Departamento de Engenharia Electromecânica
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Browsing Departamento de Engenharia Electromecânica by Field of Science and Technology (FOS) "Engenharia e Tecnologia::Engenharia e Gestão Industrial"
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- Criação de um Sistema de Gestão Visual de Fábrica: Caso de Estudo no Setor da Indústria MetalomecânicaPublication . Baleiras, Joana de Oliveira Valente; Lima, Tânia Daniela Felgueiras de Miranda; Almeida, Rui Pedro Duarte deO atual panorama de constante mudança, tanto a nível social como industrial, torna a comunicação um fator decisivo para uma gestão de produção eficiente. Para reforçar essa eficácia, é fundamental que as organizações integrem um Sistema de Gestão Visual (SGV) em todas as etapas do processo produtivo, facilitando o controlo e monitorização do desempenho. Para além de promover maior transparência interna, o SGV exige a participação ativa e colaborativa de todos os colaboradores, incentivando o seu sentido de responsabilidade e compromisso para com os objetivos da empresa. Para assegurar o bom funcionamento de uma organização, é fundamental que as três dimensões do QCD (Qualidade, Custo e Entrega) — se encontrem devidamente alinhadas. Com este propósito, e com o objetivo de facilitar a comunicação interna, aumentar a eficiência dos processos e otimizar os resultados, foi desenvolvido e implementado um Sistema de Gestão Visual de raiz. Este trabalho iniciou-se com a realização de uma revisão bibliográfica sobre a temática em estudo, de modo a auxiliar a preparação e realização da parte prática em contexto de estágio. Na parte prática do trabalho, para além da pesquisa de outros SGV implementados, considera-se que a comunicação com os colaboradores da organização foi essencial, assim como a observação das diversas reuniões. Após a implementação do sistema desenvolvido de raiz, que incluiu a criação de layouts específicos, a elaboração de novos documentos e a reestruturação dos elementos existentes, foi possível observar uma melhoria significativa na fluidez da comunicação entre o departamento de Produção e os departamentos de suporte. Esta maior eficácia na transmissão da informação resultou numa melhor organização dos processos produtivos, permitindo um acompanhamento mais rigoroso das operações e uma resposta mais ágil a possíveis desvios. Adicionalmente, a clareza dos elementos visuais e a troca de ideias constante contribuíram para uma comunicação mais eficiente com os clientes, ao assegurar que a informação transmitida fosse mais precisa, consistente e atempada. Tendo sido cumprido o principal objetivo do estágio, considera-se que a empresa melhorou a sua organização interna e, consequentemente, o seu processo produtivo. No que diz respeito, a estudos e implementações futuras, recomenda-se a introdução de reuniões intradepartamentais em todos os departamentos diretamente ligados à Produção.
- Implementação de Workshops SMED: Uma abordagem estratégica no setor automóvelPublication . Sousa, Sofia Santos; Gaspar, Pedro Miguel de Figueiredo Dinis Oliveira; Silva, Miguel Moura daO forte desenvolvimento tecnológico e a evolução do mercado de trabalho têm impulsionado as organizações a procurar aumentar a sua eficiência operacional e, consequentemente a melhoria do seu desempenho. Para responder a estas exigências, surgiu a Filosofia Lean. Esta assenta num conjunto alargado de ferramentas e metodologias que visam eliminar os desperdícios e criar valor em qualquer tipo de processo produtivo. De entre as principais ferramentas Lean destaca-se o Single Minute Exchange of Die (SMED), uma metodologia amplamente utilizada na indústria automóvel que tem como principal objetivo a redução dos tempos de setup de uma máquina ou equipamento. O objetivo principal deste relatório de estágio assenta no planeamento e implementação de Workshops SMED para análise e otimização dos tempos de setup, das linhas de injeção no processo produtivo da empresa Aspöck Portugal S.A.. Para concretizar estes objetivos, foi selecionada uma linha de injeção, a PT_ IN019_INJ 110B, onde foi realizado o workshop, dividido em três fases, com a participação de um grupo multidisciplinar, promovendo um ambiente colaborativo. Os resultados obtidos após a 1ª e 2ª fases do workshop foram de uma redução do tempo de setup de 48:30 min:seg para 29:41 min:seg, totalizando um ganho de 38,8%. Este valor traduz o empenho e comunicação envolvido entre a equipa participante, traduzindo-se em ganhos significativos de produtividade e eficiência operacional. Na 3ª fase foi definida a sequência de trabalho padrão e elaborado o plano de ações corretivas e preventivas a curto e médio prazo. Foram identificadas 23 melhorias que visam otimizar o processo de mudança de referência. Destacam-se duas ações já concluídas e validadas, referentes à formação e acompanhamento das mudanças de setup para o 1º turno de trabalho. Estas ações resultaram no acompanhamento e validação de 13 mudanças de setup, pela equipa responsável, em diferentes máquinas, incluindo a máquina selecionada para o workshop. Verificaram-se resultados positivos, com reduções significativas nos tempos de setup, nomeadamente na máquina PT_ IN019_INJ 110B, com uma melhoria de 39,24%. Estes resultados comprovam a eficácia da abordagem adotada, possibilitando o cumprimento com as novas etapas estabelecidas, nomeadamente as formações programadas e os testes de soluções futuras para o 2º e 3º turnos de trabalho.
