Esta dissertação pretende consolidar um método quantitativo, flexível e genérico que possa ser útil na otimização experimental dos mais variados produtos e processos industriais medidos por múltiplas variáveis de resposta. O que se pretende com o método é identificar o ajuste ótimo dos fatores controláveis, ou seja, aquele que reduz os custos devido à má qualidade de um produto considerando também os custos de matéria-prima e energia gastos na fabricação desse produto. A redução dos custos gerados pela má qualidade de um produto é alcançada através da minimização dos desvios das variáveis de resposta dos seus valores alvos e maximização da robustez do produto ou processo aos fatores de ruído e a possíveis oscilações nos fatores controláveis, pois toda vez que uma variável de resposta desvia-se do seu valor alvo ou apresenta variabilidade, existe uma perda financeira experimentada pelo seu usuário. Ao longo do texto, faz-se uma revisão da literatura existente sobre o assunto, apresentam-se as etapas do método que devem ser cumpridas e algumas ferramentas consideradas eficientes no cumprimento dessas etapas. Logo após, realizam-se estudos práticos para validar o método e, baseado nesses estudos e no referencial teórico, conclui-se sobre o assunto. / The aim of this work is to present and discuss a quantitative and generic optimization method to be applied to a variety of industrial products or process measured trough multiple response variables. The method intends to identify the optimal adjustment for the factors, i. e., the one wich minimizes the cost due poor quality taking into account raw material and energy cost. To reduce quality losses, the response variables should be as close as possible to their target, and the product or process performance must be robust to noise factors as well as to oscilation in factor levels. Whenever a response variable deviates from its target, or presents variability, the loss percived by the user increases. This text presents a literature review on experimental optimization, discusses the steps of a proposed method, and presents some efficient tools to be used to carried out the steps of the optimization. Moreover, some case studies are presented and, based on these studies as well as on the literature review, conclusions are drawn.

Esta dissertação apresenta uma metodologia de retroalimentação do ciclo de desenvolvimento de produtos, com ênfase na fase de projeto, a partir de dados obtidos em estudos de confiabilidade. A metodologia é proposta com base no escopo da norma QS-9000, norma esta que vem sendo utilizada por fornecedores e sub-fornecedores da indústria automobilística no mundo inteiro. Um estudo de caso permitiu que a metodologia fosse implementada em uma empresa certificada na norma. São aplicadas retroalimentações em ferramentas como Desdobramento da Função Qualidade (QFD), Análise dos Modos e Efeitos de Falha de Produto (DFMEA) e de Processo (PFMEA). Os resultados obtidos demonstraram que a metodologia de retroalimentação proposta é uma ferramenta útil na maturação de um produto, através da utilização dos dados de falhas em campo, bem como no momento do desenvolvimento de um produto novo, que irá suceder o atual, através da utilização da voz do cliente e dos dados de falha em campo de forma ordenada. / This thesis presents a methodology for improving the product development cycle of consolidated products using reliability field data. The methodology is based on the QS-9000 standards, which has been used by suppliers and sub-suppliers in the automobile industry all over the world. A case study illustrates the utilization of the methodology proposed in a company certified by the QS-9000 standards. The improvements proposed here consist of retro-feeding of field information in typical product development tools such as the Quality Function Deployment (QFD), Design Failure Modes and Effects Analysis (DFMEA) and Process Failure Modes and Effects Analysis (PFMEA). Results obtained demonstrated that the methodology proposed may be a useful tool in product consolidation, through the utilization of field data failures, and also in new product development through recognition of customer demands.

Neste trabalho foi desenvolvida uma ferramenta instrumentada para o estudo do processo de corte de chapas por cisalhamento. Sua instrumentação permite a medição da força de corte , da força do prendedor de chapas e do deslocamento do punção, permitindo a realização de experimentos visando a otimização do processo. O equipamento permite também o estudo de métodos de supervisão do processo através da determinação da curva característica do processo para uma determinada situação de corte. Foram realizados experimentos variando alguns parâmetros do processo e procedendo-se uma análise de variância sobre os resultados. Os experimentos mostraram que, para materiais com grande resistência, a força necessária para o corte tem relação com a força exercida pelo prendedor de chapas.

