Artigo de autoria de Christoph Weber - Gerente Geral da Autoform China. Tradução e publicação autorizados. Veja o artigo completo original em: https://www.linkedin.com/pulse/digital-twins-agility-car-body-stamping-christoph-weber/
Nos últimos meses, várias montadoras anunciaram iniciativas agressivas de corte de custos para se preparar para o mercado volátil e alocar recursos suficientes para tecnologias emergentes. Agora é a hora de superar o atrito organizacional e capturar o potencial inexplorado da transformação digital?
As empresas automotivas têm se transformado em empresas ágeis em vendas e desenvolvimento de software. Este artigo explora como um gêmeo digital impulsionado pela física permite a agilidade na disciplina tradicional de estampagem de carroceria. Leia como gerar ROI eliminando desperdícios e aumentando a velocidade e a confiabilidade neste ambiente volátil.
Os OEMs automotivos precisam investir em tecnologias emergentes - novos trens de força, direção automatizada, conectividade - enquanto reduzem os custos para se ajustar ao novo mercado normal. A Nissan anunciou um corte de 20% nos custos até 2023 em seu último plano de revitalização. Outro OEM japonês pretende reduzir até 24% os custos no mesmo período, entre outros, por meio de digitalização e tecnologia de simulação.
A questão é: você pode espremer de cinco a dez por cento os custos de sua operação e fornecedores, isso é possível. Mas se você deseja economizar 20-30%, você precisa transformar fundamentalmente a maneira como opera.
Essa pressão econômica pode permitir que as montadoras superem o atrito organizacional para capturar o potencial inexplorado da transformação digital. Este artigo explora a oportunidade de implementar um conceito Digital Twin direcionado à física para Agilidade na estampagem de carrocerias de automóveis. Primeiro, identificamos os desafios organizacionais, técnicos e culturais nos projetos de fabricação de carrocerias hoje. A seguir, traçamos nossa visão de gerenciamento de projeto Agile habilitado por meio de um modelo de processo Digital Twin consistente em uma plataforma compartilhada. Apontamos os aspectos mais vitais desse conceito e compartilhamos vários exemplos do que as principais empresas automotivas fazem hoje. Um cálculo de retorno sobre o investimento para uma montadora representativa na China revela a economia de custos tangível. Por último, um cronograma de projeto de implementação descreve como abordar este tópico como um OEM automotivo.
1) O desafio: gerenciamento de projetos hoje
Vários departamentos e fornecedores precisam trabalhar juntos ao projetar e fabricar uma nova carroceria. No entanto, cada departamento deve atingir seu próprio conjunto de marcos e metas em uma organização em cascata. Cada departamento pode usar diferentes ferramentas de software ou contar com referências históricas e experiência individual para concluir seus conceitos de design e fabricação. Cada uma dessas ferramentas é baseada em um entendimento diferente e em um modelo de processo de fabricação subjacente.
Como resultado dessa desconexão organizacional e técnica, os engenheiros se concentram em seu subconjunto de metas e podem não considerar totalmente as restrições e metas de outros departamentos. Uma parte significativa do andamento do trabalho é desperdiçada, pois as informações e os dados não são totalmente transferidos de um departamento para outro. Loops de feedback automatizados são impossíveis. O gráfico abaixo apresenta modelos de processos comuns por departamento e as consequências dessa desconexão na forma de desperdício e falta de confiabilidade.
O design da carroceria de um carro e de suas peças já define 60-70% de seus custos, não importa o quanto a engenharia e a fabricação tentem espremer mais tarde. Ainda assim, a viabilidade da manufatura em departamentos de projeto depende principalmente do julgamento de regra baseada em modelos de processo de manufatura excessivamente simplificados. Uma análise mais profunda de viabilidade de fabricação normalmente só acontece em um departamento separado depois que os primeiros rascunhos do projeto já estão concluídos e "congelados". Este trabalho é chamado de "Engenharia Simultânea", embora na verdade não aconteça simultaneamente, mas normalmente com a entrega de pacotes de peças em intervalos mensais. Uma vez que ambos os departamentos usam modelos de processos diferentes para viabilização, pouco conhecimento e experiência podem ser trocados e desenvolvidos em qualquer direção. Isso resulta em muitos loops entre os dois departamentos e, em última análise, em designs de produtos mais caros e pesados do que o necessário.