- Industrial Sensors Online Monitoring and Calibration Through Hidden Markov ModelsPublication . Martins, Alexandre Daniel Batista; Cardoso, António João Marques; Farinha, José Manuel TorresThis thesis aims to demonstrate a methodology able to diagnosis, through the Hidden Markov Model (HMM), the health state of production equipment, as well as the calibration state of sensors reading equipment. Through a well-defined methodology, the observations collected by the sensors are optimised to give input into a HMM, that are translated into hidden states, which represent the diagnosis of the equipment under study, being: State 1 - "Good working"; State 2 - "Warning"; State 3 - "Fault/Uncalibrated". After collecting the data, it goes through a cleaning process that will improve its quality and integrity. Then, a feature generation phase is performed. This phase is extremely important because the information can be managed for the desired equipment. It is through this stage that we can distinguish the diagnosis between the production equipment and the reading equipment. Next, a dimensional reduction of the data is performed, through Principal Component Analysis (PCA) and an extraction of new features that, although in smaller amounts, have more information each one. Then, the new data matrix is applied to a Clustering, performed by K-means, with the objective of grouping similar data within the same group. This will cause good working data to be in one cluster and bad working data to be in a different cluster. These clusters will be the optimized observable states that give input to the HMM. Subsequently, the HMM translates the observable states into a sequence of hidden states that represent the diagnosis of the equipment. Besides the methodology available to detect different types of information from the same data set, it has more capabilities, such as: imputing values in time series with few samples through Deep Neural Network (DNN) methods, namely the Multi-Layer Perceptron (MLP) model; performing the equipment health status prognosis through the Deep Neural Network (DNN), the Gated Recurrent Unit (GRU).
- Industrialização de uma linha de produção de garfos para uma caixa de velocidadesPublication . Pinto, António Pedro Marques; Vieira, André Ferreira Costa; Fernandes, Amadeu Duarte NunesNuma indústria automóvel cada vez mais competitiva e com menos margem para errar, a otimização da produção é cada vez mais fundamental para garantir a sustentabilidade e futuro das empresas do ramo automóvel. Para isso, a engenharia de processo visa garantir uma definição clara e otimizada dos processos para que eles em conjunto garantam a estabilidade e fluidez de uma linha de produção. A aplicação da metodologia Lean Manufacturing bem como as suas mais variadas ferramentas especialmente o Standard Work, torna-se fundamental durante a fase de planeamento e definição de processos naimplementação de novos projetos. Este estágio curricular visou apoiar a implementação de uma nova linha de produção e preparação de documentação direta e indiretamente utilizada para a submissão de Production Part Approval Process (PPAP), focado na fase de validação de meios e ferramentas na unidade fabril, mas também apoio à melhoria contínua em linhas de produção em série já em operação. Durante o estágio, foi desenvolvida documentação standard de posto de trabalho, dividida em diversos documentos que procuram dar apoio e esclarecer o trabalhador acerca da tarefa e à qual foi alocado e documentação de definição das verificações efetuadas nos pontos de controlo. Foi também procurado apoiar a melhoria contínua, através da ferramenta Kaizen, em variadas linhas de produção. Foi desenvolvido um caso de estudo, a construção de uma BoP, um documento que descreve todas as etapas do processo de fabrico de um produto, neste caso para 8 referências diferentes, com o desafio da sua produção estar interligada em variados processos, ou seja, a produção de 2 ou mais referências numa só operação, tornando-se ainda mais evidente a necessidade da otimização e balanceamento da linha de produção e que serviu para garantir também o apoio à documentação enviada em PPAP.