A simulação computacional de processos é uma ferramenta valiosa em diversas etapas da operação de uma planta química, tais como o projeto, a análise operacional, o estudo da estratégia de controle e a otimização, entre outras. Um programa simulador requer, freqüentemente, o cálculo das propriedades termofísicas que fazem parte das equações correspondentes aos balanços de massa, energia e quantidade de movimento. Algumas dessas quantidades, típicas de operações baseadas no equilíbrio de fases (tais como a destilação fracionada e a separação flash), são as fugacidades e entalpias das fases líquida e vapor em equilíbrio. Contudo, o uso de modelos e correlações cada vez mais sofisticadas para representar acuradamente as propriedades termofísicas dos sistemas reais fez com que grande parte do tempo gasto numa simulação de processos seja devida à avaliação destas propriedades. Muitas estratégias têm sido propostas na literaturas a fim de se reduzir a carga computacional envolvida na simulação, estática e dinâmica, dos problemas de Engenharia Química. Esta diminuição do tempo de processamento pode muitas vezes ser determinante na aplicação ou não da simulação de processos na prática industrial, como, por exemplo, no controle automático. Esta dissertação aborda uma das alternativas para a redução do tempo computacional gasto na simulação de processos: a aproximação das funções que descrevem as propriedades termofísicas através de funções mais simples, porém de fácil avaliação. Estas funções, a fim de se garantir uma aproximação adequada, devem ser corrigidas ou atualizadas de alguma forma, visto que se tratam de modelos estritamente válidos em uma pequena região do espaço das variáveis, sendo, por isto, chamados de modelos locais. Partindo-se do estado atual desta técnica, é proposta nesta dissertação uma nova metodologia para se efetuar esta aproximação, através da representação global da propriedade mediante múltiplas funções simples, constituindo, desse modo, uma rede de modelos locais. Algumas possibilidades para a geração efetiva destas redes são também discutidas, e o resultado da metodologia é testado em alguns problemas típicos de separação por equilíbrio de fases.

O processo Spheripol é, atualmente, um dos mais utilizados na produção industrial de polipropileno e seus copolímeros. É composto por dois reatores tipo loop em série e, em alguns casos, um ou dois reatores tipo fase gás também em série. Neste trabalho é apresentado um modelo para os reatores loop do processo Spheripol. Os reatores loop são modelados como CSTR não ideais. O esquema cinético implementado é relativamente amplo, sendo capaz de englobar copolimerizações multisítio. Uma análise qualitativa do modelo é feita utilizando parâmetros cinéticos presentes na literatura e uma análise quantitativa do modelo é feita com base em dados reais de planta industrial. Ainda com base em dados de planta é feita uma estimação de parâmetros e a validação do modelo. Finalmente, o modelo com parâmetros estimados é aplicado num estudo de caso no qual também é criado um modelo de equilíbrio termodinâmico para a mistura reacional baseado na lei de Henry e na equação de estado de Peng-Robinson.

A melhoria de produtos e processos industriais pode ser realizada utilizando-se métodos de otimização experimental. Este trabalho apresenta um método estruturado para otimização envolvendo variáveis relacionadas com qualidade, comumente utilizadas, e variáveis que descrevem a confiabilidade do produto. O interesse em particular, está em sistematizar uma forma apropriada de determinar o prazo de garantia de produtos, baseado em testes de degradação acelerados. Para atingir este propósito utiliza-se projeto de experimentos conjuntamente com técnicas de avaliação sensorial, utilizada para medir o grau de degradação das amostras provindas dos testes de confiabilidade acelerados. O método é ilustrado com um estudo de caso realizado num produto fabricado em injeção de plástico. No exemplo do estudo de caso, deseja-se modelar a garantia de um piso plástico utilizado, na maternidade, para criação de suínos. Até o momento da realização da análise ocorriam reclamações de problemas com o produto dentro do prazo e garantia. O principal problema era a delaminação do produto devida a intensa fucção entre os cascos do animal e o piso. Um número elevado de reclamações durante o prazo de garantia levou ao desenvolvimento de uma nova composição do piso; o método proposto aqui é utilizado para determinar um prazo de garantia apropriado para produtos novos.

