A ECM Technologies reduz o tempo de instalação e comissionamento em até 50% graças aos insights proporcionados pelos gêmeos digitais

Quando você combina soluções de gêmeo digital com softwares líderes em simulação e visualização de processos, e aplica ambos a instalações de tratamento térmico em larga escala, os produtos metálicos continuam ficando mais duros, mas o projeto, a instalação e o comissionamento ficam muito mais simples.

Graças à implantação do software Emulate3D™, a ECM Technologies, líder mundial em projeto e fabricação de fornos industriais inovadores e modulares para cementação a baixa pressão, desenvolveu uma solução que elimina muitos dos desafios de instalação e comissionamento relacionados ao desenvolvimento, teste e implantação de plantas de tratamento térmico em larga escala.

Realizar tratamento térmico em grande escala não é uma tarefa simples, especialmente quando se trata de volumes típicos da indústria automotiva. Uma instalação moderna de tratamento térmico pode ocupar uma fábrica inteira, o que, somado à sua complexidade, faz com que esse tipo de operação seja tradicionalmente terceirizado para empresas com capacidades já consolidadas.

No entanto, com foco em princípios enxutos de operação, controle de custos e fabricação e fornecimento just-in-time, algumas montadoras passaram a considerar a internalização do processo de tratamento térmico dentro das suas próprias instalações. E, graças à combinação entre controle de processo digitalizado e gêmeos digitais, a ECM Technologies tornou isso perfeitamente viável, eliminando muitos dos riscos tradicionais já na fase de projeto, antes mesmo da instalação.

O tratamento térmico é um processo complexo, composto por várias etapas, com uma série de variáveis de processo que precisam ser rigorosamente controladas para garantir a qualidade e a consistência do produto final. O processo de cementação a baixa pressão da ECM consiste em infundir carbono nas peças de aço, tornando-as mais resistentes ao desgaste e à fadiga. O processo a vácuo desenvolvido pela empresa permite aos operadores controlar com precisão a quantidade de carbono difundido no metal, controlando múltiplas variáveis, incluindo a duração de cada etapa e a pressão a vácuo.

De acordo com Christian Dugit-Pinat, especialista em automação da ECM Technologies: “Há diversas etapas envolvidas. Primeiro, as peças passam por uma lavagem antes do tratamento térmico e são endurecidas em ambiente de vácuo por meio da cementação, o que pode levar até seis horas. Em seguida, as peças são resfriadas rapidamente por têmpera a gás ou a óleo, antes de passarem pelo revenimento e pelo tratamento final. No total, esse processo pode durar de 10 a 13 horas para produzir um componente típico de caixa de câmbio automotiva.

“Nossas fábricas de tratamento térmico energizadas, movidas a energia elétrica, têm um design de múltiplas câmaras”, ele acrescenta, “o que permite que várias peças, cada uma com sua ‘receita’ de tratamento térmico específica, avancem em paralelo pela linha de produção, sendo que entre 50 e 80 cargas podem passar pela transição a qualquer momento. Cada uma dessas cargas precisa ser controlada e gerenciada individualmente para garantir os mais altos níveis de qualidade.

A automação moderna é mais do que capaz de gerenciar essas fábricas dentro de parâmetros otimizados, mas o projeto, a instalação e o comissionamento são outra questão, com muitos problemas e aprimoramentos se tornando óbvios apenas durante as fases de partida.

“Fomos contratados para instalar um dos nossos sistemas de cementação a vácuo ICBP Jumbo em uma grande instalação automotiva no México”, explica Philippe Reymond, gerente de projeto da ECM Technologies. “Enfrentamos uma série de desafios adicionais: não só precisávamos colocar a produção em funcionamento o mais rápido possível, como o cliente também nos instruiu a utilizar o padrão de software deles, o que exigiria uma reescrita completa do nosso código existente. Somando isso aos prazos e complexidades normais de um pedido desse porte, sabíamos que teríamos muito trabalho pela frente. Por isso, começamos a investigar formas de tornar o projeto mais ágil e rápido de implementar.”

A ECM já vinha considerando a tecnologia de gêmeo digital como uma possível solução para essas necessidades, e este projeto foi o impulso para a empresa implantar ativamente o software Emulate3D da Rockwell Automation.

“Quando tínhamos essa instalação no México em andamento, decidimos realizar algumas simulações usando o Emulate3D com o apoio dos engenheiros da Rockwell Automation”, explica Reymond. “Este projeto era enorme, e reescrever e testar o código do CLP em um projeto já construído era completamente inviável em termos de prazo, então um modelo virtualizado foi a solução óbvia.

“A virtualização nos ofereceu grandes vantagens”, continua ele, “uma delas foi a conectividade com outros softwares. Não precisávamos apenas simular os aspectos mecânicos do projeto, mas também considerar a termodinâmica, a física dos processos e diversos fluxos, e para isso usamos o MATLAB, que podia enviar resultados diretamente de volta ao gêmeo digital.”