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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.18.2015.tde-17112015-104311
Document
Auteur
Nom complet
Remo Augusto Padovezi Filleti
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
São Carlos, 2015
Directeur
Jury
Silva, Eraldo Jannone da (Président)
Coelho, Reginaldo Teixeira
Vieira Junior, Milton
Titre en portugais
Modelo dinâmico de inventário de ciclo de vida (ICV) de processo unitário discreto de manufatura: um estudo de caso com retificação cilíndrica externa
Mots-clés en portugais
ACV
ICV
MTConnect
Retificação
UPLCI
Resumé en portugais
A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) se destaca como uma ferramenta de grande relevância na identificação dos impactos ambientais potenciais de um processo ou produto. Apesar disso, a ACV apresenta grandes limitações na avaliação de processos de manufatura discreta, devido à falta ou à incerteza nos dados adquiridos na fase de Inventário de Ciclo de Vida (ICV). O objetivo do presente trabalho foi propor e implementar um modelo dinâmico de execução da fase de ICV para uma unidade de processamento de manufatura discreta (ou processo unitário discreto de manufatura), com o intuito de reduzir as limitações referentes à falta e à incerteza dos dados de ICV. O modelo proposto baseou-se na metodologia Unit Process Life Cycle Inventory (UPLCI) e usou um sistema de monitoramento em tempo real compatível com o protocolo de comunicação MTConnect®. A implementação do modelo proposto foi feita em uma unidade de processamento de retificação cilíndrica externa, na qual os fluxos de energia elétrica, ar comprimido e emissão de ruído sonoro foram monitorados em tempo real. Além disso, seis modos de operação de corte foram definidos e testados. Três destes modos usaram rebolo de Al2O3 e trabalharam com taxas específicas de remoção (Q'w) iguais a 10, 50 e 100 mm/mm3.min. Outros três modos de operação usaram rebolo de cBN e tiveram valores de Q'w iguais a 50, 100 e 150 mm/mm3.min. Cada modo de operação de corte foi testado duas vezes, totalizando 12 testes. Cada teste consistia na remoção de 3000 mm3 de material de peças cilíndricas feitas com a liga de níquel e cromo, o Inconel 751. A partir dos dados encontrados na fase de ICV, um estudo de ACV com abordagem gate-to-gate foi realizado para a avaliação do desempenho ambiental dos seis modos de operação de corte. Além disso, itens de desempenho de produção (como tempo de processo, relação G, rugosidade e circularidade) também foram avaliados para os seis modos de operação de corte. Os dados obtidos na fase de ICV mostraram que os modos de operação com o rebolo de cBN apresentaram valores de potência até 30% superiores aos modos de operação com rebolo de Al2O3 com as mesmas taxas específicas de remoção (Q'w). A avaliação de desempenho de produção mostrou grande superioridade do rebolo de cBN, que atingiu o menor de tempo de processo (com Q'w = 150 mm/mm3.min), valores de relação G até 40 vezes superiores aos encontrados para o rebolo de Al2O3, além de maior estabilidade e resultados melhores nos quesitos de rugosidade e circularidade. Na avaliação de desempenho ambiental, o modo de operação com rebolo de cBN e Q'w = 150 mm/mm3.min apresentou os melhores resultados em todos os indicadores de impactos ambientais avaliados. A partir da aplicação do modelo proposto pelo presente trabalho, foi possível criar um banco de dados de ICV organizado e em tempo real, fundamental para a realização das avaliações de desempenho ambiental e de produção. Além disso, foi possível determinar que o modo de operação com rebolo de cBN e Q'w = 150 mm/mm3.min apresentou a melhor relação entre desempenho de produção e desempenho ambiental dentre os seis modos testados.
Titre en anglais
Dynamic life cycle inventory (LCI) model of discrete manufacturing unit process: a case study for external cylindrical grinding machine
Mots-clés en anglais
Grinding
LCA
LCI
MTConnect
UPLCI
Resumé en anglais
Life Cycle Assessment (LCA) is one of the most prominent tools to identify the potential environmental impacts of a process or product. The LCA, however, has great limitations on the assessment of discrete manufacturing processes, due the lack or the uncertainty of the data acquired during its Life Cycle Inventory phase (LCI). The objective of this work was to propose and to implement a dynamic model to perform the LCI phase for a discrete manufacturing unit process, in order to minimize the limitations associated with the lack and uncertainty of the LCI data. The proposed model was based on the Unit Process Life Cycle Inventory (UPLCI) methodology and used a real time MTConnect® compliant monitoring system. The implementation of the proposed model was executed on an external cylindrical grinding unit process, which had its energy, compressed air and noise emission flows monitored in a real time basis. Besides that, six cutting operational modes were defined and tested. Three of the cutting modes used a corundum grinding wheel and worked with specific removal rates Q'w equals to 10, 50 and 100 mm/mm3.min. The other three modes used a cBN grinding wheel and worked with Q'w equals to 50, 100 and 150 mm/mm3.min. Each cutting mode was tested twice, resulting in 12 tests. Each test consisted on the volume of removed material of 3000 mm3 from nickel-chrome alloy, the Inconel 751, cylindrical workpieces. From the LCI results, a LCA study was performed, using a gate-to-gate approach, to evaluate the environmental performance of the six cutting modes. Production performance items (process time, G-ratio, roughness and roundness) were also evaluated for the six cutting modes. The LCI data showed that the cBN wheel cutting modes presented power values 30% higher that the corundum wheel cutting modes with the same Q'w specifications. The production performance evaluation showed the superiority of the cBN grinding wheel, which achieved the lowest process time (with Q'w = 150 mm/mm3.min), presented G-ratio values 40 times higher than the corundum wheel cutting modes and higher stability and best results for roughness and roundness. On the environmental performance evaluation, the cutting mode using cBN grinding wheel and Q'w = 150 mm/mm3.min presented the best results for all the potential environmental impacts indicators. From the application of the model proposed by this work, it was possible the creation of an organized and real time LCI database, used to perform both environmental and production performance evaluations. Besides, it was possible to decide that the cBN wheel cutting mode with Q'w = 150 mm/mm3.min presented the best tradeoff between environmental and production performances among the six tested cutting modes.
 
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Date de Publication
2015-11-23
 
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