Tipos de simulação

Quem trabalha diariamente com o computador tem o hábito de associar automaticamente simulação àquelas imagens coloridas de peças se deformando ou às linhas de fluxo escoando sobre uma superfície. Não é de se censurar, nos últimos anos os avanços tecnológicos tem expondo mais e mais esse tipo de tecnologia, e a presença maciça de computadores no processo de desenvolvimento de produtos só tem contribuído para tornar sua aplicação ainda mais comum.

Porém se engana quem acredita que a única forma de simular um sistema ou componente seja através de computadores. Na verdade, a teoria aponta que há quatro formas distintas de simulação:

Simulação Icônica é aquele que estudo o sistema físico real através de uma aproximação geométrica, como um protótipo em escala real ou, como é mais comum, em escala reduzida. Normalmente testado em condições controladas, de forma que seus resultados possam ser usados para avaliações tanto quantitativas quanto qualitativas. Em bom exemplo deste modelo são as geometrias usadas em túneis de vento para verificar o seu arraste aerodinâmico.

Simulação Analógica é quando se pode tirar conclusões sobre algo desconhecido ou muito complexo através de sua comparação com algo mais simples ou mais tangível. Este método é bastante utilizado em sistemas eletro-eletrônicos, onde grandezas de difícil visualização espacial como uma resistência elétrica podem ser ilustradas como uma mola mecânica.

Simulação Matemática é aquela que usa conhecimentos básicos de matemática e física para modelar fenômenos e prever resultados. Esse método é o que o engenheiro normalmente usa naturalmente, eventualmente sem perceber, quando dimensiona um motor que movimentará uma esteira, um pistão que empurrará uma peça em uma linha de montagem ou uma bomba hidráulica para succionar água de um poço artesiano.

Simulação Computacional é a que conhecemos como sistemas CAE (Computer Aided Engineering). Sua característica maior é permitir a análise de componentes que não existem ainda fisicamente, usando como base para cálculo uma representação matemática de uma geometria CAD (Computer Aided Design) chamada de malha. Este tipo de simulação permite um grande nível de detalhe e uma grande acuracidade nos resultados, sendo usado em quase todas as grandes empresas como um instrumento para o dimensionamento e validação de projetos ainda antes de sua manufatura.

Por trás de todos estes métodos de simulação há o desejo de conhecer o produto antes de se tê-lo. O ideal durante o desenvolvimento de um produto  é que se tenha o maior número de informações possíveis, com a maior acuracidade e no menor tempo. Portanto, apesar de parecerem métodos totalmente separados e concorrentes é comum que todos seja aplicados simultaneamente e/ou uns sobre os outros. Exemplificando:

Imaginando-se que o produto a ser desenvolvido é uma válvula hidráulica  para uma aplicação específica, pode-se usar uma simulação matemática para obter a pressão interna da válvula durante a aplicação, uma simulação computacional para verificar as tensões na válvula devido a esta pressão e ainda uma simulação icônica para medir a perda de carga causada por ela em uma linha. A mesma válvula poderia ser desenvolvida totalmente por simulação computacional, ou por simulação icônica porém com mudança na qualidade e no tempo final para obtenção dos resultados. O melhor método para se simular varia por empresa, recursos financeiros, disponibilidade de ferramentas e qualidade requerida nos resultados.

Apesar de haver uma convergência ($ olha o jabá $) para as simulações computacionais, eu particularmente acredito que sempre haverá espaço para as outras, principalmente porque os custos que envolvem os programas de simulação ainda são bastante elevados e não é possível dissolve-los em todos os mercados, ou aparecem demandas tão específicas e ocasionais que não justificam a aquisição de uma licença exclusivamente para isso. Além disso, é natural que um engenheiro que realize boas simulações computacionais desenvolva também capacidade de trabalhar bem com todas as outras formas de simulação.

E você? Achas que as simulações computacionais vão dominar todo o mercado? Haverá espaço para o engenheiro que saiba somente operar um programa CAE? E para o engenheiros que domina as outras formas de simulação porém não tem habilidade com computador?

Mais em:
Simulações Estatísticas

Fonte:
Introdução à Engenharia
Walter Antonio Bazzo
Luiz Teixeira do Vale Pereira
Editora da UFSC

Passos de uma Simulação

Pretendo abordar muito esse tema pela frente mas acho que é importante, principalmente para quem está começando a realizar simulações, ter em mente uma sequência de passos que são importantes para que o resultado seja útil.

Uma simulação, computacional ou não, é uma imitação de uma operação, processo ou sistema no mundo real. O comportamento deste é estudado pelo desenvolvimento de um modelo que normalmente toma a forma a partir de um conjunto de suposições  expressas em entidades matemáticas, logicas ou simbólicas.

1) Formulação do problema:

Todo estudo deveria começar com o estado atual de um problema. Se o problema foi demandado pelo time de campo, o analista deve ter certeza que ele está claramente entendido. Se o problema é proposto pelo analista, é importante que o restante do time de projeto entenda e aceite as suposições e as simplificações consideradas do modelo.

2) Definindo os objetivos e plano de projeto global:

O objetivo indica quais as questões a serem respondidas pela simulação. Neste ponto uma reflexão deve ser feita para avaliar se a simulação é a metodologia apropriada para  o problema formulado e para os objetivos definidos. Considerando que a simulação é o método apropriado para resolver o problema, o plano de projeto deve incluir uma lista de sistemas alternativos a serem considerados, além de métodos para a avaliação da efetividade destas alternativas. O plano de projeto também inclui uma estimativa de quantas pessoas estarão envolvidas, o custo do estudo e o número de dias requeridos para concluir cada etapa do trabalho.

3) Coleta de dados:

Não existe uma relação constante entre a construção de um modelo e os dados de entrada necessários. Conforme a complexidade do modelo muda, as informações necessárias pode mudar também. Assim, uma vez que a obtenção de dados costuma tomar uma parte representativa do tempo total para se realizar a simulação, algumas vezes é necessário começa-la o mais breve o possível, normalmente nos estágios iniciais da construção de um modelo.

4) Translação do modelo:

A escolha do programa onde o problema físico vai ser simulado pode ser determinante na qualidade dos resultados obtidos, sendo que uma escolha mal feita pode até inviabilizar a solução do problema. No mercado existe uma infinidade de programas, cada um voltado para uma aplicação específica. Portanto, certifique-se que o escolhido é de fato adequado para resolver o problema.

5) Concepção do modelo:

A construção de um modelo de um sistema possui frações de arte e de ciência. A arte de modelar é melhorada pela habilidade de abstrair as características essenciais de um problema, selecionar e modificar suposições que caracterizem o sistema e então enriquecer o modelo até um resultado aproximado útil. Assim é melhor começar com um modelo simples e acrescentar detalhes até uma maior complexidade. Entretanto, a complexidade do modelo não precisa exceder a complexidade requerida para cumprir o propósito para qual o modelo foi criado.

6) Verificação:

Verifique sempre os resultados obtidos com um olhar crítico. Questione os resultados com base na teoria, na sua experiência e expectativa. Uma vez validado, o modelo pode ser usado para investigar uma grande variedade de problemas “What-If” do mundo real.

Obviamente este é apenas um modelo esquemático, portanto, pode haver variação de empresa para empresa e de física para física.

Como são realizadas as simulações no seu local de trabalho? Como você as realiza em seus projetos estudantis? Segue alguma lógica parecida com a descrita acima?