A simulação de produção 3D é uma das principais tendências da Indústria 4.0. Conheça os diferentes tipos de simulação de produção, métodos de simulação e seus benefícios em nosso artigo abrangente.
Comprar máquinas de produção e montar linhas de produção e armazéns não é uma das tarefas mais fáceis do mundo. As decisões tomadas durante as fases de planeamento estabelecerão e limitarão os custos e as capacidades nos próximos anos . Se errar, você cederá a vantagem aos seus concorrentes, mas acerte e seu negócio florescerá.
Então, como você determina qual equipamento comprar e qual layout usar? Usando simulação de produção 3D .
A simulação é uma forma poderosa de reduzir riscos, avaliando múltiplas alternativas . Ferramentas de simulação de produção 3D, como as do Visual Components , permitem que os fabricantes experimentem layouts e configurações alternativas.
Eles permitem quantificar os resultados de variabilidade e incerteza. Eles fornecem informações sobre oportunidades de melhoria e são ferramentas poderosas para comunicar ideias e propostas.
Além disso, estas ferramentas ajudam a facilitar a tomada de decisões com argumentos válidos e previsões melhoradas que simplificam os principais obstáculos ao planeamento .
A ideia de simular operações de manufatura não é nova, mas só recentemente foi disponibilizado poder computacional suficiente para torná-la prática, precisa e eficiente. Este artigo fornece uma introdução à simulação de produção 3D para quem não está familiarizado com ela, descreve os diferentes tipos de simulação e explica os benefícios decorrentes de seu uso.
A importância da simulação de produção
As operações de fabricação costumam ser muito complexas. Em muitas instalações, o trabalho chega à máquina em lotes. Vamos supor que neste caso a máquina processe um item por vez. Quando todo o lote for processado, ele passa para a próxima máquina. Agora multiplique isso por uma dúzia de etapas no processo de fabricação e cinquenta lotes de produtos diferentes que exigem diferentes combinações de operações para passar pela mesma fábrica .
É difícil compreender diferentes fluxos de trabalho e filas, mas é ainda mais difícil determinar onde fazer alterações que reduzirão custos ou aumentarão a capacidade . É aqui que a simulação de produção pode ajudar a destacar gargalos e agilizar as operações diárias.
Diferentes maneiras de simular ambientes de produção
A simulação envolve a construção de um modelo para reproduzir o comportamento dependente do tempo do ambiente de produção . Isso poderia ser feito com blocos de madeira e papelão. Isso geralmente é tentado com planilhas ou pode ser feito com software desenvolvido especificamente para a tarefa. Uma vez construído, o modelo passa por quantas execuções de produção forem necessárias para responder à pergunta em questão.
Os modelos físicos podem ser uma forma eficaz de compreender um layout ou fluxos de trabalho em uma máquina específica , mas são rapidamente sobrecarregados pela complexidade e é impraticável antecipar mais do que alguns ciclos.
As planilhas são mais adequadas para examinar o impacto da variabilidade e para modelar operações em várias etapas . No entanto, eles têm várias limitações.
Algumas das desvantagens incluem:
- Eles podem rapidamente se tornar extremamente complexos
- É impossível integrar todas as variáveis e etapas da sequência de cada produto, como características físicas, por exemplo, fluxo de produto entre diferentes processos, problemas de espaçamento, ações manuais entre processos, etc. Esses problemas são comumente vistos no ambiente fabril e muitas vezes são identificados como os verdadeiros gargalos nos processos produtivos.
- É muito difícil explicar as conclusões tiradas da modelagem em planilha
O software de simulação utiliza gráficos e animações para exibir os resultados da matemática intensiva que ocorre “nos bastidores”. Isso permite que o usuário veja o que vai acontecer, o que é mais impactante do que percorrer linhas e colunas de resultados .
A simulação de produção começa com a construção de um modelo da operação de manufatura, linha, célula ou fábrica . Isto deve reflectir a realidade o mais fielmente possível: quaisquer erros reduzirão a precisão e o valor dos resultados. Ao simular uma operação existente, validar a precisão do modelo é simples: insira ou carregue um cronograma de produção recente ou especificações de máquina e veja até que ponto os resultados da simulação correspondem aos realmente obtidos .
