Qual é o futuro da simulação na engenharia?

Em 2024, as ferramentas de simulação são amplamente aceitas como ferramentas fundamentais para a inovação industrial, sendo muito utilizadas para resolver grandes desafios enfrentados pela humanidade. Com o crescimento acelerado dos recursos computacionais de software e hardware, a simulação se tornou onipresente em todo o projeto e desenvolvimento de novos produtos.

Os cálculos que levavam uma semana nos primeiros PCs no final da década de 1970, agora podem ser concluídos em milissegundos em um laptop comum. Os desenvolvimentos de software também aceleraram significativamente o ritmo em que uma simulação é realizada.

Porém, a tecnologia de simulação em seu estágio atual amadureceu e atingiu um teto de escalabilidade. Passamos de um paradigma de limitações computacionais, em que o acesso a recursos de computação adequados era um grande obstáculo (e os esforços manuais eram insignificantes), para um momento em que o conhecimento humano está se tornando um bem escasso. O acesso a especialistas capazes de operar softwares de simulação complexos é o gargalo da atualidade.

Ampliar as aplicações da simulação – oferecendo a qualquer pessoa o acesso à tecnologia de simulação e permitindo que seja utilizada em todas as fases da vida útil de um produto – é fundamental para superar as atuais limitações de crescimento. É necessária uma inovação substancial na tecnologia. As inovações futuras precisam ir além de apenas melhorar a precisão e a velocidade. Elas terão que reduzir a complexidade, um grande obstáculo para o setor.

A Inteligência Artificial (IA), o aprendizado de máquina (ML) e a automação de modelos de linguagem ampla (LLMs) apresentam oportunidades novas e atraentes para democratizar a simulação. Essas tecnologias podem trazer benefícios a todos que precisam realizar essa tarefa e essa mudança promete transformar significativamente o setor.

A ampliação do impacto da tecnologia de simulação permitirá explorar novos mercados. O marketandmarkets.com, por exemplo, estima que o tamanho do mercado de gêmeos digitais aumentará a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de mais de 60%, atingindo mais de US$ 100 bilhões em 2028. Da mesma forma, espera-se que o metaverso industrial tenha o mesmo tamanho e cresça na mesma proporção.

O metaverso industrial e a IA generativa podem democratizar o processo de simulação, tornando-a acessível a um público muito mais amplo. Para que isso seja possível, os futuros ambientes de projeto terão que oferecer uma experiência tão atraente e interativa quanto a de um videogame, mantendo a qualidade industrial. As barreiras atuais, como a experiência do usuário e o acesso à computação na nuvem, estão sendo ativamente abordadas e nos permitirão repensar as abordagens atuais de democratização.

Ao manter a sincronização contínua com suas contrapartes do mundo real, os gêmeos digitais integram o real e o digital para aprimorar produtos, serviços e muito mais. Isso é apenas o começo. O metaverso industrial pode atuar como um local onde as pessoas e a IA colaboram de forma sinérgica para criar inovações industriais que resolvam problemas do mundo real e criem mais oportunidades.

O cenário futuro ideal é aquele em que os dados de projetos e engenharia são constantemente analisados em segundo plano. Essas análises mantêm os projetistas e engenheiros informados e os sistemas otimizados. Os fluxos de trabalho não são apenas contínuos, mas também altamente automatizados, unificando ainda mais os mundos virtual e físico. Dessa forma, os projetistas estão apenas parcialmente cientes da tecnologia preditiva em segundo plano. Nos próximos anos, a simulação se tornará relevante para um conjunto mais amplo de perfis de usuários, será aplicável a um número maior de casos de uso e estará presente em todo o ciclo de vida de produtos e processos industriais.

Dito isso, as seis principais tendências do futuro da simulação são:

• A simulação está se deslocando para a esquerda: Este processo será cada vez mais aplicado nos estágios iniciais do projeto do produto, aprimorando a tomada de decisões e a eficiência de custos. Com os avanços nas velocidades dos processos computacionais, a simulação será uma ferramenta crucial na concepção inicial do projeto, permitindo que usuários não especializados, como projetistas e profissionais de vendas, realizem avaliações preliminares e aumentem o retorno sobre o investimento;
• A simulação está se deslocando para a direita: Ela estenderá seu alcance para as fases de manufatura e operação, reforçada pelo aumento da IoT (internet das coisas). A capacidade de simular processos de produção complexos e produtos personalizados se tornará essencial para a eficiência operacional. As simulações autônomas serão fundamentais para o gerenciamento de ativos, com gêmeos digitais usando sensores virtuais para aumentar os dados físicos limitados;
• A simulação está se deslocando para baixo: Haverá uma democratização radical abrindo seus benefícios para um público mais amplo, além dos engenheiros especializados. As interfaces de fácil utilização atenderão às necessidades das empresas de pequeno e médio porte, de amadores e da população em geral, estimulando a inovação e a expansão do mercado. Essa mudança fará com que as ferramentas de simulação se tornem mais acessíveis, resultando em um aumento substancial da base de usuários;
• A simulação está se deslocando para cima: O futuro da simulação é autônomo e onipresente nas estruturas do metaverso industrial e da IA generativa. Os microsserviços de simulação baseados na nuvem facilitarão a mudança de simulações que dependem de humanos para simulações auto evolutivas, minimizando a necessidade de intervenção humana e maximizando a eficiência e a adaptabilidade;
• A simulação está mais profunda: As ferramentas de simulação se aprofundarão em uma resolução melhor, permitindo a modelagem de sistemas em um amplo espectro de escalas, de níveis planetários a sub-moleculares. Esse recurso de simulação profunda vai abrir um novo potencial no projeto de materiais avançados e em outros campos, ampliando o limite da eficiência e da precisão do projeto;
• A simulação será mais completa: A crescente complexidade dos sistemas levará a mudanças para abordagens de engenharia mais ágeis e colaborativas. Os padrões de engenharia de sistemas baseados em modelos (MBSE) e de linguagem de modelagem de sistemas (SysML) se tornarão mais predominantes, pois os modelos de ordem reduzida (ROMs) derivados de modelos 3D detalhados se tornam cruciais para a prototipagem rápida e a análise do sistema. Isso agilizará todo o processo de desenvolvimento, desde o conceito até a conclusão.

Simplificando, em um futuro muito próximo, a simulação de engenharia será usada para auxiliar no projeto, na engenharia, na manufatura e na operação de produtos ou processos. Qualquer pessoa envolvida poderá facilmente prever todo o comportamento relevante. As soluções serão obtidas em um período determinado (em tempo real ou até uma noite) com um nível de precisão indicado ou com uma precisão determinada (bom o suficiente a certificável) o mais rápido possível.

E, por fim, as ferramentas serão auxiliadas por IA, ML e LLM incorporados por meio do gêmeo digital e metaverso industrial. Assim, todos usarão a simulação, de forma consciente ou inconsciente.