• Nenhum resultado encontrado

8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2021

Share "8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007"

Copied!
7
0
0

Texto

(1)

8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA

Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

APRESENTANDO AS CARACTERÍSTICAS DO MOS II – SISTEMA DE APOIO

OPERACIONAL APLICADO NA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS DE USINAGEM

Elesandro Antonio Baptista*, Nivaldo Lemos Coppiniº

* Universidade Metodista de Piracicaba, Rodovia Santa Bárbara d’Oeste-Iracemápolis, Km 1 – Santa Bárbara d’Oeste – SP - Brasil, º Universidade Estadual de Campinas – FEM, Cidade Universitária, Campinas, SP, Brasil.

*e-mail: elesandro@elesandroab.eng.br ºe-mail: ncoppini@terra.com.br

RESUMO

A otimização de processos de usinagem pode resultar em importante diferencial competitivo. Por este motivo, trata-se de um tema que deve trata-ser trata-sempre estudado a fim de disponibilizar novas opções a trata-serem exploradas. Nos últimos anos os autores tem trabalhado no desenvolvimento de abordagens de otimização de processos de usinagem que se adaptam em diferentes cenários fabrís. Os conceitos estudados foram utilizados na construção de um sistema, baseado na Web, específico para auxiliar a complexa tarefa de otimização de usinagem em diversos cenários que vão desde flexível até produção em série. Este trabalho objetiva apresentar as características da última versão do sistema Machining Optmizer System - MOS II. Para isso é feita uma introdução aos conceitos de otimização de usinagem, utilizados na construção do sistema, são descritos seus recursos e características e, finalmente, um exemplo de aplicação é utilizado para demonstrar sua utilização. O trabalho permite concluir que o sistema MOS II é uma importante ferramenta para auxiliar a otimização de processos de usinagem.

(2)

INTRODUÇÃO

Otimizar o processo de usinagem é uma tarefa relativamente árdua. Em primeiro lugar porque o número de soluções possíveis que atendem a fabricação de peças com qualidade é grande. Entretanto, difícil é saber qual destas é a melhor.

Os autores consideram que, depois de esgotadas todas as possibilidades de análise racional de seleção de ferramentas baseadas em catálogos de fornecedores de ferramentas e/ou experiência de planejadores de processo e operadores de máquinas ferramentas, é necessário considerar aspectos que dependem fundamentalmente do cenário de fabricação envolvido.

Este é o principal motivo porque diferentes empresas apresentam prazos de entrega de serviços de usinagem e custos de fabricação diferentes.

Os autores consideram, também, que otimizar o avanço e a profundidade de usinagem deve ocorrer com análise da geometria envolvida entre a ferramenta e a peça bruta a ser usinada. Assim, o melhor valor para o avanço deve ser o maior que, respeitando as restrições da máquina ferramenta, consiga atender a qualidade final da peça. Se a operação for de desbaste pesado, desbaste leve, semi-acabamenteo, ou acabamento, ou ainda, acabamento fino, deve-se utilizar os maiores avanços para atender tais condições e que respeite as restrições da máquina ferramenta. Analogamente, sempre que a operação exigir grande remoção de cavaco ou o sobremetal para usinagem for de pequena dimensão, deve-se optar por profundidades de usinagem as maiores possíveis para atender tais condições e que sejam compatíveis com o avanço selecionado, novamente respeitando as restrições da máquina ferramenta.

Com base neste conceito os autores mostram que selecionado o melhor avanço e a melhor profundidade de usinagem, várias são as velocidades de corte que atendem satisfatoriamente a usinagem da peça, com qualidade. Ver Figura 1.

Figura 1. Forma do cavaco para diferentes valores de velocidades de corte.

Resta, portanto, determinar qual delas é a melhor. Os autores criaram um procedimento para encontrar velocidades de corte de referência que possam auxiliar o usuário na tarefa de selecionar a velocidade de corte otimizada.

Desta forma, e considerando que o cenário de fabricação é fundamental para determinação das velocidades de referência, foi construído um Sistema de Apoio Operacional, denominado de MOS – Machining Optmizer System, que se encontra disponibilizado na página http://www.elesandroab.eng.br.