Este trabalho tem como objetivo apresentar as principais características do processo de estampagem incremental, suas aplicações, vantagens e limitações assim como verificar a sua viabilidade econômica em aplicações industriais. Os resultados obtidos mostram que este processo pode ser aplicado na indústria em fases de desenvolvimento de produtos ou até mesmo para a produção de pequenos lotes de peças. Os principais métodos utilizados na estampagem incremental são o não assistido por matriz, o semi-assistido por matriz e o assistido por matriz. Os parâmetros que tem maiores influências no processo são: a forma e acabamento da ferramenta, a estratégia de conformação, os incrementos durante a conformação, o sistema de fixação e o lubrificante utilizado. Uma comparação entre o processo de estampagem incremental não assistido por matriz e este processo utilizando uma matriz suporte foi realizado com o objetivo de se verificar a precisão dimensional de cada um dos métodos onde foi comprovado que o método assistido por matriz é mais adequado para a fabricação de produtos onde a tolerância dimensional é um requisito importante. Finalmente a viabilidade econômica do processo de estampagem incremental foi realizada e comparada com o processo de estampagem convencional, comprovando que a estampagem incremental é viável economicamente para pequenos lotes de peças. / This work aimed at presenting the main characteristics of the incremental sheet metal forming process, its applications, advantages and disadvantages and limitations as well as verify its economic viability in industrial applications. The obtained results shows that this process can be applied in industry in the product development phase or even in the production of small batches of parts. The main method utilized in the incremental sheet metal forming are dieless forming, semi-support and supported. The parameters that have great influence on the process are: shape and roughness of tool, the tool path, the step down, the holding system and the lubricant used in the forming process. A comparison between the incremental sheet forming with and with out die to support it was carried out aiming at verify the dimensional accuracy of each method. The method with a die to support it was proved to be is more appropriate to fabricate products where the dimensional accuracy is a important requirement. Finally, the economic viability analysis of the incremental sheet metal forming process were carried out and compared with the conventional stamping process, proving that the incremental sheet metal forming is economically feasible for small batches of pieces.

Este trabalho se propõe a substituir parcialmente o processo de usinagem, empregado atualmente para a fabricação de uma broca de perfuração de rochas, pelo processo de forjamento, gerando assim uma peça com melhoria nas propriedades mecânicas, economia de matéria-prima, aumento do valor agregado do produto e diminuição dos custos de produção. É ainda uma seqüência da dissertação de mestrado de Charles Chemale Yurgel, buscando otimizações pontuais do mesmo. Foi realizado um projeto de ferramental para a obtenção de tal peça, e este foi simulado computacionalmente pelo software LARSTRANÒ, onde se comprovou a eficácia do mesmo para a obtenção de peças com completo preenchimento da cavidade da matriz. A simulação numérica computacional também indicou a força teórica necessária para a conformação da peça de trabalho, bem como o fluxo do material durante a deformação da mesma. Foram usinados os componentes do ferramental e forjadas as peças, de aço AISI 8640, em temperatura de 1200 ºC. A lubrificação foi à base de composto sintético, aplicado nas ferramentas e na geratriz sob forma de spray. Do processo, tal qual predisse a simulação numérica, originou-se peças com completo preenchimento da cavidade da matriz. A força de conformação foi medida por célula de carga acoplada ao experimento, e registrou-se uma carga de 1122 kN necessária para a obtenção da peça, sendo esta 6% menor do que a previsão do software de simulação. Foram caracterizadas as peças obtidas pelo processo proposto e comparadas com as peças obtidas por usinagem, de onde se chegou a uma economia de material de 45,5 % com aumento na dureza da peça de 3,3 %. Caracterizaram-se ainda, como perdas de processo, 3,6% de material, em peso, como produto de oxidação superficial. Desta maneira, comprova-se a viabilidade da substituição do processo de usinagem pelo processo de forjamento para a obtenção da peça de trabalho, bem como comprova a confiabilidade da simulação computacional como ferramenta de avaliação de projetos de conformação mecânica. / This work aims at showing the feasibility of partial substitution of the machining process by hot forging, to obtain AISI 8640 steel drills bits, used to bore holes in rocks. The current drill manufacturing process, by machining alone, has been a major factor in loss of competitiveness compared to international manufacturers, because of loss of raw materials, long processing time, or high hour/machine cost. Thus, the possibility of optimizing the piece manufacturing process, replacing part of the machining process by hot forging, besides allowing the optimization of mechanical properties, significantly reduces manufacturing costs. This article presents the tooling to obtain the piece, together with the procedure used for testing, comparing the force found in practice to computer simulation with LARSTRAN/SHAPEÒ program. The results proved the feasibility of partial substitution of the process manufacturing, and also proved the reliability of computer simulation in this case.