- Manutenção Lean em Ambiente de Indústria 4.0Publication . Mendes, David Samuel Fernandes Tavares; Gaspar, Pedro Miguel de Figueiredo Dinis Oliveira; Navas, Helena Victorovna GuitissPara que as empresas, independentemente da sua dimensão, se mantenham competitivas e ativas num mercado cada vez mais global, devem aumentar a produtividade, economizar recursos e melhorar os seus processos organizacionais. Com o aumento da automação e digitalização, um dos focos é colocado na gestão de ativos e manutenção, como sendo funções de agregação de valor ainda mais significativas. Os requisitos para o setor da manutenção, assim como para o pessoal integrante desta área, mudou consideravelmente ao longo dos anos por causa do aumento da digitalização e automação, e pela complexidade dos ativos. Para que esta área se enquadre na realidade atual, é necessária uma rápida reação e adaptação da estratégia de manutenção. Desta forma, o incremento das ferramentas inerentes à Filosofia Lean (FL) e às tecnologias inerentes à Indústria 4.0 (I4.0) são de todo importantes, já que permitiram às empresas melhorar o funcionamento do chão de fábrica. A FL surge como uma cultura promissora e geradora de resultados efetivos, tendo como objetivo a eliminação dos desperdícios e a criação de valor. Ligada à FL, assim como ao departamento da manutenção e produção, encontra-se a metodologia Total Productive Maintenance (TPM). Esta tem como objetivo potenciar o desempenho das empresas, através da realização de ações específicas, na contribuição para o aumento da eficiência produtiva, diminuição de desperdício, acidentes, defeitos, paragens e falhas ao longo do processo produtivo. Por outro lado, com a introdução de novas tecnologias no setor industrial, surge a necessidade deste se adaptar às alterações do mercado, de modo a fazer frente às necessidades de um mercado cada vez mais competitivo e global. Neste contexto, o presente trabalho apresenta um modelo que integra três conceitos: Manutenção, FL e a I4.0, para melhorar a gestão e todas as atividades inerentes da manutenção, passando pelo planeamento da manutenção até à intervenção da mesma. O modelo é composto por uma arquitetura constituída por sensores, gateway, e protocolos de comunicação: internet sem fios e o Bluetooth Low Energy (BLE) para assegurar a contínua e ininterrupta monitorização de vários indicadores relevantes da manutenção. Uma vez desenvolvido o modelo, e de forma a ilustrar o seu potencial em termos de aplicação e de validação em contexto industrial e real, é desenvolvido um estudo de caso numa fábrica de rações, mais concretamente aplicado a um tapete transportador que opera na área de transporte e movimentação de granéis. Constatou-se que a implementação deste modelo junto com a consciencialização e participação de todos os elementos que operam na área de transporte e movimentação de rações, trouxe inúmeros benefícios, como: o aumento da disponibilidade (aumento de funcionamento em 7%), melhoria no conhecimento e desempenho dos colaboradores que operam nesta área, intervenções e plano de manutenção mais ajustado à realidade diária de operação do tapete transportador, melhorando os tempos (redução do tempo médio de reparações em 53%) de paragens programadas, entre outros benefícios. Os resultados mostram que o modelo proposto é uma ferramenta com mais-valias para as empresas. Possibilita aos responsáveis pelos serviços da manutenção fundamentarem as suas decisões com base na análise de dados que podem ser visualizados de uma forma rápida e acessível. Com base na análise do histórico do tapete transportador conjugado com os dados adquiridos pelo sistema de monitorização contínua, foi possível observar a sua utilidade no dia-a-dia dos responsáveis da manutenção, através da seleção e utilização de parâmetros específicos da gestão da manutenção.