O objetivo deste trabalho é apresentar resumidamente o MOS e detalhar a sua evolução MOS II, construída com o objetivo de ampliar e tornar mais amigável a utilização deste Sistema de Apoio Operacional.

REVISÃO DA LITERATURA E FUNDAMENTOS DO MODELO DE PROCEDIMENTO

Lee e Tarng [1] utilizaram redes polinomiais para determinar a relação entre os parâmetros de corte e o desempenho da rugosidade superficial, força de corte e vida da ferramenta. Em seguida, determinaram a condição otimizada de usinagem dentro do Intervalo de Máxima Eficiência para operações de ciclos de torneamento. Meng; Arsecularatne; Mathew [2] determinaram, com base na teoria de usinagem, as condições de mínimo custo ou de máxima produção para otimizar o processo de usinagem. Baseiam-se na obtenção da maior taxa de remoção do cavaco para a determinação dos parâmetros de corte. Em seguida, propõem o uso de uma alteração na equação estendida de vida de Taylor, com base em dados obtidos em catálogos, para adequação da velocidade de corte na condição otimizada.

(3)

Toulei-Rad [3] desenvolveu um Sistema Especialista para a otimização de processos de torneamento, furação e fresamento. Com base nas características da peça (dados de entrada), são otimizados: potência requerida; velocidade de corte; fluído de corte; avanço e profundidade de usinagem, usando dados oriundos de catálogos ou da literatura. Shabtay e Kaspi [4] propõem um procedimento para a otimização do processo de usinagem com base na condição de máxima produção, mínimo custo e máximo lucro (os autores definem máximo lucro por meio da equação: [(faturamento por peça – custo por peça)/(tempo de ciclo], respeitando a vida da ferramenta. Wang et al [5] desenvolveram um sistema computacional para a otimização do processo de torneamento com um único passe com base nas condições de mínimo custo e de máxima produção. O usuário informa os valores máximos e mínimos para a vida da ferramenta e o valor da velocidade de corte é calculado para um novo valor para fins da otimização. Mursec e Cus [6] desenvolveram um sistema computacional para determinar a condição ótima de usinagem, mínimo custo e máxima produção, a partir de diferentes catálogos de fabricantes de ferramentas. Zuperl e Cus [7] aplicaram a técnica de redes neurais para otimizar o tempo de produção, o custo de produção e a rugosidade da superfície usinada. A revisão da literatura é reveladora de que as propostas de otimização do processo de usinagem não têm como foco a possibilidade de aplicações práticas. O principal diferencial deste trabalho é unir o aspecto científico e o prático de usinagem apresentando um modelo de procedimento de otimização baseado na obtenção dos valores da constante “K” e do coeficiente “x” da equação de vida de Taylor, calculados a partir de dados obtidos em ambiente fabril [8, 9]. O sistema permite calcular velocidades de referência que, além de determinadas para serem utilizadas sem extrapolações, consideram o cenário em que o processo em análise está inserido. Podem ser utilizadas para seleção de velocidades de corte a serem adotadas visando tomada de decisão tanto para aumento da produtividade quanto para minimização dos custos do processo.

Os cenários de fabricação que melhor se enquadram para aplicação do modelo de procedimento são:

• produção em série ou produção em série para peças de uma mesma família (Tecnologia de Grupo - TG), desde que sejam do mesmo material e utilizem a mesma ferramenta;

• otimização do processo em planta fabril após o seu planejamento; • produção flexível;

• completa automação do processo.

Os cenários em que o modelo de procedimento não seria recomendado são: • Usinagem de peças para manutenção e ferramentaria ou similares;

• em situações que a mesma ferramenta não é utilizada para a execução das operações correspondentes; • quando peças, ferramentas ou máquinas-ferramentas não apresentam qualidades e propriedades uniformes; • cenários com máquinas convencionais

APRESENTANDO O MOS

O MOS, permite que o usuário determine três velocidades de referência. São elas: velocidade de mínimo custo (Vcmc), velocidade de máxima produção (Vcmxp) e velocidade de mínimo custo limite (VcmcLim). As duas primeiras

formam o chamado Intervalo de Máxima Eficiência (IME) e a terceira é determinada quando o tempo de troca da ferramenta é muito próximo ou igual à zero (Figura 2).

