MANUFATURA VIRTUAL: CONCEITUAÇÃO E DESAFIOS

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1 MANUFATURA VIRTUAL: CONCEITUAÇÃO E DESAFIOS Arthur José Vieira Porto Mariea Consoni Forenzano Souza Departamento de Engenharia Mecânica SEM, Escoa de Engenharia de São Caros USP, Av. Trabahador Sancarense, 400, CEP , São Caros, SP, e-mais: [email protected] e [email protected] Caros Aberto Ravei Caterpiar do Brasi Ltda., Rod. Luiz de Queiroz, km 157, Unieste, CEP , Piracicaba, SP, e-mai: [email protected] v.9, n.3, p , dez Antonio Batocchio Facudade de Engenharia Mecânica, Unicamp, R. Mendeeiev, s/n, Cidade Universitária Zeferino Vaz, CEP , Campinas, SP, e-mai: [email protected] Resumo A Manufatura Virtua é uma nova proposta que está sendo utiizada por agumas empresas para revoucionar seus processos, visando introduzir no mercado produtos superiores, mais rapidamente e a um menor custo. A estratégia é criar um ambiente integrado, composto de diversos sistemas e ferramentas de software, com a finaidade de gerar um novo método de desenvovimento de produto. Este artigo tem por objetivo apresentar o conceito de Manufatura Virtua, bem como os paradigmas envovidos em sua definição, as apicações potenciais e os benefícios esperados. Apresenta também os sistemas de suporte às atividades de Manufatura Virtua e uma anáise dos desafios técnicos e sociocuturais para sua impementação. Paavras-chave: Manufatura Virtua, desenvovimento de produto, simuação. 1. Introdução O mercado atuamente é caracterizado por acirrada competição internaciona, por produtos cada vez mais compexos e por grande dinâmica inovadora. Juntamente com os cicos de inovação cada vez mais reduzidos, os cicos de vida dos produtos e o tempo para ançá-os no mercado são cada vez menores. Considerando esse contexto, juntamente com o grande avanço tecnoógico, cada vez mais as empresas estão buscando novas formas de acançar vantagem competitiva e introduzir novos produtos no mercado mais rapidamente e a um

2 298 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios custo menor, como utiizando, por exempo, o ambiente de Manufatura Virtua. A idéia é que esse novo ambiente proposto aborde todo o processo de desenvovimento, simuação e fabricação do produto, possibiitando a execução dessas atividades no computador, ou seja, virtuamente, antes de reaizá-as no mundo rea, independentemente do grau de compexidade da forma e da estrutura de um produto. A utiização dessas técnicas avançadas, mais especificamente da Manufatura Virtua, está sendo observada em agumas empresas, principamente dos setores automotivo e aeroespacia, e o seu conceito tem-se desenvovido em escopo, ganhado maior importância e aceitação internaciona. Exempos de empresas que vêm utiizando a Manufatura Virtua são: a Boeing, que desenvoveu o modeo 777 totamente digita antes de fazê-o fisicamente; a DaimerChryser, que produziu três veícuos recentemente usando a Manufatura Virtua; e a John Deere, que também tem usado esse novo ambiente no desenvovimento de seus produtos (WAVE, 2002). Um maior interesse, por parte do mercado mundia, por essa nova proposta pode ser verificado, principamente, devido a dois fatores: às mehorias no desempenho das tecnoogias hardware e software requeridas, cujos respectivos custos estão se tornando mais acessíveis, e aos avanços das tecnoogias de modeagem e simuação de sistemas de ata compexidade topoógica e funciona. E, quanto ao Brasi, pode-se afirmar que os conceitos da Manufatura Virtua se encontram em estágio inicia de utiização ou testes. Agumas empresas já estão reconhecendo o seu potencia, porém ainda não estão utiizando o ambiente integrado e competo proposto; o que se tem, na maioria dos casos, é a utiização de tecnoogias e ferramentas individuais, específicas para cada área, e de forma isoada. Portanto, o artigo tem por objetivo principa apresentar e divugar os conceitos de Manufatura Virtua, visando despertar a iniciativa de pesquisas, principamente no que se refere aos desafios para a sua impementação. Mais especificamente, o artigo apresenta a definição de Manufatura Virtua dentro dos paradigmas projeto, produção e controe, abordando o reacionamento entre ees. Discute também como essa nova proposta pode ser apicada e os benefícios esperados, como, por exempo, a redução do tempo de cico e do custo de desenvovimento de produto. Aém disso, o artigo aborda os sistemas de suporte às atividades dentro do contexto da Manufatura Virtua, especiamente nas áreas de panejamento do processo, gerenciamento de recursos, programação de controe numérico (CN) e vaidações (simuação e reaidade virtua). Outro objetivo não menos importante é apresentar uma anáise dos principais desafios técnicos e sociocuturais existentes para a impementação efetiva da Manufatura Virtua. 2. Conceituação e paradigmas da Manufatura Virtua De acordo com Banerjee & Zetu (2001), o termo Manufatura Virtua passou a ser utiizado em meado dos anos 90, em parte como resutado da iniciativa do Departamento de Defesa dos EUA, pois a evoução do ambiente de defesa e as estratégias de aquisição propiciaram o desenvovimento da capacidade de confirmar a manufaturabiidade e a possibiidade de novos sistemas de armas antes de comprometer recursos de produção. Até metade dessa década, os primeiros trabahos nesse campo foram reaizados por agumas organizações, principamente as indústrias aeroespacia e automobiística, aém de ser abordado como tema em aguns grupos de pesquisa acadêmica. Para os autores, a Manufatura Virtua pode ser usada em uma grande variedade de contextos de sistemas de manufatura, e pode ser definida como a modeagem desses sistemas e de componentes com o uso efetivo de computadores, de dispositivos audiovisuais e sensores para simuar ou projetar aternativas para um ambiente de manufatura visando, principamente, prever probemas potenciais e ineficiência na funcionaidade e manufaturabiidade do produto antes que a manufatura rea ocorra.

