Optimização de um sistema de enchimento de garrafas(parte4/4)

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4.2. Avaliação de uma estação de compressores múltiplos
IMAGEM18a)
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IMAGEM18b)
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Avaliação de uma proposta de solução pode ser realizada com a utilização de eventos discretos de simulação. Os eventos discretos de simulação de sistemas de produção que incide sobre os fluxos de energia importantes pode ser identificado como uma abordagem promissora mas ferramentas de simulação de fabricação disponíveis no mercado que não suportem essas considerações. A simulação pode ser baseada no controlo de tempo dos sopradores e compressores que pode ser feita com a aplicação da ARENA Rockwell Automation de simulação discreta. O controlo do trabalho dos compressores pode ser determinada pelo cálculo do tempo de trabalho e através da realização da simulação os parâmetros do processo podem ser ajustadas de modo a que o trabalho do compressor foi redefinido para ter em conta o facto de que os compressores possam ser desligados até seis vezes dentro de uma hora por exemplo, duas vezes dentro de vinte minutos durante a simulação. O modelo de simulação define o processo de aumento da pressão de ar no reservatório como resultado do trabalho dos compressores e o processo de redução da pressão de ar no reservatório como resultado do trabalho de insufladores.
IMAGEM19IMAGEM19
O modelo de simulação pode construído a partir de vários módulos que representam os quatro compressores o tanque e quatro sopradores. Os dados de entrada para compressores e ventiladores são os comprimentos pelo tempo de trabalho em segundos. O valor que foi considerada como o valor de referência foi a pressão de ar no reservatório. As variáveis são os tempos de trabalho dos compressores e ventiladores assim bem como a pressão no tanque. O esquema básico do modelo é dado na IMAGEM18 e o cronograma final dos compressores de trabalho ideal é mostrada no diagrama de tempo da IMAGEM19.
A pressão inicial no tanque é de 39 bar e a função objectiva é reduzir a produção total de ar comprimido de acordo com o consumo de ar dos ventiladores. A principal limitação é que a pressão no tanque vária 38 a 40 bar, a IMAGEM20 mostra o diagrama da mudança da pressão no tanque. O nível de pressão satisfaz as restrições iniciais isto é na gama de 38 e 40 bar, pelo que com o apoio de decisões fornecida pela simulação não é uma solução óptima para dada sopradores de horário de trabalho. Deste modo os compressores podem funcionar apenas no tempo e criam ar comprimido apenas o suficiente como o sistema precisa num determinado momento. Desta forma um novo sistema de fornecimento de ar verde e magra fabricação pode ser redesenhado como se observa na IMAGEM21.
IMAGEM20IMAGEM20
4.2.1. Familiarização
Um dos princípios fundamentais da filosofia da produção Lean inclui a estabilidade do processo no sentido de estabelecer processos que combinam homens, máquina e materiais para produzir produtos 100% de qualidade quando eles são necessários para satisfazer a demanda do cliente. Trata-se de alcançar os padrões exigentes de confiabilidade de equipamentos, matérias-primas e peças de qualidade, conhecimento dos funcionários e as suas habilidades e o controlo de qualidade de produção, assim melhorando a confiabilidade do equipamento é um passo na direcção de boas práticas de produção Lean. Com a solução proposta mesmo para catorze dos dezasseis possíveis casos de operações dos sopradores sendo possível manter as operações dos regulares quando um dos compressores está fora de função. Apenas nos casos mais exigentes como os D41 e D34 a respeito do fluxo do ar comprimido que não é possível satisfazer a procura no sentido de não perder pressão num reservatório.
No entanto se considerarmos profundamente estes dois casos é possível melhorar o funcionamento dos sistemas de produção mesmo nestes casos. Ou seja num caso da combinação ventilador D41 com maior demanda apenas a combinação compressor K41 pode satisfazer a demanda. Nesse caso um dos compressores está actualmente fora de produção devido a alguns problemas temporariamente e a combinação D41 não pode ser satisfeita de acordo com os critérios propostos que os compressores devem fornecer mais ar comprimido da demanda real, como por exemplo se o compressor CE24 é temporariamente colocado fora da combinação K41 não é possível mas os compressores estão a funcionar como em combinação K34. Nesse caso a diferença entre a procura e a produção é – 0,001111 bar/s. Se a falha do compressor acontece quando a pressão no reservatório estava no limite superior a 40 bar a funcionar nestas condições vai deixar trinta minutos o tempo até atingir o limite inferior de pressão que é 38 bar. Durante este período é possível mudar os fusíveis ou fazer alguns pequenos reparos neste compressor assim não ir para fora da trajetória regularem de operações de sopro. Este período de tempo varia entre zero a trinta minutos o que dependendo da pressão no reservatório quando a falha do compressor aconteceu.
IMAGEM21
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Para o segundo caso considerado o ventilador da combinação D34 com falha num compressor, está duma situação similar. Se por exemplo o compressor ABC for colocado fora a combinação K34 não é possível e em vez disso os compressores devem trabalhar na combinação K31. A diferença para este caso é -0,006915 bar/s o que permitirá que as pessoas da manutenção ter um intervalo de 289 segundos para fazer inspecções e eventualmente fazer algumas reparações rápidas assim mesmo que se no pior caso cenário a solução proposta a confiabilidade é significativamente melhorada.