- Método de Taguchi aplicado na indústria da extrusão de borrachaPublication . Henriques, Rúben Filipe Pereira; Vieira, André Ferreira Costa; Enrique, Daisy Valle; Świderski, EmilianNo contexto industrial atual de elevada competitividade e exigência do mercado, empresas dedicadas à produção de tubos e outros produtos através da extrusão, como é o caso da empresa X, reconhece a necessidade de garantir que os parâmetros de qualidade dos seus produtos atinjam os níveis definidos, para que se assegure a conformidade e a satisfação do cliente. Neste caso, o diâmetro interno dos tubos, que é uma das características cruciais do produto final, tem demonstrado desde a abertura da empresa, uma grande variabilidade, o que leva à instabilidade do processo. Neste sentido foi conduzido antes do estudo principal, um estudo de controlo estatístico do processo, para avaliar as suas capacidades. Com a aplicação de cartas de controlo 𝑋̅−𝑅 e do cálculo dos índices 𝐶𝑝 e 𝐶𝑝𝑘, verificou-se que o processo se encontra sob controlo estatístico. No entanto, os valores extremamente baixos dos índices indicam uma descentralização e baixa capacidade do processo, dificultando o cumprimento dos requisitos da qualidade. Como resposta a estas dificuldades, desenvolveu-se um Design of Experiments (DoE) com base no método de Taguchi, com o objetivo de otimizar os parâmetros do processo de extrusão e reduzir a variabilidade do processo para se atingir a qualidade necessária. Selecionaram-se os fatores, velocidade da extrusora, número de vias, temperatura do Pin e Die e velocidade do forno, e organizaram-se numa matriz ortogonal 𝐿8, sendo que para as 8 experiências a realizar se retiraram 2 respostas para cada uma. As respostas em estudo (diâmetro interno e espessura) são do tipo “Nominal é melhor” o que implica que os valores das respostas têm de estar em torno de um valor alvo definido pela empresa. A análise dos resultados incluiu a construção de gráficos de efeito médio relativamente à resposta e à razão S/N, análise das interações entre os fatores e ainda uma análise da variância (ANOVA) para identificar os efeitos estatisticamente mais relevantes. Os fatores significativos obtidos para o diâmetro interno foram então, a velocidade do forno, a relação entre a velocidade da extrusora e a temperatura do Pin e Die e a relação entre o número de vias e a velocidade do forno. Já para a espessura obtiveram-se as mesmas, mas ao invés da velocidade do forno, foi selecionada a relação entre o número de vias e a temperatura do Pin e Die.
- A Predictive Maintenance Model based on Multivariate Analysis with Artificial IntelligencePublication . Rodrigues, João Carlos Antunes; Cardoso, António João Marques; Farinha, José Manuel TorresThe maintenance of physical assets is increasingly assuming a leading role in the success of companies, whether industrial or services. The pressure of budgets, combined with a strict maintenance policy, gives companies competitive advantages in an increasingly demanding market. This PhD thesis emerged with the aim of solving some Predictive Maintenance problems. The research also aims to respond to gaps identified in the state of the art as the prediction and classification of the long-term state of equipment. The present work describes novel contributions to the state of the art of lubricating oils. The results show that it is possible to create good models using Artificial Neural Networks (ANN) to classify oils considering all variables. Models can even possibly rank lubricants with a small error. Using Principal Component Analysis (PCA), the relevance of each variable for oil analysis was determined, thus providing a better insight into the importance of each parameter under analysis. The results also show that a neural model does not need to use all variables. Principal Component Analysis also allowed the creation of an algorithm that calculates the percentage of degradation of a lubricating oil, from the manufacturer's standard references so, this algorithm works for any industrial lubricant. It is noteworthy that lubricant classifiers (PCA, RNA and Human Experts) were compared with each other, having converged in more than 90%, which confirms the reliability of the classification. The developed algorithms can support industries, in a general way, since they provide information that is easy to interpret, and helps them to make decisions about the most appropriate time to replace oil in the assets. Through exhaustive research of the state of the art in prediction and industrial forecast, it was concluded that, to date, there is no published model for predicting failures with such a long-time span, which demonstrates the innovation and contribution of the present research for science and for the competitiveness of the industry. It should be noted that the developed algorithms have already been tested and applied, showing in general a prediction error below 10%. The current project has a short-term prediction model and another long-term prediction model, both using neural networks. The long-term forecasting model can predict asset failures 90 days in advance, which allows industries to make scheduled stops on their assets, thus avoiding losses resulting from unscheduled stops. Adequate feature input vectors in Artificial Neural Networks using sliding windows along time series greatly improved the training, leading to the conclusion that overlapping windows allow the network to learn in less iterations. Larger windows make it easier to capture peak values, but the optimal window size needs to be determined experimentally. Regarding short-term forecasting, it has been shown that data resampling can make the forecasting process faster, as it considerably reduces the input data set in the network. An algorithm was also developed to determine the expected equipment state through classification of the predicted sensor values. This way, the algorithm will be able to classify the probable state of the assets in the future in normal operation, alert or malfunction. This PhD thesis is very important for the industrial area, especially in the areas of maintenance, safety, quality, sustainability and efficiency, as it will maximize the availability of assets, contributing to the success of the Quality Management Systems and Maintenance Management Systems. Such positive increments in several sectors will have as main consequence the reduction of costs, increase of equipment availability and improvement of quality, what will become a competitive differentiator for the industries, because they will be able to approach the market with more competitive prices and quality. Part of the work was published in scientific articles and presented at several congresses and received the distinction of best presentation award in TEPEN 2021 & IncoME-VI congress in China. It also received the 2nd Young Engineer Innovation Award- PIJE 2021, from Ordem dos Engenheiros, Portugal.