3 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez A Manufatura Virtua também pode ser definida, conforme Lawrence Associates Inc. (1994), como um ambiente integrado e sintético da manufatura exercido para mehorar todos os níveis de controe e decisão, em que: Ambiente: é o suporte para a construção e uso da simuação da manufatura distribuída pea sinergia provinda de uma coeção de ferramentas de anáise, de simuação, de impementação, de controe, modeos (produto, processo, recurso), equipamentos, metodoogias e princípios organizacionais. Sintético: mistura do rea com objetos, atividades e processo simuados. Exercido: executar a simuação da manufatura utiizando o ambiente. Mehorar: aumentar o vaor, a precisão e a vaidade. Níveis: do conceito do produto à sua disponibiização, do chão de fábrica à comitiva executiva, do equipamento de fábrica ao empreendimento, aém da transformação de materia à transformação de conhecimento. Controe: predizer os efeitos reais. Decisão: entender o impacto da mudança (visuaizar, organizar, identificar aternativas). Manufatura Virtua orientada para o projeto: fornece informações sobre a manufatura ao processo de desenvovimento, permitindo a simuação de diversas aternativas de manufatura e a criação de protótipos soft pea manufatura no computador. Consiste no uso de simuações baseadas na manufatura para otimizar o projeto do produto e dos processos em uma meta específica da manufatura, como, por exempo, DFA (Design for Assemby), quaidade ou fexibiidade. Manufatura Virtua orientada para a produção: fornece capacidade de simuação aos modeos dos processos de manufatura com o propósito de permitir avaiações mais rápidas e econômicas de diversas aternativas de processamento. Consiste na conversão do processo de desenvovimento nos panos de produção, otimizando os processos de manufatura. Manufatura Virtua orientada para o controe: consiste na simuação dos modeos de controe e processos reais, permitindo a otimização durante o cico de produção existente. Desta forma, um projeto de Manufatura Virtua propõe: prover uma estratégia para a integração de vários processos de manufatura que produzem o Método Panejado e fornecer capacidade para Manufaturar no Computador, por intermédio de um ambiente tão poderoso de modeagem e simuação que a fabricação e a montagem de um produto, incuindo os processos de manufatura associados, podem ser simuadas em um computador. Essa capacidade considera todas as variáveis do ambiente de produção, dos processos de chão de fábrica às transações empresariais, ou seja, considera as interações dos processos de produção, panejamento do processo e da montagem, programação, ogística das inhas da empresa e os processos associados, como contabiidade, compras e gerenciamento. O escopo do projeto da Manufatura Virtua engoba três diferentes paradigmas, dentro dos quais ea é definida. São ees: A Figura 1 apresenta o ambiente da Manufatura Virtua proposto e a inter-reação entre seus paradigmas. Em resumo, o paradigma orientado para o projeto fornece um ambiente para que os projetistas projetem os produtos e avaiem sua manufaturabiidade e viabiidade. Os resutados deste paradigma incuem basicamente: informações sobre a manufatura, modeo do produto e protótipos soft. Visando manter a competência da manufatura sem construir produtos reais, o paradigma orientado para a produção fornece ambiente para a geração de panos de processo e de produção, para o panejamento de recursos necessários e para a avaiação desses panos. Fornecendo capacidade para simuar os sistemas produtivos existentes, o paradigma orientado para o controe oferece ambiente para a avaiação de projetos de produtos novos ou revisados em reação às atividades de chão de fábrica.

4 300 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios Coaboração/Gerenciamento do Fuxo do Trabaho Manufatura Virtua Conceito Projeto Ferramenta DFM para: - Otimizar o projeto, identificar probemas em potencia, predizer a manufaturabiidade e disponibiidade Informações de Manufatura Protótipo Virtua Modeo do Novo Produto Pano(s) de Processo Produção Otimizar a utiização dos recursos disponíveis Gerar/avaiar as aternativas dos panos Vaidar novos panos de processo Novo Pano de Processos e Informações Associadas Controe do Processo Otimizar desempenho de controe do chão de fábrica e dos processos de manufatura (simuar) Pano Virtua de Produção Custos Estimados Quaidade Estimada Método Panejado Manufatura e Execução Desenvovimento Figura 1 Ambiente da Manufatura Virtua. Fonte: Porto & Pama (2000). 3. Apicação potencia da Manufatura Virtua e seus benefícios Existem diversas áreas nas quais a Manufatura Virtua pode ser apicada. De acordo com Lee et a. (2001), as suas apicações incuem principamente a anáise da manufaturabiidade de uma peça ou de um produto; a avaiação e vaidação das possibiidades dos panos de processos e de produção; e a otimização dos processos de produção e do desempenho do sistema de manufatura. Desde que a Manufatura Virtua utiize modeos baseados nas instaações reais da manufatura e dos processos, ea fornecerá não apenas informações reais sobre o produto e seus processos de manufatura como também permitirá a avaiação e vaidação destes. Aém disso, ea pode ser usada para prever os riscos do negócio, fornecendo suporte à administração na tomada de decisões e no gerenciamento da estratégia de uma empresa. Dentre suas apicações destacam-se: Avaiação da viabiidade de um projeto do produto, vaidação de um pano de produção e otimização do projeto do produto e dos processos, resutando na redução do custo no cico de vida do produto. Teste e vaidação da precisão dos projetos do produto e dos processos, envovendo atividades como, por exempo, anaisar a