4.2.2. A eficiência energética da solução propostaOs resultados obtidos indicam claramente um aumento na eficiência de energia e esse aumento é óbvio mesmo no primeiro caso quando uma atenção especial não foi paga no aumento da eficiência energética como se observa na TABELA12. Isso simplesmente significa que a ligação dos compressores dum reservatório comum é melhorada e a eficiência energética juntamente com um aumento da fiabilidade. Apesar de um aumento da eficiência energética de 4,44% não se parece muito como um número mas é significativo porque a fábrica está a funcionar 330 dias por ano com uma média de 15 horas de produção diária. A economia total num ano é de 115,775 kWh.
Energia consumida [kWh]
Crescimento da eficiência da energia [%]
Caso inicial 189,82 --
Primeira solução 182,89 3,65
Secunda solução 181,40 4,44
TABELA12
5. Conclusão
Em muitas ocasiões diferentes os sistemas personalizados têm componentes pneumáticos com base numa dada variável de pressão necessária para máquinas diferentes que são colocados num determinado sistema de produção. No entanto alguns problemas não podem ser previstos até que o sistema está instalado. Um dos problemas que podem ocorrer está relacionado com a variabilidade do sistema e dos diferentes erros que estão relacionados com o desempenho do sistema num determinado momento. A pressão pode cair algumas vezes e nem sempre pode atender o nível desejado o que é necessário para uma produção bem-sucedida. Outra situação também relacionada com a variabilidade do sistema pode ocorrer se o sistema está a operar na sua capacidade ideal o que pode ser muito importante especialmente para pequenas e médias empresas, assim o planeamento para a variabilidade tem de ser uma das restrições do desenho.
Uma das principais limitações do sistema de engarrafamento de água pode ser a variabilidade do sistema em que os compressores e ventiladores nem sempre necessitam de estar a trabalhar na sua eficiência energética ideal.
Produtores de garrafas água podem ter vários compressores nas suas linhas de produção e cada garrafa de água única linha de produção pode ser ligada a um compressor diferente. A utilização destes vários compressores pode ser melhorada se uma unidade de armazenamento de ar adicional é adicionado ao armazenamento de ar comprimido por vezes quando nem todos os sopradores estão a trabalhar, deste modo a fiabilidade global do sistema pode ser melhorada uma vez que se um compressor não estiver a trabalhar então isso não significará necessariamente que não há fornecimento de ar suficiente em todos os quatro ventiladores e neste de caso estudo quatro compressores de ar apresentados foram realocados para um local central no layout da fábrica. A utilização de todos os quatro compressores tem sido cuidadosamente analisada e os dados iniciais tem de ser recolhido e assim um método de simulação de eventos discretos pode ser utilizada para analisar possíveis situações de produção e fornecer aos investigadores várias soluções para facilitar um processo de tomada de decisão.
Cenários de produção diferentes precisam ser avaliadas de modo a identificar o melhor desenho dum sistema de produção. Diferentes alternativas do desenho têm que incluir variáveis de sistema diferentes tais como económico, o consumo, temperatura, pressão, etc. Além disso tem ter um desenho ideal para se concentrar numa ou mais dessas variáveis a fim de comparar e avaliar diferentes soluções. Neste post a taxa de fluxo necessária será a principal variável que tem sido utilizado para análise de sistemas e do desenho ideal. A ideia principal é tentar mapear possíveis casos de saída para ventiladores do sistema e os insumos necessários para os compressores. O objectivo principal é a utilização de menos energia do que está a ser utilizada actualmente.
Após a fase de planeamento da capacidade que já foi concluída e o desenvolvimento de um modelo a proposta da solução pode ser verificada coma utilização de produção digital e o método de simulação de eventos discretos assim deste modo um modelo verificado pode servir como uma estratégia para o planeamento de produção que poderia então ser utlizado para programar todos os níveis de alta pressão tando os de 32 bar e 40 bar e destinando apenas para os produtos discretos tais como fornecimento de sopradores de PET.
O principal objectivo da optimização do sistema de alimentação de ar é equilibrar as necessidades de produção com capacidade de fornecimento de ar a qualquer momento. Ao ligar as variáveis de entrada e saída em um sistema de produção de pneumáticos com melhor eficiência energética podem ser alcançadas, por isso devem ser desenvolvidas plataformas para optimização e melhor planear. Neste post uma sugestão é dada por um modelo de optimização possível para a produção de água engarrafada. A ideia principal era melhorar o sistema de produção existente que teve quatro compressores diferentes e quatro sopradores diferentes para garrafas PET. A solução do desenho técnico que foi sugerida após uma fase inicial de debate foi a utilização dos controladores sequenciais para ligar e desligar qualquer um dos quatro compressores dado que foram utilizados neste sistema de produção e esses componentes do sistema pneumático seriam integrados através duma rede local e controlados a partir de um local distribuído. Sem tentativas anteriores têm sido feitas para ligar e construir CAS no nível de 40 bar desta forma. Além disso os procedimentos indicados para a verificação de rendimento eficiência energética e controlo dos compressores são gerais e podem ser usados para a optimização da eficiência energética de múltiplos PET funde no mesmo local para empresas considerando revitalização ou para a concepção duma nova unidade de produção. O trabalho futuro será focado na aplicação deste método de optimização para outra aplicação industrial.
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