A maioria dos departamentos de engenharia das montadoras conduz simulações abrangentes para previsões virtuais e otimizações de processos de estampagem na oficina de prensagem e processos de soldagem na oficina de carroceria. No entanto, poucos ou nenhum dado de engenharia chega ao chão de fábrica físico e vice-versa, não há fluxo de dados de feedback sistemático do chão de fábrica para a engenharia.
Os departamentos de engenharia podem ignorar as restrições da vida real no chão de fábrica, e os técnicos no chão de fábrica podem não confiar na intenção da engenharia e improvisar com base em sua experiência individual. Isso cria um ciclo vicioso que aumenta a desconexão de informações, confiança e cultura ao longo do tempo. Rompa os silos!
As simulações de engenharia geram uma grande quantidade de dados e normalmente não são repassadas para outros departamentos, embora sejam altamente relevantes para outros departamentos técnicos, comerciais e logísticos. A equipe de Dimensões e Tolerâncias Geométricas (GD&T) geralmente não acessa simulações de estamparia e soldagem e, em vez disso, confia em referências de projetos históricos. Isso resulta em excesso de engenharia ao definir tolerâncias estreitas, não porque seja tecnicamente necessário, mas porque este departamento não conecta os dados existentes para entender como os processos de fabricação subsequentes estão ligados. Os departamentos de Engenharia de Custos e Compras dependem de referências históricas no Excel para controle de custos e negociações com fornecedores, em vez de alavancar o conhecimento interno sobre o processo de fabricação subjacente. Isso os coloca em uma posição de negociação mais fraca e dá aos fornecedores o potencial de economia de projetos e margens.
A Gerência do Programa pode receber informações contraditórias sobre o mesmo assunto, uma vez que diferentes departamentos baseiam suas análises em diferentes modelos de processos. Surpresas e atrasos frequentes são o resultado. Aprender com um projeto para os futuros é dificultado.
2) A solução: Digital Twins for Agility em Car Body Stamping
A solução é compartilhar um modelo de processo em uma plataforma com todos os departamentos e fornecedores. O modelo de processo Digital Twin conecta os mundos virtual e físico e consiste em duas entidades:
O Digital Master (Mestre Digital) é criado primeiro no mundo virtual durante a fase de design e engenharia e representa a intenção da engenharia ou modelo "conforme a engenharia".
O Real-life Twin (Gêmeo da Vida Real)é a execução física de seu Digital Master no chão de fábrica e fornece dados "conforme fabricados" para fechar o ciclo de feedback e permitir a melhoria contínua.
Um Digital Twin orientado por feedbacks do mundo real é capaz de prever o comportamento já na fase virtual e de autocorrigir desvios na fase de produção física. Isso permite Agilidade na estampagem da carroceria por meio de loops de feedback imediato e foco no resultado final da carroceria em branco.
O que é Agilidade na estampagem de carrocerias? (1) Loops de feedback imediatos pelo Digital Twin e (2) todos se concentram no resultado final do body in white (BIW) para otimizar a qualidade, função, peso, custo e tempo.
O gerenciamento de projetos tradicional segue um processo fluido com várias fases e marcos do projeto, que são concluídos um a um da esquerda para a direita. Por outro lado, em projetos Agile, todos "sentam-se em uma mesa" ou, neste caso, estão conectados a uma plataforma, e o conceito de produto e manufatura é amadurecido em vários ciclos de iteração ao longo do projeto. O gráfico abaixo apresenta um ciclo de projeto ágil desde a concepção do produto até a produção, baseado no conceito Digital Twin em estampagem de carrocerias. No lado direito, o Digital Master é refinado durante a fase de projeto e engenharia. Para qualquer mudança no conceito de design ou manufatura, o Digital Twin fornece feedback imediato a todos os conectados à plataforma sobre o impacto no resultado final do corpo em branco e dados relevantes para cada departamento. Isso permite que todos os departamentos alinhem suas metas para otimizar o corpo em branco em termos de qualidade, função, peso, custo e complexidade para uma linha de tempo realista.