5 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez possibiidade do projeto do produto, reaizar anáise dinâmica das características, verificar a trajetória da ferramenta durante o processo de usinagem, vaidar programas de controe numérico, checar probemas de coisão na usinagem e na montagem, etc. Reaização de treinamento por intermédio de um ambiente virtua e distribuído para os operadores, técnicos e gerência no uso das instaações de manufatura. Os custos de treinamento e produção podem, assim, ser reduzidos. Diversos benefícios derivados da utiização da Manufatura Virtua podem ser citados. Segundo Lee et a. (2001), o principa benefício esperado é a redução do tempo de cico e do custo de desenvovimento de produto. Quando novos sistemas ou produtos são desenvovidos, os custos do cico de vida são determinados por diversas decisões tomadas nas primeiras etapas do cico de desenvovimento (fase de definição do conceito). Corrigir erros encontrados nas etapas finais do processo de desenvovimento, causados por decisões tomadas nas etapas iniciais, envove mudanças no projeto que consomem tempo e custo. Mesmo que as mudanças necessárias sejam pequenas, o efeito de rede pode ser substancia (Committee, 1999). Uma forma de reduzir o tempo e o custo de desenvovimento é desenvover ambientes de Manufatura Virtua que permitam aos projetistas determinar rápida e precisamente como os projetos propostos afetarão o desempenho dos novos sistemas e produtos e como as mudanças afetarão as perspectivas de sucesso da missão. Este ambiente permitirá o desenvovimento e a prototipagem de mais modeos baseados em computador nas etapas iniciais do processo de desenvovimento do produto, reduzindo a necessidade de construir um grande número de protótipos físicos nas etapas posteriores do processo de desenvovimento para vaidar modeos do produto e novos projetos. Assim, a empresa reduz seu tempo de desenvovimento de produto, como, por exempo, a Embraer que, utiizando protótipos virtuais no desenvovimento do ERJ 170, passa a competar seu processo de desenvovimento em 38 meses, enquanto foram necessários 60 meses para desenvover o modeo ERJ 145 (Embraer, 2002). Aém disso, a Manufatura Virtua compementa o processo de desenvovimento integrado do produto e do processo, pois proporciona uma maneira de as informações da manufatura serem passadas às fases iniciais do desenvovimento (Lin et a., 1995). Em outras paavras, ea proporciona a introdução de um níve muito mais preciso e verificáve de as informações da manufatura estarem disponíveis nas fases iniciais do processo de desenvovimento, permitindo a expansão do espaço de souções disponíveis na fase de projeto, pois tornará possíve a verificação rápida de projetos. O objetivo é expandir o espaço de decisões, capacitando o projetista para a avaiação mais efetiva dos custos de diversos projetos via simuação de diversas aternativas de manufatura e criação de protótipos soft pea manufatura no computador. Segundo estimativas da montadora Ford, que já vem apicando técnicas de Manufatura Virtua, os resutados esperados compreendem redução de 20% nas ocorrências de mudanças na manufatura durante o ançamento de novos produtos e redução nos custos de mais de U$ 200 mihões anuamente (TMR, 1998). A Manufatura Virtua pode proporcionar também a incusão do ciente e de seus requisitos no processo de desenvovimento e gerar, assim, mehor resposta às perguntas e se dos cientes sobre as mudanças nos prazos de entrega e orçamentos. Aém disso, faciita a integração funciona dentro das empresas, promovendo o compartihamento de informações e mehorando o reacionamento do trabaho interfunciona dentro do processo de desenvovimento (Lawrence Associates Inc., 1994). Outra contribuição importante é na formação da Empresa Virtua. Segundo Lin et a. (1995), a Empresa Virtua é uma rede mutidiscipinar de pequenas empresas formada para acançar oportunidades de desenvover e produzir um produto específico. Os membros dessa empresa, para satisfazer uma necessidade de mercado,

6 302 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios podem compartihar suas competências, ferramentas de software, dados e informações do produto com outros membros em um ambiente de Manufatura Virtua. Com o uso desse ambiente virtua e coaborativo, os cientes podem participar do processo de desenvovimento de produto e os engenheiros de projeto podem responder mais rapidamente às necessidades dos cientes e hes fornecer uma soução ótima, reduzindo, dessa forma, o tempo de cico e os custos de desenvovimento. E, conseqüentemente, a vantagem competitiva de uma empresa no mercado pode ser mehorada. Como iustração, pode-se citar o caso da Boeing, que também utiizou a Manufatura Virtua para o desenvovimento do modeo 737. Nesse processo, a empresa desenvoveu o protótipo virtua, incorporando as eis físicas e da ciência dos materiais, e avaiou esse modeo por meio da simuação no túne de vento virtua. Como resutado, os engenheiros puderam testar uma quantidade muito maior de protótipos, a um custo menor e com maior veocidade. Aém disso, na medida em que a empresa moveu suas atividades de desenvovimento do mundo rea para o virtua, ea passou a envover os cientes no desenvovimento da aeronave, compartihando informações por intermédio da simuação via computador (Baceiro & Cavacanti, 1999). Porém, para que o desenvovimento desse ambiente seja possíve, agumas características e funcionaidades são requeridas dos sistemas a serem utiizados. A seguir, são apresentados os principais sistemas de suporte às atividades, dentro do contexto da Manufatura Virtua. 4. Sistemas de suporte às principais atividades na Manufatura Virtua O ambiente de Manufatura Virtua compreende: a utiização de sistemas para a eaboração dos panos de processos macro e detahado, tanto de processos de fabricação como de montagem, todas as atividades de identificação de recursos de máquinas, ferramentas e dispositivos, a programação de controe numérico de máquinas de usinagem, robôs, máquinas de medição, simuação e reaidade virtua. Busca-se, segundo Porto & Pama (2000), a integração de dados e sistemas e a padronização de ferramentas e programas. Não há um único produto que domine o mercado da famíia de softwares que compõem este novo ambiente, e como os pacotes variam consideravemente em muitos aspectos custo, funcionaidade, fexibiidade, faciidade de uso e pataforma, a seeção das ferramentas deverá ser direcionada para aqueas que permitam: mehorar a tecnoogia para obter recursos; associatividade gerenciáve; reduzir a recriação de geometria, em que os projetos de produtos, máquinas, ferramentas e outras entidades são baseados em modeagem sóida; eiminar desenhos em pape; trabaho em paraeo, ou seja, simutâneo; integrar ferramentas de software de ERP (Enterprise Resources Panning); acesso de fornecedores usando o Porta Web; usar modeos em fase de desenvovimento (trabaho em processo); fuxo de trabaho integrado com sistemas de gerenciamento de projeto. Pode-se afirmar que existem souções isoadas ou parciais para cada uma das tarefas reacionadas ao ambiente de Manufatura Virtua. A seguir, são apresentadas características funcionais básicas desejadas desses sistemas para cada um dos principais grupos de tarefas, istados na Figura 2.