TEMPO TOTAL DE FABRICAÇÃO

Vcmxp

TEMPO DE USINAGEM

TEMPO DE TROCA DA FERRAMENTA

TEMPOS SECUNDÁRIOS DE USINAGEM

CUSTO TOTAL DE FABRICAÇÃO

Vcmc CUSTO (HOMEM + MÁQUINA)

CUSTOS INDIRETOS CUSTO DA FERRAMENTA

VcmcLim

IME

0 100 200 300 400

VELOCIDADE DE CORTE (m/min) 0 40 120 80 C U STO S D E USINAG EM PO R PEÇA TEM P O S DE FABRIC A Ç ÃO P O R PEÇA

(4)

O sistema foi desenvolvido com auxílio de mais de uma linguagem de programação, sendo a principal delas a Active Server Pages® (ASP), que foi utilizada principalmente para a interação do sistema com a base de dados. Outras linguagens utilizadas foram: JavaScript®, VBScript® e html, principalmente na construção dos formulários e tabelas.

Apresenta outras características importantes:

• permite a configuração de preferências do usuário;

• possuí regra residente que deve ser definida por especialistas;

• possuí tabela de exceções que possibilita ao usuário especificar alterações em relação à regra residente; • possuí sistema de ajuda amigável;

• permite configuração das telas do sistema por meio de edição dos campos da base de dados.

As Figuras 3 e 4 ilustram duas páginas principais do MOS. A Figura 3 é a página de acesso ao sistema. O usuário ao acessar o endereço de WEB acima mencionado, será convidado a solicitar uma senha. Em poder desta, terá privacidade para utilização gratuita e responsável do MOS.

Figura 3. Página inicial de acesso ao MOS. Figura 4. Tela com análise dos resultados (após a análise do IME).

Na Figura 4 pode-se observar o resultado final de um procedimento de otimização. O sistema foi configurado para trabalhar com uma velocidade de corte inicial de 175 m/min (selecionada em catálogo do fornecedor de ferramentas). Durante a usinagem em planta fabril, o usuário, baseado em um critério de fim de vida da aresta, mediu uma vida de 24 min. Ao inserir este valor de vida, o MOS automaticamente sugere uma nova velocidade de corte, que neste caso é 20% maior que a primeira. Este percentual também foi configurado no sistema. Com o mesmo critério de vida a segunda vida da aresta é apresentada e com ela os coeficientes da equação de vida de Taylor e as velocidades de referência.

Com base nas velocidades de referência o usuário pode especificar com qual velocidade de corte vai trabalhar e, ao selecioná-la no MOS, este oferecerá os valores da produção horária, do custo por peça, do tempo efetivo de corte e do número de arestas necessárias para cortar o lote especificado durante a configuração do sistema.

APRESENTANDO O MOS II E SUAS CARACTERÍSTICAS

Em seguida são apresentadas as Figuras de 5 a 9, nas quais algumas da Telas do MOS II são apresentadas.

A Figura 5 é a página de acesso ao sistema que, como pode ser visto, apresenta completa segurança de utilização para o usuário. No exemplo da Figura 6 o usuário irá selecionar o tipo de operação que pretende ter as condições de usinagem otimizadas. A Figura 7 destaca a interface amigável do sistema que, no caso, permite a escolha da opção a ser trabalhada, como inserir dados, calcular indicadores do processo corrente ou ainda, realizar uma otimização. A Figura 8 apresenta a tela com a apresentação dos resultados da otimização. Nela é possível interagir com o “mouse”

(5)

sobre o gráfico e alterar o valor velocidade de corte selecionada (que no gráfico aparece com valor de 140 m/min). Os indicadores são exibidos para as velocidades de corte de mínimo custo, de máxima produção, cujos valores podem ser comparados com os indicadores da Vc escolhida pelo usuário.

Figura 5. Tela inicial de acesso ao MOS II. Figura 6. Menu para escolha da operação.

Figura 7. Menu com opções de utilização. Figura 8. Resultados de uma otimização.