O que complica é na construção de um layout ou modelo de operação que ainda não existe. Isto é algo que poderia ser feito para avaliar o fluxo de materiais em um armazém ou área de embalagem ainda não construído. Sob tais condições, é muito importante testar hipóteses e reunir o máximo de dados possível para garantir a precisão . Nesses casos, mesmo que o modelo não possa ser verificado em relação a dados reais, diferentes cenários ou abordagens ainda podem ser comparados entre si para obter a “solução mais provável”.
Simulação de produção 2D vs 3D
As primeiras ferramentas de simulação forneciam uma visão 2D do layout ou área que estava sendo modelada. Os processos foram representados como blocos com tempos de processo predefinidos e o rendimento do material foi calculado com base nesses tempos de ciclo.
Embora tenha sido um enorme avanço em relação à modelagem de planilhas, o layout 2D foi apenas uma aproximação grosseira da implementação física . Isso dificultou o rastreamento ou desembaraço dos fluxos de materiais e a visualização das quantidades de estoque.
Além disso, os gráficos não intuitivos o público sobre os méritos de uma proposta ; lembre-se que a simulação carecia de recursos como humanos, veículos, etc. E, talvez o mais importante, isto prejudicou a capacidade daqueles de utilizar o modelo para tomar decisões de investimento rápidas e eficazes.
Simulação 2D de uma linha de fabricação de barras de chocolate.
Como o nome sugere, as ferramentas de simulação 3D fornecem uma representação mais precisa e ainda mais realista do objeto do modelo . O 3D permite que você veja os estoques subindo e descendo e os fluxos de materiais são claros. A simulação que está sendo modelada precisa de explicação mínima para que outros entendam o que ela está lhes dizendo.
Simulação de produção com software de componentes visuais
As simulações de componentes visuais são configuradas com um fluxo de trabalho fácil e simples de usar e modelos 3D prontos para uso de uma biblioteca.
Os recursos plug-and-play permitem um design de layout mais rápido e os recursos de modelagem visual de processos permitem que os usuários gerenciem fluxos de processos sem programação complexa .
Comportamentos de simulação predefinidos em componentes permitem uma adaptação mais fácil à tecnologia por usuários de todos os níveis de habilidade . Ao mesmo tempo, a arquitetura aberta e a interface de usuário simples permitem uma personalização mais fácil em situações onde é necessário simular casos de uso especiais .
Tipos de simulação de produção
A simulação é realizada de diferentes maneiras, dependendo da aplicação e da pergunta feita. A transferência de calor, a circulação e o controle de processos industriais podem ser simulados, mas requerem ferramentas diferentes para fazê-lo.
Os principais tipos de simulação são:
- Simulação de eventos discretos
- Análise de Monte Carlo
- Simulação contínua
- Simulação baseada em agente
A técnica mais frequentemente usada para modelar operações de manufatura é a simulação de eventos discretos . Isto descreve um processo como uma série sequencial de eventos com ênfase no que o evento faz, quando ocorre e como afeta outros eventos.
A análise de Monte Carlo aplica probabilidades a algoritmos computacionais que transformam entradas em saídas. Isto permite que o gerador do modelo determine os resultados mais prováveis para um determinado conjunto de condições de entrada.
A simulação contínua é usada em processos de fluxo. O controle de feedback em sistemas de bombeamento é um exemplo técnico, mas também poderia ser usado para modelar processos de negócios.
A simulação baseada em agente modela como diferentes partes de um sistema interagem entre si. Isso poderia ser pensado como “Se X acontecer, então Y resultará” dentro de um agente. Uma simulação baseada em agentes é usada em situações onde existem muitos agentes independentes. A saúde fornece muitos exemplos, assim como a logística.
Uma análise mais detalhada da simulação de eventos discretos (DES)
Um evento é pré-programado no momento em que algo acontece na simulação e um modelo é composto por uma série de eventos sequenciais.
Cada evento é definido como uma mudança instantânea de estado, em vez de ter uma duração finita, e um evento pode desencadear ou reprogramar outros eventos. Isto simplifica o modelo, evitando a necessidade de simular atividades repetitivas ou dinâmicas entre eventos que não têm impacto nos resultados do modelo .