7 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez Panejamento do processo Processo de seeção de operações Processo de seqüenciamento de operações Características diversas Vaidações Verificação CN Vaidações discretas Vaidações ergonométricas Gerenciamento de dados Gerenciamento de recursos Programação CN Seeção de máquinas Seeção de ferramentas Layout da fábrica Requisitos de mão-de-obra Centro de usinagem Tornos Máquinas de medição Panejamento de configurações Geometrias por operação Robótica Figura 2 Principais atividades a serem cobertas peos sistemas no ambiente de Manufatura Virtua. 4.1 Panejamento do Processo O sistema de Panejamento do Processo é a apicação centra que permite aos engenheiros de manufatura eaborarem o processo competo de manufatura e identificarem os eementos que definem os produtos. Um modeo genérico de dados do processo de manufatura é um componente essencia de ta apicação. O modeo de dados deve dar suporte ao panejamento macro e detahado dos processos. Um ambiente integrado de manufatura engoba dados do processo que descrevem como os produtos são fabricados usando os recursos disponíveis. Isto impõe que o modeo de dados proposto habiite a coaboração de dados do produto, dados do processo e dados dos recursos. A Figura 3 mostra as atividades básicas envovidas no desenvovimento do Panejamento do Processo. O sistema para o desenvovimento do Pano de Processo, integrado a outras apicações específicas, deve permitir ao usuário eaborar as instruções detahadas de trabaho para um processo de operação específico, como, por exempo, tratamento térmico, soda por robô e usinagem. As principais funcionaidades que os softwares devem proporcionar são: Definir necessidades geométricas habiidade de definir requisitos baseados no projeto do produto (arquivo CAD) e necessidades não geométricas habiidade de definir o consumo do materia que não é detahado no projeto do produto. Criar istagem de materia de manufatura (MBOM) e informações associadas, como istagem das estações de consumo e datas de efetivação.

8 304 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios Incusão de especificações e interpretação Seeção de máquinas e seqüência de operações Arquivos de máquinas Arquivos de dados Seeção do processo primário Seeção de ferramentas Arquivos de ferramentas Determinação das toerâncias de produção Seeção do método de quaidade Arquivos de dispositivos Seeção de dispositivos de fixação Móduo de tempo e custos Tempos padrões Reação de procedência Seeção e agrupamento de operações Edição da foha de processo detahado Figura 3 Atividades básicas do Panejamento do Processo. Fonte: Haevi &Wei (1995). Panejar o ponto de uso (como componentes comprados devem ser entregues ou armazenados). Definir roteiro primário (seqüência primária de operações a serem reaizadas). Definir máquinas e estações para fabricação/ montagem e suas configurações (setups). Definir istagem de materia processado (componentes consumidos em uma operação). Determinar submontagens para mehorar o processo de manufatura. Definir seqüência reativa de operações, tempo de cico de cada operação e instruções textuais e gráficas. Emitir o Método Panejado. Eaborar instruções detahadas de primeiras operações (corte e dobra de chapas), sodagem, pintura, tratamento térmico. Apicar tempos-padrão. Um exempo de apicação é mostrado na Figura 4, em que as principais funcionaidades anteriormente apresentadas, incuindo imagens em diferentes formatos, descrição detahada da operação a ser executada, dados do oca de execução da operação, tempos-padrão e de setup, podem ser observadas. Diversas ferramentas para o panejamento do processo podem ser encontradas no mercado, como, por exempo, o em-panner da Tecnomatix e o E-Factory Process Panner da UGS/EDS. 4.2 Gerenciamento de recursos Neste contexto, recursos incuem máquinas de controe numérico, máquinas de manuseio manua, espaço no chão de fábrica, céuas de fabricação e montagem, equipamentos especiais, dispositivos de suporte e requisitos de mão-de-obra (especiaização do trabaho e carga de trabaho). As principais funcionaidades requeridas desses sistemas são: Avaiar recursos de chão de fábrica para determinar se são suficientes para atender às necessidades do Método Panejado. Eaborar o ayout da fábrica. Gerenciar ferramentas e caibradores. Seecionar ferramentas e caibradores simiares e existentes: verificar a existência de ferramentas e caibradores; pesquisar a disponibiidade nos amoxarifados; usar referências do modeo geométrico e requisitos da manufatura.