Figura 9. Resultados de uma otimização de uma programação diária, composta por 5 lotes de peças.

Na Figura 9 são exibidos os resultados de uma otimização de uma programação diária. Neste caso, todos os lotes programados são análisados e o número total (aproximado) de ferramentas necessárias para a usinagem das peças, é

(6)

especificado, no caso do exemplo da Figura 9, serão necessárias treze arestas para a usinagem de toda a programação prevista.

Além dos detalhes descritos até aquí, o MOS II apresenta as seguintes características:

• a interface do sistema pode ser alterada de forma a se adaptar às necessidades do usuário. A vantagem em relação ao MOS refere-se a possibilidade de inclusão de novos campos que podem ser utilizados nos cálculos realizados no sistema. Isto foi possível em função do sistema permitir que todas equações sejam editadas pelo usuário. Além disso, é possível alterar as telas do sistema, adequando o layout em função da necessidade do usuáio;

• novas abordagens de otimização desenvolvidas após a finalização do MOS foram incluídas no MOS II, como a análise do tempo de troca da ferramenta, e sua influência na velocidade de corte de máxima produção, otimização com base na velocidade de custo mínimo admissível e velocidade de custo máximo admissível, em pode-se otimizar o processo em situações que existam tempo disponível para aproveitamentos dos recursos existentes ou adotar a velocidade de corte em função do custo máximo admissível para o sistema, entre outros; • foi incluída uma estrutura organizacional que dividiu o acesso ao sistema em diferentes níveis hierárquicos. Dessa forma, é prevista a existência de um administrador (que pode ser interno ou externo), o qual conta com uma interface específica para acesso ao sistema e é responsável pelo cadastro do supervisor, o qual tem acesso limitado a empresa ou ao setor especificado, mas que pode adicionar usuários e gerenciar os resultados obtidos por eles;

• foi incluída uma ferramenta de busca que permite pesquisar os dados existentes no sistema, o que pode facilitar o aproveitamento de resultados anteriores em novas otimizações;

• o MOS II permite que os indicadores do cenário corrente sejam analizados, permitindo que o usuário possa escolher entre manter a situação como está, ou dar continuidade e realizar a otimização. Dessa forma, o sistema não obriga que o usuário faça a otimização para poder visualizar os indicadores do processo;

• permite que a otimização seja feita com base em dados de catálogos, situação que não apresenta resultados com a mesma qualidade e precisão quando comparada com a obtenção de dados em ambiente fabril, contudo, pode ser explorada em casos específicos em que a realização de ensaios não seja possível.

CONSIDERAÇÕES FINAIS

O sistema MOS II adicionou ao sistema MOS as seguintes melhorias e novas funcionalidades:

• utilização de recursos mais profundos da tecnologia ASP, com uma maior utilização de CSS, Java script e Vbscript;

• novo leiaute das janelas do sistema;

• maior facilidade de uso com a reestruturação dos menus e divisão da tela em áreas funcionais; • níveis hierárquicos diferenciados para diferentes tipos de usuários;

• interface para adminstração do sistema;

• liberdade de configuração das fórmulas para cálculos dos parâmetros de otimização;

• busca de dados e informações para praticamente todos os existentes inclusive e principalmente os dados e informações já otimizados;

• maior facilidade de uso devido ao menor número de informações solicitadas ao usuário;

• possibilidade de determinar mais duas velocidades de referência além das calculadas pelo MOS I - velocidade de custo mínimo admissível e velocidade de custo máximo admissível;

• opções para que o usuário possa utilizar o sistema para avaliar os parâmetros planejados e, em seguida, decidir pelo uso ou não do sistema para otimização destes parâmetros;

• opções para selecionar a velocidade de corte, após a otimização, verificando sua influência nos indicadores de desempenho disponíveis no sistema;

• possibilidade de otimizar processos de torneamento, fresamento e furação

• considera diferentes cenários produtivos, como produção seriada e flexível, com diferentes abordagens de otimização para cada situação.

(7)

REFERÊNCIAS

1. LEE, B. Y.; TARNG, Y. S. Cutting-parameter selection for maximizing production rate or minimizing production cost in multistage turning operations. Journal of Materials Processing Technology, v. 105, n. 1, p. 61-66, Sept. 2000.