- Production Optimization Indexed to the Market Demand Through Neural NetworksPublication . Mateus, Balduíno Patrício César; Cardoso, António João Marques; Farinha, José TorresConnectivity, mobility and real-time data analytics are the prerequisites for a new model of intelligent production management that facilitates communication between machines, people and processes and uses technology as the main driver. Many works in the literature treat maintenance and production management in separate approaches, but there is a link between these areas, with maintenance and its actions aimed at ensuring the smooth operation of equipment to avoid unnecessary downtime in production. With the advent of technology, companies are rushing to solve their problems by resorting to technologies in order to fit into the most advanced technological concepts, such as industries 4.0 and 5.0, which are based on the principle of process automation. This approach brings together database technologies, making it possible to monitor the operation of equipment and have the opportunity to study patterns of data behavior that can alert us to possible failures. The present thesis intends to forecast the pulp production indexed to the stock market value.The forecast will be made by means of the pulp production variables of the presses and the stock exchange variables supported by artificial intelligence (AI) technologies, aiming to achieve an effective planning. To support the decision of efficient production management, in this thesis algorithms were developed and validated with from five pulp presses, as well as data from other sources, such as steel production and stock exchange, which were relevant to validate the robustness of the model. This thesis demonstrated the importance of data processing methods and that they have great relevance in the model input since they facilitate the process of training and testing the models. The chosen technologies demonstrated good efficiency and versatility in performing the prediction of the values of the variables of the equipment, also demonstrating robustness and optimization in computational processing. The thesis also presents proposals for future developments, namely in further exploration of these technologies, so that there are market variables that can calibrate production through forecasts supported on these same variables.
- Relações dinâmicas entre mercados de energias fósseis, empresas de energias renováveis e empresas de tecnologias: uma abordagem ARDLPublication . Louro, Rafael Pedro; Monteiro, João DionisioA produção de energia, essencial para a sociedade, tem origem, maioritariamente, nos combustíveis fosseis, que são a principal causa de emissões de gases de efeito de estufa. As graves consequências que estes gases provocam no planeta, como o aquecimento global, levaram à necessidade da redução da dependência de energia fóssil, através da busca por fontes de energia mais sustentáveis. Este cenário despertou o interesse nas energias renováveis e, consequentemente, nas tecnologias que as suportam, e fez com que o investimento e estudo das mesmas aumentasse nos últimos anos. Através da aplicação do modelo Autoregressive Distributed Lag (ARDL), que permite analisar as relações entre séries temporais a curto e longo prazo, e baseando os procedimentos de inferência sobre as relações no teste dos limites, esta dissertação tem como objetivo estudar as relações de cointegração entre os mercados de energias fósseis, de energias renováveis e de tecnologias, e taxa de juro, de modo a proporcionar aos agentes de mercado e às entidades públicas informação relevante para uma tomada de decisões mais conscientes, como a diversificação de investimentos para redução do risco ou a implementação de políticas, de modo a contribuir para a expansão e crescimento das fontes de energia renovável. Os resultados da aplicação do modelo ARDL sugerem a inexistência de relações de cointegração de longo prazo entre, por um lado, o preço das ações de empresas de energias renováveis e, por outro, o preço do petróleo, o preço das ações de empresas de tecnologias, a taxa de juro e o preço das ações de empresas de tecnologias ambientais. Estes resultados não suportam, por um lado, as teorias de um comportamento de substituição entre as energias renováveis e o petróleo, i.e., que o aumento (diminuição) do preço do petróleo induziria um aumento (diminuição) do preço das ações de energias renováveis e, por outro, dada a forte interdependência entre os dois mercados, que o aumento do preço das ações de empresas de tecnologias induziria um co-movimento positivo no preço das ações de empresas de energias renováveis. Estes resultados sugerem que o desenvolvimento do mercado de energias renováveis é impulsionado, em grande medida, por políticas públicas e pela criação de ambientes políticos favoráveis ao investimento por parte dos Governos, para promover a transição energética.