9 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez Figura 4 Exempo de um sistema de Panejamento do Processo. Fonte: HMS (2000). Projetar ferramentas e caibradores. Soicitar serviços de projetos de ferramentas e caibradores. Escrever ordens de serviços para a execução de atividades no chão de fábrica não especificadas no Método Panejado. Definir ocaizações de ferramentas e caibradores no chão de fábrica. Reaizar a comunicação com o sistema de controe de chão de fábrica (MES Manufacturing Execution System). Um exempo de software nessa área é o E- Factory Resource Manager da UGS/EDS, que provê um mecanismo integrado para cassificar e armazenar informações de recursos de manufatura, incuindo ferramenta, dispositivos, caibradores, máquinas e equipamentos. 4.3 Programação de controe numérico De maneira gera, os programas de controe numérico devem ser criados e simuados em um ambiente virtua 3D, usando modeos visuais para eiminar coisões da ferramenta ou ponta de prova, assim como probemas de programação que podem estar presentes, antes de executá-os fisicamente no equipamento. As funcionaidades de programação de controe numérico reatadas neste item engobam apicativos nas seguintes áreas: Programação de centros de usinagem. Programação de robôs (soda, pintura, montagem, corte). Programação de máquinas de medição por coordenadas (MMC). Como operações de manufatura demandam maior eficiência, os softwares CAM empregados para usinar ou medir devem apresentar ferramentas mais precisas para o corte ou medição de peças compexas. As novas tendências em software CAM são: Associatividade competa entre a geometria do modeo e os caminhos das ferramentas (programação CN) e ponta de prova.

10 306 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios Usinagem ou medição baseada no conhecimento (captura técnicas de usinagem de um operador experiente ou de um programador de controe numérico). Conhecimento de feature, que permite ao sistema automaticamente reconhecer features da peça e configurar padrões de operação. Usinagem de ata veocidade, com reaização de cortes pequenos e eves em vez de grandes e pesados. Capacidade de usinagem e medição de modeos sóidos. Essas novas tendências requerem o uso de modeos sóidos ou superfícies de precisão. O uso dessas novas tendências em CAM, em conjunto com a simuação de processos, pode reduzir drasticamente o tempo de programação e a correção de erros. interativas de simuação no treinamento e vendas. No futuro, modeos de simuação se desenvoverão como o conceito de um sistema se desenvove, crescerão como cresce o projeto em detahes, suportarão atividades de vaidação da integração do sistema como o sistema rea é construído e instaado e suportarão a tomada de decisões durante o estágio de operação do sistema rea. À medida que o sistema rea é modificado, modeos de simuação correspondentes são atuaizados. Os sistemas de simuação para suporte às atividades de Manufatura Virtua podem ser distribuídos em quatro grandes grupos: Simuação de sistemas de manufatura. Simuação de processos de manufatura. Simuação de sistemas mecânicos. Simuação de eementos finitos. Os softwares de simuação de sistemas de manufatura incuem: 4.4 Vaidações Vaidações de processos e sistemas de manufatura, de programação CN, de ergonomia e de eventos discretos podem ser reaizadas com a apicação de softwares de simuação e reaidade virtua Simuação As empresas do setor automobiístico têm usado cada vez mais a simuação como uma proeminente ferramenta de suporte à decisão. A maioria faz uso da simuação de eventos discretos para modear sistemas de manufatura e em questões reativas ao ayout de fábrica, fuxo de processo, sistemas de manuseio de materia, panejamento de capacidade, utiização de mãode-obra, investimento em novos equipamentos, programação da produção e ogística. De acordo com Jain (1999), a simuação se tornará a forma de fazer negócios no futuro, na qua todas as decisões serão avaiadas usando essa tecnoogia em todos os aspectos das operações. O uso da simuação não tem se imitado às apicações tradicionais na manufatura e ogística, e cada vez mais engoba processos de negócios, apicações Processos de fabricação e de montagem, os quais fornecem um método sistemático para o projeto de fábrica (criação, anáise e apresentação visua do modeo), habiitando a engenharia simutânea de toda a fábrica. Pode-se citar, como exempos, o VisFactory da UGS/EDS e o DELMIA Process Enginer. Anáise de fuxo de materia e ayout de fábrica, integrando desenhos de fábrica e caminhos do fuxo de materia com dados de produção e manuseio de materia, possibiitando prever o desempenho do sistema e entender o impacto de possíveis mudanças. Exempos de softwares nessa área são o em-pant da Tecnomatix, o FactoryFow e o FactoryCAD da UGS/ EDS e o Factor/AIM da Pristsker. Eventos discretos, que permitem modear questões compexas de manuseio de materia e manufatura, provendo animações em escaa rea 3D enquanto o modeo está sendo executado. Como exempo de softwares pode-se citar o AutoMod da Autosimuations, o Quest da Demia, o Witness da Lanner Group Ltda. e o Arena da Rockwe.