O Aeromóvel é um sistema de transportes com um conceito não convencional de transmissão de potência. Ele se baseia na transferência de força pela geração de diferenças de pressão em câmaras adjacentes, como em pistões pneumáticos. As vigas por onde o veículo desloca-se são vazadas, onde câmaras internas são formadas pela presença de anteparos ligados ao veículo e de elementos de potência. Em razão de o veículo não carregar o seu sistema de potência, que no caso do Aeromóvel está instalado no solo, a tecnologia apresenta reduzidos custos de construção e instalação comparada com sistemas de transporte similares. Este trabalho propõe a descrição matemática e a criação de um modelo computacional desta tecnologia, com fim de proporcionar uma importante ferramenta de projeto. É realizada uma breve revisão bibliográfica dos trabalhos realizados, relatando o histórico de seu desenvolvimento. Descrevemse os princípios de operação e os atuadores que são utilizados pelo Aeromóvel. A modelagem física consiste na análise das principais forças sobre o veículo e na utilização das equações para gases compressíveis para a representação das dinâmicas das pressões na câmara. A abordagem matemática realizada é feita através da análise por parâmetros concentrados. O modelo computacional é desenvolvido no ambiente Simulink® do programa Matlab®. A avaliação do presente trabalho é efetuada através de experimentos realizados na planta existente na cidade de Porto Alegre. São observadas e discutidas suas características particulares. Três importantes variáveis são avaliadas nos ensaios, massa, potência e modo de operação, com o objetivo de verificar a generalidade da validade do modelo. A análise dos resultados demonstra que o modelo é valido com uma boa correlação para representar o sistema Aeromóvel. Realizam-se simulações dos modos típicos de operação do sistema. Elas são feitas utilizando-se a máxima potência instalada, de forma a demonstrar os limites que a tecnologia alcança. Ao fim estão apresentados resultados de dois sistemas de controle propostos para o Sistema Aeromóvel, que puderam ser avaliados pela utilização do modelo computacional. O presente trabalho mostra-se uma importante ferramenta de projeto, proporcionando liberdade para o dimensionamento do sistema Aeromóvel para as mais variadas aplicações, prevendo o seu comportamento e desempenho. / The Aeromóvel is a transport system with a non-conventional concept of power transmission. It is based in the transference of force by the generation of differences of pressure in adjacent chambers, likewise in pneumatic pistons. The beams where the vehicle runs have a hole, where internal chambers are formed by the presence of baffles linked to the vehicle and power elements. As the vehicle does not carry its power system, the technology presents lower construction and installation costs compared with other similar transport systems. This work proposes a mathematical description and the creation of a computational model of this technology, with aim to provide an important project tool. A brief history review of preview works is made, mentioning the history of its development. The operational principles and the actuators utilized by the Aeromóvel are described. The physical modeling consists on the analysis of the principles forces acting on the vehicle and on the use of the equations for comprehensible gases in the representation of the pressure dynamics in the chambers. The mathematical approach is done through the analysis by lumped parameters. The computational model is developed in the Simulink® environment of the program Matlab®. The evaluation of the present work is effected through experiments realized on the existing plant on the city of Porto Alegre, Brazil. Plant particular characteristics are observed and debated. Three important variables are evaluated in the tests, mass, power and operational mean, with the objective to verify the generality of the model validity. The analysis of the results demonstrates that the model is valid with a good correlation to represent the Aeromovel system. Simulations of typical means of system operation are realized. They are made using the maximum installed power, so that the limits the technology reaches can be demonstrated. At end results of two control systems proposed to the Aeromovel technology are showed, which could be evaluated by the use of the computational model. The present work proved to be an important project tool, providing freedom to dimension the Aeromovel system in the most variable applications, previewing its behavior and performance.

