Poli desenvolve simulador de trem para Vale

Único do gênero, sistema passa por aprimoramentos – , como gráficos mais realistas e novos modelos de trens – , que estão em fase de conclusão.

A Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP) desenvolveu para a empresa brasileira Vale um simulador de trem, utilizado para treinamento dos operadores da frota que a mineradora utiliza para transportar a produção de suas minas para os portos nacionais. Não há sistema similar a esse desenvolvido no Brasil e ele tem algumas características inéditas que nenhum simulador internacional possui, segundo o coordenador do projeto, o professor do Departamento de Engenharia Mecânica da Poli-USP, Roberto Spinola Barbosa.

O projeto, iniciado em 2008, vem sendo tocado de forma ininterrupta e já chegou à terceira geração do simulador, que deve ser entregue este ano com aperfeiçoamentos gráficos. Desde seu início até o momento, o projeto já recebeu investimentos da ordem de R$ 4 milhões.

São mais de mil quilômetros de linhas ferroviárias, simulando as redes da Vale Carajás – que liga as minas de Carajás, no Pará, ao Terminal Marítimo de Ponta da Madeira, no Maranhão, e pelas quais são transportados minério de ferro, ferro-gusa, manganês, cobre, combustíveis e carvão; a linha férrea Vitória a Minas – por onde é transportada a produção de minério de ferro do interior de Minas Gerais até o porto de Tubarão, no Espírito Santo, e também cargas para terceiros (carvão e produtos agrícolas); e uma linha em Moçambique, na África. A Vale tem simuladores em operação nas suas instalações em Vitória, Belo Horizonte, Carajás, São Luís e Moçambique.

“Nosso sistema utiliza modelos computacionais desenvolvidos por pesquisadores, alunos de pós-graduação, graduação e iniciação científica da Poli-USP que simulam movimentos dinâmicos do trem, indicam a sua posição espacial e trazem informações topográficas, de forma que o maquinista atue como se estivesse no mundo real”, aponta Spinola, que coordena o Laboratório de Dinâmica e Simulação Veicular (LDSV), onde está instalado o simulador.

“Nessa terceira versão do simulador melhoramos tudo. Ele está mais completo, tem mais funcionalidades. Estamos refazendo toda a parte gráfica das imagens, buscando maior resolução para melhorar a qualidade e dar uma sensação ainda mais acentuada de realidade para os maquinistas em treinamento”, conta.

Uma das principais inovações do simulador está na implementação do modo multiplayer ou multiusuário. “Agora, em vez do instrutor treinar os operadores ao longo de uma linha específica, é possível treinar o maquinista em uma malha ferroviária completa, com a presença de sinalização e de outros trens em várias linhas que se interconectam e que são operados por outros maquinistas em treinamento, simulando de forma integral o tráfego”, explica.

Uma outra novidade do sistema é a conexão com a internet. “Com isso, um instrutor de São Paulo pode treinar um maquinista que está em Vitória ou um profissional que está em Belo Horizonte pode programar e acompanhar uma simulação com um operador que está em Moçambique”, exemplifica.

Três laboratórios da Poli atuam no projeto de desenvolvimento e aprimoramento do simulador. A coordenação do projeto é do Laboratório de Dinâmica e Simulação Veicular, responsável pelo desenvolvimento dos modelos dos sistemas, das locomotivas, dos vagões, projetados de forma detalhada para o simulador, de modo a serem idênticos aos modelos reais. Nele também está instalado um simulador, usado para as pesquisas que visam seu aprimoramento.

Já o Laboratório de Automação e Controle (LAC) é responsável pela parte de programação da rede e toda estrutura computacional. Por fim, o Tanque Numérico de Provas (TPN) cuida da parte de processamento de imagens, área que dominam por conta dos simuladores de navios que desenvolveram. Os simuladores foram desenvolvidos com recursos da Vale, e a propriedade intelectual é compartilhada – 50% da empresa e 50% da Poli-USP.

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O funcionamento – Um conjunto de computadores funciona como central de comando. Nela, os instrutores da Vale fazem as configurações que desejam aplicar nas simulações a serem feitas pelos maquinistas. “O instrutor programa os circuitos de treinamento, se haverá desvios para mudar de via, semáforos, animais na linha, escolhe o tamanho do trem, decide se haverá operações de encaixe para formação dos trens, que carga será transportada, sua quantidade, situações de emergência como a falha de um freio em trecho de descida etc”, conta.

O simulador, em si, é uma cópia exata da parte interna de uma cabine da locomotiva: tem o painel e todos os comandos existentes em uma locomotiva, como acelerador e freio. Telas no que seriam as janelas mostram o cenário em 3D percorrido pelo maquinista no treinamento. Há telas na frente, lateral e na parte traseira, cada uma mostrando as imagens de acordo com a perspectiva real que um maquinista teria numa cabine de verdade, permitindo uma visão 360 graus da imagem.

A topografia do cenário exibida é a que existe, de fato, nas regiões por onde passam as linhas férreas, e totalmente georreferenciada. As fotos para constituir as imagens que se vê nas telas foram tiradas de imagens de satélite similar as utilizadas no Google Earth. É possível usar óculos especiais para ampliar a sensação da tridimensionalidade. Dessa forma, o operador pilota o trem em uma rede férrea que realmente existe, em condições de relevo plano ou montanhoso como no mundo real.

Os sons do motor e até mesmo da buzina (acionada para espantar animais da linha ou alertar veículos e pessoas sobre a passagem do trem, situações que são simuladas pelo sistema) são iguais aos de um trem de verdade. Túneis, pátios de estacionamento e abastecimento, os terminais de chegada e saída dos portos: tudo está presente e é uma cópia digital do que se encontra no mundo físico.

É também possível sobrevoar o cenário e ver o trem se deslocando como se estivesse em um helicóptero. “Posso colocar o observador em qualquer lugar do cenário, não apenas dentro da cabine. Ele pode estar parado no posto de abastecimento, por exemplo, e ver passar o trem que está sendo pilotado pelo maquinista em treinamento”, diz.

O instrutor tem um registro completo de todo o treinamento feito pelo maquinista no simulador. “Ele sabe qual foi a velocidade, quanto o maquinista usou de freio em determinado trecho, se apertou a buzina na hora do cruzamento. O sistema de avaliação automática tira pontos na medida em que o maquinista em treinamento deixa de fazer algo. Ele sabe as regras básicas de operação e verá o que deixou de cumprir, podendo aprimorar seu desempenho”, destaca. Como as simulações de cada operador de trem ficam armazenadas, é possível comparar a performance do maquinista de um ano para outro. Esses profissionais passam por treinamento anual.

Além disso, o instrutor pode otimizar a operação a partir dos dados recolhidos na simulação. “Ele pode, por exemplo, sugerir que o maquinista não use tanto freio em determinado trecho, por ver que não é necessário, e isso pode economizar combustível”, exemplifica. Outra grande vantagem está na simulação de situações de risco ou emergência. “Com o simulador, você pode preparar o maquinista para lidar com situações de perigo envolvendo, por exemplo, um trem com freio degradado, sem causar risco real para as pessoas ou prejuízo financeiro”. ”, completa.

Por enquanto, o simulador é usado apenas para as operações da Vale, mas é possível realizar novas pesquisas que possam ser desenvolvidas para outras aplicações. “Podemos desenvolver um simulador para trem de passageiro ou para metrô, apenas precisamos de aporte financeiro para custear um projeto desse tipo”, finaliza.

Fonte: Poli-USP