11 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez A simuação de processos de manufatura e de sistemas mecânicos engoba: Programação de controe numérico, que simua interativamente o processo de remoção de materia e o caminho da ferramenta e detecta automaticamente coisões de ferramentas, interferências entre peças e condições de corte inadequadas. Aguns softwares disponíveis nessa área são o Vericut da CGTech, o Virtua NC da Demia e o NC Simu da Spring. Programação de robôs, para o desenvovimento, programação e otimização de apicações em pintura, MMC, soda e céuas de manufatura, como, por exempo, o UtraArc e o UtraPaint da Demia, o CimStation Robotics e o CimStation Inspection da Sima. A simuação de eementos mecânicos utiiza principamente o método de eementos finitos para verificar se as aterações nas condições de usinagem não resutarão em esforços que comprometerão a quaidade de forma e de acabamento da peça. Uma imitação dos softwares de simuação da Manufatura Virtua é que, para a grande maioria dos casos, diferentes tipos de ferramentas de simuação simuação de eventos discretos, simuação de fuxo de materia, simuação de céuas de trabaho operam independentemente umas das outras Reaidade Virtua A Reaidade Virtua, por sua vez, também é uma tecnoogia-chave no desenvovimento do produto e no processo. A Reaidade Virtua pode ser definida como a habiidade em criar e interagir no espaço cibernético, isto é, um espaço que representa um ambiente muito simiar ao ambiente em torno de nós (Banerjee & Zetu, 2001). De fato, a reaidade virtua e a simuação podem ser utiizadas em diferentes áreas, incuindo a Manufatura Virtua, mas há diferenças entre eas. Ambas, simuação e reaidade virtua, são ferramentas que podem ser usadas para anáise e teste de materiais, treinamento de pessoas e projeto e impementação de novas idéias e conceitos (NASA, 2001). Uma distinção importante entre eas está na forma de operação da tecnoogia. A reaidade virtua freqüentemente requer mais interação física da parte do usuário, enquanto a simuação é tipicamente mais passiva. A Reaidade Virtua é um processo táti, incorporando uvas, controe joysticks, teas em capacetes, ócuos estéreo 3D e paredes e teas para projeção de vídeo. A simuação envove software de visuaização com gráficos de ata resoução, usando modeos CAD 3D que operam em estações gráficas de ato desempenho. Ambas podem ser usadas em conjunto por projetistas e engenheiros para criar praticamente quaquer tipo de mundo artificia. Nesses ambientes digitais, diversas situações do mundo rea, variáveis e reações podem ser dupicadas. A principa vantagem dessa tecnoogia é o desenvovimento e anáise do projeto coaborativo, habiitando grupos de engenheiros a visuaizar e manipuar, em tempo rea, um objeto virtua tão facimente como seria com um objeto físico. Para dar suporte à criação de ambientes virtuais, diversas ferramentas de software estão disponíveis no mercado, como dvise, Superscape e Word Tookit. A Reaidade Virtua tem sido usada por empresas como a Genera Motors e a Caterpiar para a construção de protótipos digitais de veícuos, em vez de protótipos físicos, reduzindo significativamente o tempo de desenvovimento de produto. A BMW usa a Reaidade Virtua para exporar a visuaização de novos ayouts de veícuos com o objetivo de mehorar a comunicação e a simuação dos processos. A Ros Royce Aeroengines and Associates usa essa tecnoogia para verificar antecipadamente os procedimentos de manutenção, treinar os engenheiros de manutenção em novos procedimentos e visuaizar ambientes compexos (Peng et a., 2000). A Embraer utiiza o Centro de Reaidade Virtua no desenvovimento de uma aeronave, o qua permite aos engenheiros visuaizar, em três dimensões, por meio de modeos eetrônicos, toda a estrutura da aeronave em fase de projeto. A empresa usa o

12 308 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios WorkWa da Fakespace Systems, que é uma soução de visuaização idea para apresentações em grupo e projeto coaborativo. Quando usado com um software de modeagem 3D como o CATIA da Dassaut Systems, e visuaizado usando o DMU Navigator da Dassaut Systems e Division Reaity da PTC, o WorkWa torna mais fáci para as equipes mutidiscipinares avaiarem mock-ups digitais e protótipos virtuais nas etapas iniciais do cico de projeto. Para os cientes, fornece fáci entendimento do ayout do modeo e das opções de configuração, faciitando decisões de compra (Fakespace, 2002). Com o Centro de Reaidade Virtua e o CATIA, pode-se detectar, corrigir e eiminar fahas eventuais e montagens incorretas antes que quaquer peça ou conjunto seja encaminhado para a produção. A prototipagem virtua e a visuaização reduzem significativamente o tempo de ançamento de uma nova aeronave no mercado e o retrabaho durante o projeto, juntamente com a expansão das inhas de produto e da capacidade de produção. 5. Principais desafios na impementação da Manufatura Virtua Embora o desenvovimento da Manufatura Virtua possa ser considerado uma evoução de diversas tecnoogias e do ambiente de negócios, existem diversos desafios técnicos e sociocuturais que dificutam sua impementação, como: integração das ferramentas, sistemas e dados; gerenciamento das informações; gerenciamento da configuração; veocidade operaciona do sistema; know-how em manufatura, modeagem e representação; capacidade de aprendizado e aquisição de conhecimentos; questões cuturais, de gerenciamento, econômicas e de treinamento. Um dos principais desafios técnicos para acançar um ambiente idea de Manufatura Virtua refere-se à necessidade de acançar um eevado níve de integração das ferramentas, sistemas e dados presentes nesse ambiente, conforme apresentado na Seção 4. Um processo de desenvovimento de produto efetivo deve baancear diferentes fatores, como requisitos dos cientes, desempenho, custo, segurança, integração do sistema, manufaturabiidade, confiabiidade e manutenibiidade. Softwares reevantes para a Manufatura Virtua têm sido desenvovidos como uma coeção de ferramentas individuais com pouca ou nenhuma igação entre eas. A integração entre ferramentas de software é uma área de ativa pesquisa acadêmica, industria e governamenta, porém, souções apicáveis não estão totamente disponíveis para uso operaciona (Committee, 1999). Os probemas de integração são causados por diversos fatores. Um dees diz respeito à incompatibiidade das ferramentas de software. A menos que a interoperabiidade tenha sido um objetivo específico do processo de desenvovimento de software usado para criá-o, para a maioria das empresas desenvovedoras a interoperabiidade tem obtido pouca prioridade. Vendedores de softwares comerciais tendem a operar em segredo para proteger as informações, especiamente quando um novo produto está sendo desenvovido. A incompatibiidade também ocorre, pois, na maioria das empresas, engenheiros e gerentes buscam no mercado a mehor soução para cada apicação específica, ou, então, quando essas souções não estão disponíveis comerciamente, são desenvovidas in house peo próprio usuário. Como resutado, as organizações não podem ter suas ferramentas trabahando de forma integrada. O objetivo de mehorar o desempenho e a eficiência de produtos e processos individuais encoraja a proiferação de novas ferramentas e, conseqüentemente, resuta na fata de interoperabiidade entre eas. Essa fata de interoperabiidade inibe o uso de ferramentas tradicionais em ambientes de Manufatura Virtua, os quais, por natureza,

