimento, minimizar o uso de material e evitar falhas, tudo isso com um número reduzido de protótipos e testes.
Isso resulta em economia de custos de produção, maior durabilidade e maior segurança.
Simulação Dinâmica
A Simulação Dinâmica estuda o movimento de sistemas mecânicos e estruturas sujeitas a forças dinâmicas.
Utilizando simulações avançadas, é possível prever o comportamento desses sistemas sob diferentes condições operacionais, como aceleração, frenagem, impacto e vibração.
A simulação dinâmica é muito utilizada para avaliar o comportamento dos corpos quando sujeitos a forças vibratórias. A depender da geometria, material e condições de fixação, essa força vibrante pode implicar em ressonâncias e respostas em frequência nos corpos que levam a mal funcionamento, ruído elevado e até quebra dos componentes.
Na indústria, a análise dinâmica é essencial avaliar os sistemas e como eles estão reagindo às cargas variantes no tempo. Podendo garantir a não ocorrência de imprevistos da peça ou sistema em análise durante seu uso. Garantindo desempenho e confiabilidade.
Simulação de Fadiga
A simulação de fadiga avalia como ciclos repetitivos de carga podem causar falhas em materiais e componentes ao longo do tempo.
Ao usar essa modelagem avançada, é possível projetar um produto para ter vida infinita ou prever a sua vida estimada para garantia de confiabilidade. Além disso, é possível avaliar a vida remanescente e dano ocorrido nos produtos que já estão em campo.
A fadiga é a principal causa de falha em campo e pode demorar anos para ocorrer. A simulação de fadiga é crucial para garantir a durabilidade dos produtos, reduzindo os custos com manutenção e reparos.
Isso aumenta a satisfação do cliente ao oferecer produtos mais confiáveis e duráveis, além de minimizar os riscos com garantias ou pausa na produção por falha no ferramental.
Acústica
A análise de acústica e vibração estuda como a vibração e o som se propagam em diferentes ambientes e materiais.
Isso é essencial para garantir que projetos de aeronaves, veículos e equipamentos industriais atendam aos padrões de conforto acústico e regulamentações de ruído e vibração.
Na indústria, isso resulta em produtos que oferecem maior conforto e satisfação aos usuários, além de cumprir com as normas ambientais e de segurança.
Térmica
A análise térmica avalia como o calor afeta o desempenho e a integridade de componentes e sistemas, como motores e eletrônicos. Além disso, também é possível simular o efeito de processos térmicos, como a soldagem.
Por meio de simulações computacionais, é possível garantir que sistemas operem dentro de faixas seguras de temperatura, assim como ver deformações e tensões indesejadas devido a dilatação térmica dos componentes.
Na indústria, a análise térmica é crucial para avaliar o comportamento preciso de componentes que sofrem variação térmica.
Deste modo, é possível aumentar a vida útil dos produtos e reduzir custos de quebra e manutenção. Isso resulta em produtos mais confiáveis no mercado, com melhor desempenho e menor índice de falhas.
MBD – Motion Body Dynamics
A simulação dinâmica de multicorpos simula e analisa o movimento de sistemas compostos por múltiplos corpos interconectados.
Esse tipo de simulação permite prever como os sistemas se comportarão em diferentes condições operacionais, otimizando o design para melhor desempenho e eficiência.
Na simulação MBD podem ser avaliados os deslocamentos, forças e acelerações geradas pelo funcionamento do sistema mecânico. Além disso, ao saber a posição correta do componente, é possível avaliar impactos e interferências entre subsistemas.
A simulação dinâmica de multicorpos torna possível descobrir com precisão os carregamentos em cada componente de um sistema em movimento.
Com esses valores, é possível realizar simulação estruturais, de fadiga, vibração e acústica. Além disso, com esses carregamentos dinâmicos também é possível avaliar o desempenho do produto durante sua utilização e auxiliar o dimensionamento de equipamentos periféricos, como bombas, atuadores, molas e amortecedores, entre outros.
Na indústria, a dinâmica de multicorpos é essencial para reduzir o tempo de desenvolvimento de novos produtos, inclusive aqueles com comportamento complexo, melhorar a precisão na simulação e na especificação de componentes, além de garantir maior durabilidade e confiabilidade dos produtos finais.
Otimização Topológica
A otimização topológica é uma técnica avançada de design que utiliza inteligência artificial para realizar simulações computacionais e com isso distribuir material de forma otimizada dentro de uma estrutura.
Ou seja, na otimização topológica, o software irá criar a melhor geometria possível para o engenheiro, de acordo com o material, limitações geométricas, processo de fabricação e desempenho desejado.
Isso permite reduzir muito o peso do componente, com o design perfeito, mantendo sua integridade estrutural e funcionalidade.
O processo de otimização pode ser utilizado em todas as simulações abordadas anteriormente neste post, garantindo que o produto tenha ótimo desempenho, avaliando todas as físicas envolvidas.
Na indústria, a otimização topológica é crucial para reduzir custos de material e produção, melhorar a eficiência do produto e diminuir o impacto ambiental. Isso resulta em produtos mais leves, mais econômicos e mais sustentáveis, que oferecem uma vantagem competitiva no mercado ao atender às demandas por eficiência e sustentabilidade.
A simulação como aliada para o sucesso na Indústria Metalmecânica
Algumas empresas atuam em uma forte concorrência de seus produtos, onde as margens são apertadas e qualquer redução de custo nos meios de produção tem resultado direto no sucesso e lucratividade de um produto vendido
Já outras indústrias atuam em ramos onde a confiabilidade, qualidade e inovação dos seus produtos são as maiores percepções dos clientes que decidem para comprar os seus produtos.
Em ambos os casos, a simulação é o meio digital que as empresas vêm encontrando para vencer seus concorrentes, além de melhorar suas margens e ter um cliente mais fiel e satisfeito com o produto adquirido.
Com a tecnologia e a mão de obra qualificada mais democrática e descentralizada hoje em dia, são vistos novos players no mercado, já que seus produtos disruptivos não necessitam de anos de experiência e testes em campos para obter confiabilidade.
Com a simulação, os testes mudam do físico para o virtual, os testes vão de meses para horas e o design ótimo é encontrado de forma rápida, chegando antes um produto perfeito nas mãos dos clientes.
JL Engenharia e Software: a melhor parceira da indústria metalmecânica
A JL Engenharia e Software é parceira SIEMENS DIGITAL INDUSTRIES SOFTWARE. Temos experiência na implantação e uso da plataforma de simulação Simcenter na indústria metalmecânica.
Entre em contato e descubra rapidamente como as soluções SIEMENS podem auxiliar sua empresa no processo de inovação.
Se preferir, solicite uma reunião para entender o que a simulação computacional pode fazer pelo seu negócio clicando aqui!
SIEMENS Digital Industries Software – Where today meets tomorrow
