Otimização de sistemas de automação robotizada através de simulação computacional

A simulação computacional é de grande relevância na engenharia de projetos e processos na atualidade. Neste sentido:

 O que é e para que serve a simulação?

A simulação pode ser definida como o ato de projetar um modelo virtual de um sistema real e proceder experimentos com esse modelo de forma a compreender e analisar o comportamento e interações desse sistema a fim de conceber estratégias para a operação do sistema.

A simulação de sistemas e utilizada para:

• projeto de sistemas ainda não existentes;
• impossibilidade ou inconveniência de realização experimental com o sistema real;
• avaliação e otimização do desempenho do sistema.

Pelos critérios acima mencionados, observamos que a simulação é uma técnica indispensável ao projeto de sistemas robotizados.

Mas por que a simulação de sistemas robotizados  é importante?

A cinemática e dinâmica envolvida nos movimentos e interações do robô, incluindo seu punho, efetuador e dispositivos periféricos em seu ambiente de trabalho é consideravelmente mais complexa se comparada aos tradicionais movimentos cartesianos em 3 eixos xyz. Além disso, existe eventualmente a necessidade de se planejar, analisar e otimizar trajetórias em aplicações cooperativas entre robôs e considerações a respeito do movimento do produto e visualização das tarefas do operador etc.

As tecnologias CAD/CAM encontraram uso amplo e ostensivo em projetos de engenharia, entretanto, no domínio da robótica onde nos deparamos com processos de alta complexidade em relação a posição, orientação, velocidade e aceleração dos mecanismos nas aplicações, é necessária a realização de análises e estudos mais aprofundados através da simulação.

A simulação, ao contrário das soluções analíticas de projeto, propiciam um nível de interação e visualização muito próximas do real através da construção de modelos geométricos em plataformas CAD 3D onde podemos analisar e testar situações complexas em diferentes cenários em ambiente virtual com elevado grau de precisão e acuracidade.

A utilização de métodos de simulação e programação off-line podem agregar vantagens e ganhos significativos aos usuários de robótica através do uso de softwares universais aplicáveis a diversos modelos de robôs de diferentes fabricantes dedicados a simulação.

Quais são os benefícios da simulação?

Os principais objetivos estratégicos e benefícios técnicos a serem alcançados como resultado de um processo de simulação do sistema são:

• 1.concepção de novos processos;
• 2.integração do robô ao sistema;
• 3.validação da ferramenta de final de braço;
• 4.definição do layout da célula;
• 5.modelagem cinemática da célula;
• 6.validação da lógica de automação acionada por eventos;
• 7.desenvolver o sensoreamento do sistema;
• 8.detecção de colisões e interferências;
• 9.definição de trajetórias e tarefas;
• 10.determinação dos tempos de ciclo;
• 11.ergonomia e ajuste de movimentos do robô;
• 12.avaliação e análise do sistema;
• 13.programação off-line do robô;
• 14.redução de tempo necessário na implantação do sistema.

Simulação, automação industrial e engenharia concorrente:

A relação entre simulação e automação é a aplicação e uso adequado de todos esses recursos proporcionados pela simulação combinados a reprodução dos movimentos do robô e mecanismos conforme especificações de modelagem da automação e lógica de controle do processo integrando e validando simultaneamente os desenvolvimentos realizados por diversas áreas da engenharia.

A essência da simulação é promover a conformidade e convergência entre concepção e implementação das tecnologias para o projeto e desenvolvimento do sistema. Neste sentido, deve ser realizada e apoiada por uma metodologia e procedimento sistemático dada a sua complexidade e sem perder de vista que o objetivo mais importante a ser alcançado é a automação e o processo.

Toda esta engenharia e tecnologia é desenvolvida e realizada em ambiente virtual, de modo que são extraídas informações e conhecimentos sem a necessidade de investimentos financeiros e emprego de recursos físicos. A simulação de sistemas de manufatura é de natureza multidisciplinar e requer a colaboração entre diferentes disciplinas de engenharia.

Considerações sobre a metodologia para simulação

A otimização global do projeto é o objetivo final na aplicação da metodologia através de um desenvolvimento multidisciplinar e integrado entre disciplinas concorrentes de engenharia. A utilização adequada e racional de todos os recursos disponíveis para uma apropriada gestão de todo o processo de desenvolvimento. Certamente, os objetivos almejados de qualidade, economia, eficiência e eficácia estarão mais próximos e acessíveis se os projetos de desenvolvimento estiverem baseados em metodologias a partir de seu planejamento.

A figura acima apresenta uma metodologia para integração de robôs a células de manufatura baseada em técnicas de simulação.