No modelo, as “entidades” passam pelo processo e são influenciadas pelos eventos. Em uma simulação de evento de manufatura discreta, as entidades podem ser pacotes de trabalho. Cada lote ou entidade pode ter um tamanho diferente e exigir diferentes etapas ou eventos de processamento. Não é necessário modelar o tempo necessário para usinar cada componente do lote. Em vez disso, o evento altera instantaneamente o estado da entidade, por exemplo, de não usinado para usinado. No entanto, é mantido um registro do tempo que levaria para usinar o lote, criando assim um evento quando a usinagem estiver concluída.
A fabricação assume muitas formas, sendo a produção em lote apenas uma. A simulação de eventos discretos é aplicável a todos os tipos de fabricação, desde a produção de peça única até processos de produção mistos e contínuos .
A Visual Components introduziu recursos de modelagem de processos em novembro de 2019 com sua versão 4.2 baseada em Discrete Event Simulation (DES). No DES, cada evento ocorre em um determinado momento e a simulação registra os eventos e reage de acordo.
Desafios que se beneficiam da simulação de produção 3D
Na produção, existem duas razões principais para utilizar a simulação de eventos discretos: para avaliar como uma operação responderá às mudanças nas condições de entrada ou de operação e para reduzir os riscos de reorganização ou investimento em novos equipamentos . Mais precisamente, os tipos de problemas que beneficiam da simulação podem ser divididos em:
- Identificar fatores que limitam o rendimento, especialmente em ambientes com muitos SKUs, onde os gargalos podem aumentar com o mix de produtos
- Tomada de decisão baseada em dados — por exemplo, otimização do layout de novas linhas ou instalações para minimizar o manuseio de materiais e as distâncias de transporte
- Maximize a utilização de ativos – encontre o maior ROI entre abordagens concorrentes
- Comunicar ideias – a natureza gráfica da simulação 3D torna os problemas e oportunidades facilmente visíveis, mesmo para observadores não técnicos
- Minimize o WIP ou o dinheiro de produção – cada produto inacabado, cada peça em estoque, cada produto no armazém, até mesmo cada trabalhador não totalmente utilizado, é dinheiro ocioso.
Como os usuários se beneficiam da simulação de produção 3D
Uma experiência sem riscos
É extremamente difícil fazer experiências em um ambiente de produção. Cada teste ou tentativa leva tempo para ser organizado e executado e quase sempre resultará em algum grau de inatividade da produção. Se a experiência envolver a reorganização de ativos físicos, isso pode ser caro e demorado.
A simulação permite a experimentação sem riscos e, por não interromper as operações existentes e devido à velocidade de execução do modelo, permite que mais opções sejam exploradas . Isso permite que os usuários refinem e otimizem modificações ou configurações de equipamentos antes da implementação.
Lide mais rapidamente com a incerteza
Muitos usuários consideram a simulação útil na formulação de planos para lidar com mudanças . O impacto das mudanças na gama de produtos, novos formatos de embalagem ou diferentes horários de trabalho podem ser avaliados antes de serem introduzidos. Para qualquer equipa de gestão que esteja a realizar um planeamento de contingência, a simulação é uma ferramenta poderosa e eficaz.
Melhor vender seus projetos internamente
Outra vantagem da simulação é o seu poder de persuasão . Todo mundo sabe que as imagens transmitem mais do que palavras: quando essas imagens são animadas, a mensagem é amplificada diversas vezes. Para quem está tentando explicar conceitos ou vender ideias, a simulação ajuda a esclarecer tanto o que está sendo proposto quanto o impacto que isso terá.
Menos risco, melhor ROI
Qualquer pessoa que já se perguntou se poderia melhorar a organização da produção, de uma fábrica ou de um armazém, beneficiará da simulação de produção em 3D. Melhor do que construir modelos físicos ou planilhas complexas, a simulação fornece respostas para perguntas do tipo “e se”. » .
Facilita uma melhor compreensão das operações existentes, apoia esforços para otimizar processos e implementações e comunica propostas. Mais importante ainda, reduz o risco de tentar melhorar o que já existe .
Se você está procurando uma ferramenta que o ajude a modelar suas operações de produção e determinar quais mudanças gerarão o maior retorno sobre o investimento, você deve usar a simulação de produção 3D. Entre em contato conosco para obter uma demonstração gratuita e entender como o Visual Components pode ajudá-lo.
