Trabalho de PCP

UNIVERSIDADE DE PASSO FUNDO – Engenharia Mecânica

Disciplina MEC188 – Planejamento e controle da produção 

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otimização do processo de fabricação de tubos com costura

Chrystian Benatti, Lucas Piana Rosso e Marcelo Riva

Prof. Dr. Wu Xiao Bing

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RESUMO

Tubos de aço são itens essenciais para a indústria no ramo de mecânica e metais. O que diferencia os tubos de aço para tubos de outros materiais é a flexibilidade e a moldagem, que são pontos importantes para a área de construção civil. Entretanto, há mais de um tipo dessa estrutura, ou seja tubos de aço com costura e tubos de aço sem costura. Os tubos de aço com costura são fabricados baseando-se na solda de uma chapa de metal, desta forma, suas unidades são unidas. Através do calor e instrumentos específicos as pontas são soldadas, por tal razão, o tubo com costura é o tipo de aço que conta com diferentes espessuras, diâmetros e metragens. Devido a isso o tubo de aço com costura é considerado o mais popular, por ser acessível e por ser fácil de encontra-lo.

Palavras chaves: aço; costura; soldadas; metragens.

1. INTRODUÇÃO

Em uma empresa onde são fabricados diversos tubos de aço com costura, as quais passam pela soldagem do aço, tem-se uma enorme dificuldade de estipular o tempo de processamento total das peças, bem como a melhor sequência de produção.

Este trabalho visa fazer a previsão de quantos tubos devem ser fabricados para os anos seguintes, baseando-se na produção dos anos anteriores, como também visa realizar a otimização do tempo através de métodos estipulados.

1. Objetivo geral

Determinar a previsão da produção e o tempo de produção dos tubos com costura a partir de uma sequência otimizada.

1. Objetivos específicos

• Estimar a produção que será realizada no ano de 2019 com auxílio do método dos mínimos quadrados (MMQ);
• Estimar o tempo por um método conhecido no âmbito do planejamento e controle da produção, o algoritmo Johnson;
• Determinar a sequência otimizada de produção.

1. revisão bibliográfica

Neste capítulo será apresentado informações teóricas, com o objetivo de agregar conhecimento sobre o problema a ser estudado.

1. Tubos de aço

Os tubos de aço industriais são produtos versáteis utilizados nas indústrias mecânica, de metais e da construção. Por serem feitos em aço, os tubos são mais resistentes às forças mecânicas exercidas, o que os torna perfeitos para servirem como estruturas de edificações e em tubulações de gás ou esgoto.

1. Tubos de aço com costura

Tubos com costura são provenientes de chapas conformadas cujas arestas são soldadas de modo a originá-los. São largamente empregados nas indústrias petrolíferas, constituindo tubos de prospecção de petróleo. Também são empregados no transporte de gás natural da área produtora até as áreas consumidoras.

A produção dos mesmos, como dito antes, é feita a partir de chapas conformadas sendo que o principal processo de soldagem utilizado na geração da solda ou costura é o arco submerso, graças à sua automatização, permite a produção desses tubos em larga escala e com grande segurança e uniformidade operacional.

O processo de fabricação dos tubos com costura é realizado com calandra, no qual ocorre a conformação das chapas de aço até ganharem a forma do tubo, como mostra a Figura 1.

[pic 1]

Figura 1: Inicio da conformação (a) e formação do tubo (b).

Após ocorrer a formação do tubo, ocorre o processo de soldagem por arco submerso. Esse processo é caracterizado por um tipo de operação semiautomática ou automática; o custo dos equipamentos utilizados em sua realização é razoável.

Os consumíveis utilizados no processo são basicamente um eletrodo ou uma fita, a partir dos quais se produzirá juntamente com metal de base diluído a solda e o fluxo. O fluxo apresenta múltiplas funções no processo, dentre as quais destaca-se o refino da poça de fusão, a geração de atmosfera protetora ao redor da dela capaz de evitar contaminação com agentes presentes na atmosfera, a adição de elementos de liga e a obstrução do contato visual com o arco elétrico.

Por meio do processo ilustrado na Figura 2, faz-se a união de chapas com mais de 5 mm, as posições de soldagem para realização do processo são limitadas, assim a técnica só pode ser aplicada nas posições plana ou horizontal, o mesmo vale para o tipo de junta, o uso se restringe à junta tipo topo e aresta. A diluição é de 50 a 80% quando se emprega eletrodo e de 5 a 20% para a fita; as correntes possíveis de serem atingidas durante o processo variam de 350 a 2000 A.

        

[pic 2]

Figura 2: Processo de soldagem por arco submerso.

Após o processo de soldagem, o tubo é sujeito a ensaios não destrutivos que avaliam a sanidade dos mesmos no que concerne a existência de trincas, porosidade, enfim, defeitos capazes de afetar o desempenho mediante as solicitações suportadas por eles em serviço.

1. Método do Mínimos Quadrados (MMQ)

A aplicação de modelos matemáticos para identificação de parâmetros em sistemas é uma ferramenta antiga, mas somente com a evolução e popularização de métodos numéricos computacionais, a partir da década de 70, seu uso se tornou mais abrangente e deixou de ser restrito ao meio acadêmico e às grandes corporações. Com a utilização de um modelo matemático, pode-se simular o comportamento de sistemas de natureza física, biológica, química, econômica, etc. Isto possibilita identificar como alterações em variáveis específicas de um sistema afetam o seu funcionamento.

O Método dos Mínimos Quadrados, é uma técnica de otimização matemática que procura encontrar o melhor ajuste para um conjunto de dados tentando minimizar a soma dos quadrados das diferenças entre o valor estimado e os dados observados (tais diferenças são chamadas resíduos).

Um requisito para o método dos mínimos quadrados é que o fator imprevisível (erro) seja distribuído aleatoriamente, essa distribuição seja normal e independente. Outro requisito é que o modelo é linear nos parâmetros, ou seja, as variáveis apresentam uma relação linear entre si. Caso contrário, deveria ser usado um modelo de regressão não-linear.