13 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez requerem ato grau de integração. Mehorar a interoperabiidade das ferramentas de software é uma atividade compexa, principamente devido à geração de um custo, às incertezas sobre o retorno no investimento e às dinâmicas psicoógica e socia das organizações. Porém, a mehoria é essencia, pois a fata de interoperabiidade resuta em eevados custos para a empresa. Um estudo reaizado recentemente por uma das principais montadoras do setor automotivo reveou que a fata de interoperabiidade tem custado para as empresas desse setor entre U$ 200 mihões e U$ 400 mihões por veícuo desenvovido. A fata de eficiência na troca de dados do produto com empresas da cadeia de fornecimento tem gerado custos de U$ 1 bihão por ano para a indústria (NIST, 1999). O mesmo probema de integração se apica aos sistemas hardware. Sistemas fornecidos por diferentes vendedores às vezes são incompatíveis, e softwares escritos para sistemas hardware de um vendedor podem ser incompatíveis com sistemas de outros vendedores. Padrões têm sido usados em muitos campos para prevenir ou corrigir probemas de interoperabiidade associados com, por exempo, interfaces de ferramentas, arquivos e terminoogia e definições de dados. Aguns padrões são formamente aprovados por apicações industriais. Porém, para assegurar eficiência operaciona de um ambiente de Manufatura Virtua, é necessário estabeecer um padrão de dados único ou, ainda, um software para a conversão de dados, faciitando, dessa forma, a troca de dados entre sistemas desse ambiente. De acordo com Lee et a. (2001), embora muitos padrões sejam desenvovidos pea organização ISO, as empresas continuam usando padrões de dados e software diferentes, gerando probemas para utiização da Manufatura Virtua pea Internet. Uma forma de criar um ambiente atamente integrado é peo uso de arquiteturas abertas que permitam a inserção de novos eementos, usando interfaces projetadas de acordo com padrões predefinidos. Essa aternativa reduz o custo de impementação e treinamento, pois possibiita que sejam reaizadas mudanças nas capacidades dos sistemas com mínimo impacto e por meio de interfaces com usuário. Aém disso, mesmo que novas ferramentas e sistemas sejam atamente interoperáveis, a Manufatura Virtua somente se tornará reaidade quando for efetivamente integrada com ferramentas e sistemas egados, principamente no caso de utiizar essa proposta em um ambiente de desenvovimento de produto já existente. Outro fator que dificuta a integração de ferramentas, sistemas e dados é que, aém de integrar seus processos internos, as empresas devem considerar toda a cadeia de fornecimento, bem como o envovimento de fornecedores no processo de desenvovimento do produto e processo. Assim, interfaces externas estão se tornando tão críticas quanto interfaces internas, e sistemas de engenharia e projeto devem ser integrados aém dos imites organizacionais. Por exempo, a DaimerChryser recomenda que os fornecedores de primeiro níve usem o mesmo software CAD/CAM (Committee, 1999). Outro desafio é o gerenciamento das informações. Primeiramente, porque, com a Manufatura Virtua, novos projetos e processos são construídos, anaisados e testados em um ambiente simuado. Conseqüentemente, há a geração de grande quantidade de informações, pois a coeta de dados de teste não é imitada a um produto ou processo físico. Segundo, porque a integração não só deve ocorrer entre diferentes e independentes bancos de dados para informação e conhecimento dentro da empresa como também entre bancos de dados de fornecedores, cientes e outras empresas. É necessário estabeecer uma base de dados competa para dar suporte à operação da Manufatura Virtua. As tecnoogias para gerenciamento de banco de dados têm acançado sucesso substancia e as bases de conhecimento para tecnoogias de manufatura estão se expandindo bastante. Porém, uma pequena porção desses recursos está sendo convertida para bases de dados de computador. A conversão bem-sucedida do know-how em manufatura para base de dados computaciona demanda investimento e grande esforço humano. Aém disso, trabaho adiciona ainda é requerido para