O lado esquerdo representa o Real-life Twin, que é a replicação exata de seu Digital Master no mundo físico. Todos os dados relevantes são fornecidos aos departamentos, como compras e produção, a fim de habilitá-los a executar um Gêmeo da Vida Real correspondente à intenção de engenharia. Os dados reais de fabricação e outros dados obtidos são alimentados no sistema. O modelo baseado no mundo real calcula os desvios entre o Digital Master e os dados reais e fornece orientação para o chão de fábrica sobre como alcançar a congruência. Desta forma, o ciclo de feedback é fechado para sincronizar o Digital Master e seu Real-Life Twin e para enriquecer o modelo de processo ao longo do tempo para melhoria contínua.
Como resultado, os projetos são otimizados para fabricação antecipada para o BIW para reduzir custos, peso e tempo. O departamento de Dimensões e Tolerâncias Geométricas (GD&T) pode aproveitar os dados de processo de soldagem e estamparia virtual para definir tolerâncias o maior possível, garantindo o cumprimento de todas as metas funcionais e de qualidade do BIW. O planejamento de produção pode alocar as linhas de prensa mais econômicas para projetos antecipadamente, com base nos requisitos de tonelagem e dimensão da linha de prensa dos conceitos de manufatura virtual. A equipe de engenharia pode validar e enriquecer seus modelos de processo com base nos dados reais do chão de fábrica, atingindo um novo nível de precisão.
O conceito Digital Twin alavanca dados e conhecimento de toda a cadeia de valor no chão de fábrica.
O tryout de ferramenta pode seguir um mapa de tryout para chegar a um processo de produção robusto da forma mais sistemática. A oficina pode receber boas peças no início da fase piloto e esta base mais sólida permite um aumento mais rápido. Isso corta vários loops de teste físico nas lojas de ferramentas, prensas e carrocerias.
O Gerenciamento de Projetos é atualizado automaticamente sobre o andamento do projeto e qualquer atualização do conceito de design e manufatura. A coordenação entre departamentos é facilitada e as informações tornam-se mais confiáveis, uma vez que todos baseiam seu trabalho em uma plataforma com um modelo de processo consistente. Os ciclos de projeto e as execuções de mudanças tornam-se mais rápidos e ágeis.
3) O processo: do Digital Master ao Real-life Twin e vice-versa ...
Primeiro, os engenheiros constroem e refinam um Mestre Digital do processo de fabricação na fase de projeto e engenharia. O gráfico abaixo mostra o AutoForm Accuracy Footprint, que cobre todos os aspectos críticos para representar e prever com precisão um processo de estampagem: De propriedades de materiais a uma análise de robustez que contabiliza variáveis de ruído. Um modelo de processo significativo forma a base para otimizar e validar virtualmente os conceitos de projeto e manufatura. A precisão aumenta à medida que o modelo de processo Digital Master é enriquecido ao longo de cada projeto e o modelo geral e o software são continuamente aprimorados ao longo do tempo.
Em segundo lugar, todos os dados "conforme a engenharia" do Digital Master são fornecidos ao chão de fábrica em um formato digerível, por exemplo, em um tablet de computador. O software "TryoutAssistant" do AutoForm em um tablet oferece dados de simulação na forma de um mapa de teste interativo e informa sobre o fator de influência dominante ou "causa raiz" de quaisquer problemas de processo. O Real-life Twin é fabricado e os dados de medição reais "conforme fabricado" são retornados à plataforma para fechar o ciclo de feedback. O modelo baseado na física calcula desvios e fornece orientação para o chão de fábrica sobre como alcançar a congruência e, por fim, uma produção robusta da maneira mais sistemática.
Uma cooperação estreita e confiável entre as equipes de engenharia e de chão de fábrica é vital para o sucesso. As equipes de engenharia devem entender as restrições técnicas para projetar processos de fabricação significativos. Os técnicos de chão de fábrica precisam executar a intenção de engenharia com alta diligência e fornecer feedback sobre quaisquer desvios do sistema. Improvisação informal comprometeria o processo e não pode ser tolerado.
As empresas precisam investir esforços para construir o modelo de processo Digital Master para o primeiro projeto. Nos projetos a seguir, no entanto, pode-se copiar os modelos de processo de projetos anteriores como base inicial. Depois, trata-se principalmente de fazer ajustes e atualizar detalhes. Além disso, o feedback de todas as partes enriquece e melhora o modelo de processo e aumenta a eficácia do Digital Twin ao longo do tempo.
Hoje, a maioria das montadoras está em uma jornada de transformação digital. Até agora, ninguém alcançou uma implementação completa do conceito Digital Twin em toda a cadeia de valor da fabricação de carrocerias.
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