2. MENG, Q.; ARSECULARANTNE, J. A.; MATHEW, P.Calculation of optimum cutting conditions for turning operations using a machining theory. International Journal of MACHINE TOOLS & MANUFACTURE: Design, Research and Application, v. 40, n. 12, p. 1709-1733, Sept. 2000.

3. TOLOUEI-RAD, M. Intelligent selection of cutting conditions in turning, milling and drilling. In: International conference on production research 16., 2001, Prague. Annals... Czech Republic: Prague, 2001. (Published in CD) ISBN – 80-02-01438-3.

4. SHABTAY, D.; KASPI, M. Optimization of the machining economics problem under the failure replacement strategy. INTERNATIONAL JOURNAL OF PRODUCTION ECONOMICS, v. 80, n. 3, p. 213-230, Dec. 2002. 5. WANG, J.; KURIYAGAWA, T.; WEI, X. P.; GUO, D. M. Optimization of cutting conditions for single pass

turning operations using a deterministic approach. International Journal of MACHINE TOOLS & MANUFACTURE: Design, Research and Application, v. 42, n. 9, p. 1023-1033, July. 2002.

6. MURSEC, B.; CUS, F.; BALIC, J. Organization of tool supply and determination of cutting conditions. Journal of Materials Processing Technology, v. 100, n. 1, p. 241-249, June. 2000.

7. ZUPERL, U.; CUS, F. Optimization of cutting conditions during cutting by using neural networks. Robotics and Computer Integrated Manufacturing, v. 19, n. 1-2, p. 189-199, Feb/Apr. 2003.

8. COPPINI, N. L.; MIRANDA, G. W. A.; BAPTISTA, E. A. Drilling Optimized Operations. In: INTERNATIONAL SCIENTIFIC CONFERENCE ON PRODUCTION RESEARCH VII - CIM, 2001, Lombardia. 2001.

9. COPPINI, N. L.; BAPTISTA, E. A. Machining process improvement by practical tests in shop floor. In: INTERNATIONAL CONFERENCE ON ADVANCED MANUFACTURING SYSTEMS AND TECHNOLOGY, 2002, Udine. Sixth International Conference on Advanced Manufacturing and technology Proceedings. UDINE: University of Udine, 2002. v. 1, p. 121-128.

UNIDADES E NOMENCLATURA

K constante da equação de vida de Taylor (adimensional);

Vc velocidade de corte (m/min);

Vcmc velocidade de corte de mínimo custo (m/min);

VcmcLim velocidade de corte de mínimo custo limite (m/min);

Vcmxp velocidade de corte de máxima produção (m/min); x coeficiente da equação de vida de Taylor (adimensional);

AGRADECIMENTOS

Referências

Documentos relacionados

Jacob Cohen com o apoio da FUNDAPI, Fundação Piedade Cohen, idealizou os Projetos Amazônicos que levam atendimento especializado em saúde ocular à população de diversas

Se você for mulher e estiver em idade fértil: o tratamento com micofenolato de sódio não deve ser iniciado até que seja realizado um teste com resultado negativo para gravidez e você

Esquema 1. Adição enantiosseletiva de reagentes organozinco a aldeídos. Primeira adição enantiosseletiva de reagente organozinco a um aldeído. Primeira adição

Guattari (2001, p.29-30) define da seguinte forma “O capitalismo pós-industrial que, de minha parte prefiro qualificar como Capitalismo Mundial Integrado (CMI) tende, cada vez

O balanço de água é dado pelo total de água disponível na área calculada no item anterior considerando o consumo de água/kg de carne suína produzida; o consumo

Examinamos as demonstrações contábeis do FUNBEP – Fundo de Pensão Multipatrocinado (“Entidade”), doravante referidas como consolidado, que compreendem o

c) ao término de cada período de 21 (vinte e um) dias, isto é, do dia 1º até 21º de cada mês será verificado o total de horas trabalhadas e o total de horas compensadas, sendo

1 — Coordenar a execução das atividades municipais no âmbito do urbanismo e das obras municipais, garantindo a concretização das orientações políticas