O rápido avanço industrial, em resposta às exigências de mercado e ao desenvolvimento tecnológico, levou a um aumento na complexidade dos processos modernos, aumentando não apenas o nível de interação entre as variáveis do processo, como também o número de malhas de controle necessárias para manter as condições desejadas de operação e a qualidade dos produtos obtidos. Apesar desse cenário e do desenvolvimento de novas técnicas, a grande maioria das malhas de controle industriais não funcionam de forma satisfatória. Visando atender as exigências e necessidades deste contexto, neste trabalho foi desenvolvida uma metodologia genérica para o projeto de controladores estruturados de baixa ordem do tipo PID, com elevado caráter prático e flexibilidade. Nesse contexto, o controlador PID é fatorado em blocos, permitindo levar em consideração as distintas formas nas quais a ação derivativa é implementada nos sistemas comerciais. A metodologia proposta permite a seleção do desempenho para o sistema que é então aproximado no domínio da freqüência para um controlador de estrutura e ordem selecionado pelo projetista. Foram propostas alternativas no sentido de sistematizar todo o procedimento de projeto. A partir do desenvolvimento de um estudo de caso capaz de gerar comportamentos dinâmicos representativos separados em classes, foram feitas diversas análises no sentido de verificar a potencialidade e as limitações da metodologia proposta. A metodologia foi integrada a uma ferramenta existente desenvolvida em Matlab® com interface amigável, possibilitando a qualquer profissional da área de controle de processos a exploração, em todas as dimensões, do problema de projeto global de controle, abrangendo a escolha da estrutura e projeto do controlador propriamente dito. Para processos mais complexos, foi desenvolvida uma metodologia alternativa através da sua caracterização por um conjunto de modelos lineares representativos de diferentes pontos operacionais, levando a um compromisso entre desempenho e robustez estabelecido por um único controlador PID. / The fast industrial progress, in response to the market demands and to the technological development caused an increased complexity of the modern processes, promoting not just an increased of the interaction level among the variables of the process, as well as the number of necessary control loops to maintain the conditions of the desired operations and the quality of the obtained products. Aiming to attend the demands and needs in this context, in this work, a generic methodology was developed for the design of structured low order controllers, with high practical character and flexibility. In that development, the PID controller was considered as a basis, due to its simplicity and capacity of providing a satisfactory performance for a great variety of processes. In that context, the PID controller is factored into blocks, allowing taking in consideration the different forms in which the derivative action is implemented in the commercial systems. The proposed methodology allows the selection of the desired closed-loop performance for the system that is then approximated in the frequency domain for a controller with structure and order selected by the designer. Alternatives were proposed in the sense of systematizing the whole project procedure. Starting from the development of a case study capable of generating representative dynamic behaviors, separated in classes, they were made several analyses in the sense of verifying the potentiality and the limitations of the proposal methodology. The whole methodology was integrated into an existent tool developed in Matlab® with a friendly interface providing to any professional in the area of control of processes the exploration, in all the dimensions, of the problem of global control design, embracing the choice of the structure and the controller's design. For more complex processes, an alternative methodology was developed through its characterization by a set of representative linear models at different operating points. thus taking to a compromise among performance and robustness established by only one PID controller.