14 310 Souza et a. Manufatura Virtua: Conceituação e Desafios atuaizar as tecnoogias de base de dados a fim de atender a demandas futuras. Outro desafio associado ao desenvovimento e uso de ambientes virtuais e distribuídos é o gerenciamento da configuração, ou seja, a tarefa de assegurar que todas as ordens de engenharia e mudanças de projeto sejam refetidas nas simuações e modeos usados para criar e avaiar novos projetos. O gerenciamento da configuração tem sido tradicionamente usado para produtos, mas está se expandindo para incuir processos e recursos. Segundo Lee et a. (2001), a veocidade operaciona do sistema também pode constituir uma barreira à impantação da Manufatura Virtua. A utiização desse ambiente envove grande quantidade de trabaho em computação matemática, processamento gráfico de imagens, troca de dados e comunicações remotas. Isso incui a construção de modeos sóidos 3D, animação 3D, reaidade virtua, panejamento de recursos de manufatura, processamento das características do produto, aquisição de know-how em manufatura, etc. Apesar do rápido avanço do poder computaciona e das tecnoogias de informação, ainda assim não são suficientes para satisfazer as necessidades de um ambiente de Manufatura Virtua. Outro desafio refere-se ao know-how em manufatura, modeagem e representação. O rápido desenvovimento da comunicação digita via rede e das ciências da computação forneceu ferramentas indispensáveis à apicação da Manufatura Virtua. De quaquer forma, ea é desenvovida com base em know-how humano e no entendimento dos processos de manufatura. Seu desenvovimento depende muito do conhecimento presente e da capacidade de apicar ferramentas matemáticas modernas para descrever e apresentar o conhecimento de maneira sistemática. Embora agumas pesquisas se concentrem em estudar teorias dos processos de manufatura, um grande número de probemas ainda não foi resovido e continua dependendo do jugamento pea experiência. Como já mencionado, um sistema de Manufatura Virtua absorve grande quantidade de informações. Isso demanda maior capacidade de aprendizado e aquisição de conhecimentos das instaações reais da manufatura, faciitando monitorar o desempenho operaciona das instaações, bem como prever e tomar decisões mais precisas. Há muitos estudos na apicação de ferramentas de Inteigência Artificia, como redes neurais e agoritmos genéricos no controe do processo. Recomenda-se que apicações de Inteigência Artificia sejam consideradas pea Manufatura Virtua. Aém dos desafios técnicos, agumas dificudades sociocuturais para a impementação do ambiente da Manufatura Virtua podem ser destacadas. Diversas questões cuturais, de gerenciamento, econômicas e de treinamento, que surgem quando tecnoogias e métodos inovadores são usados, devem ser superadas. O desenvovimento de um sistema de Manufatura Virtua demanda ato investimento de capita e esforço administrativo. Impementar novas tecnoogias requer investimento em treinamento de pessoa, tradução dos dados existentes, aquisição de novas ferramentas de software, sistemas e pessoa de suporte. Depois de impantado, é difíci comprovar que um sistema de Manufatura Virtua é responsáve pea redução dos custos ou pea mehoria da quaidade. Um investimento em uma nova infra-estrutura com retorno incerto não é visto como favoráve peos gerentes que decidem se aceitam ou não o risco. Tais decisões devem ser guiadas por métricas que prevêem o desempenho futuro da Manufatura Virtua em apicações específicas, e, uma vez impementada, devese medir o sucesso dessa ferramenta no acance das metas. Mas essas métricas não estão disponíveis e precisam ser definidas. Aém disso, segundo Lee et a. (2001), a Manufatura Virtua, apesar de oferecer soução atrativa para a empresa mehorar sua eficiência e produtividade, ea não pode ser vista como uma soução para mehorar o estado atua da empresa de forma imediata; é uma soução que traz benefícios futuros. O suporte da ata administração torna-se muito importante para que ambientes desse tipo sejam impementados. Recursos adicionais são necessários no início do desenvovimento de produto para

15 GESTÃO & PRODUÇÃO, v.9, n.3, p , dez tratar das sofisticadas anáises e simuações presentes nesse novo ambiente. Suporte ativo de organizações de pesquisa, de empresas e do governo também se torna importante, pois para a impantação da Manufatura Virtua diversas empresas, setores de negócio e eras tecnoógicas estão envovidos. Aém disso, dentro do mesmo setor de negócios, ainda há diferenças e, dessa forma, desenvover um reguamento e um padrão unificado também é um probema socia que precisa ser desenvovido. 6. Considerações finais Cada vez mais a vantagem competitiva das empresas depende da utiização de novas metodoogias e de novos ambientes de desenvovimento de produto, apoiados principamente pea utiização de ferramentas e tecnoogias computacionais. O ambiente proposto pea Manufatura Virtua envove grande quantidade de sistemas e ferramentas computacionais que devem agir de forma integrada, sendo necessário para tanto um conjunto de características e requisitos, tanto em níve tecnoógico quanto funciona, ainda não totamente encontrado nas souções comerciamente disponíveis. Um dos principais desafios é desenvover tecnoogias novas e mehoradas e integrá-as efetivamente com tecnoogias atuamente disponíveis para criar ambientes de Manufatura Virtua abrangentes e interoperáveis. Aém disso, a apicação bem-sucedida de um ambiente de Manufatura Virtua requer um knowhow mutidiscipinar que envove ampa gama de discipinas das ciências da computação e engenharia, e abrange mais do que a simuação tradiciona de um processo ou operação particuar. O entendimento dos processos e operações, que já ganhou grande importância nos métodos convencionais, torna-se essencia para permitir que sejam simuados na Manufatura Virtua. Já a incusão da Reaidade Virtua nesse ambiente proporciona ao desenvovimento de produto uma nova tecnoogia de interface com o usuário, permitindo ao homem maior interação com o objeto simuado e possibiitando sua imersão no ambiente virtua. Essa tecnoogia proporciona uma interface mehorada para o projeto e modeagem do produto, simuação dos processos, panejamento das operações e controes de chão de fábrica em tempo rea. Os diversos exempos de apicação da Manufatura Virtua mostram que ea vem sendo empregada principamente por grandes empresas internacionais, pois requer grande esforço para superar os desafios de integração e as mudanças cuturais, bem como o ato investimento. Apesar do crescente interesse por esse novo ambiente, por parte das empresas mundiais, no Brasi, a Manufatura Virtua ainda é pouco conhecida. O que se tem, na maioria dos casos, é a utiização de agumas tecnoogias e ferramentas individuais e específicas para certas apicações; dificimente verifica-se o uso do ambiente integrado e competo proposto. Mesmo sabendo dos desafios existentes para a impantação da Manufatura Virtua, espera-se um futuro promissor, pois a contínua demanda por produtos de ata quaidade, com custos reduzidos e menores tempos de ançamento no mercado, evam as empresas a mudarem suas estratégias, processos e práticas de desenvovimento de produto. E a Manufatura Virtua proporciona, dentro de um ambiente integrado e virtua, as mais poderosas ferramentas para as empresas idarem com essas mudanças. Agradecimentos à Fapesp. Referências Bibiográficas BALCEIRO, R. B.; CAVALCANTI, M. C. B. O desenvovimento de produto no mundo virtua: o caso Boeing Disponíve em: < Acesso em: 6 jun BANERJEE, P.; ZETU, D. Virtua manufacturing. New York: John Wiey & Sons, p. COMMITTEE on Advanced Engineering Environments. Advanced Engineering Environments: Achieving the vision, Phase 1. Washington, D. C.: Nationa Academy Press, p.

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