Pesquisa aplicada de tecnologia de manufatura avançada na fabricação de escadas rolantes.

Uma visão geral da tecnologia associada na China, o maior polo de fabricação de escadas rolantes do mundo, e da fabricante chinesa CST.

por Wang Qibing, Leng Yonggang e Lee Yu

Juntamente com o rápido desenvolvimento da economia chinesa e a forte promoção da urbanização, a fabricação de escadas rolantes continua crescendo a taxas de dois dígitos. De acordo com dados divulgados pela Associação Chinesa de Escadas Rolantes, em comparação com as 529,000 unidades produzidas em 2012, o setor fabricou um total de 633,000 escadas rolantes em 2013, representando um aumento líquido de 104,000 unidades. Com uma taxa de crescimento de 19.6%, o número de escadas rolantes instaladas no mercado era de 2.45 milhões em 2012. Esse número ultrapassou os três milhões em 2013 (um aumento de 22.4%).

Segundo dados divulgados pela Organização Internacional de Normalização, havia 12 milhões de escadas rolantes na China em 2013, o que representou a primeira vez que a posse per capita de escadas rolantes no país atingiu a média mundial. Existem mais de 600 fabricantes de escadas rolantes na China, representando um segmento que movimenta 100 bilhões de yuans (US$ 14.71 bilhões) por ano.

A melhoria do nível de fabricação de escadas rolantes é uma tendência necessária para o desenvolvimento sustentável da indústria nacional de escadas rolantes.

A escada rolante está se tornando um importante símbolo da urbanização moderna e dos equipamentos avançados de transporte ferroviário. A fabricação de escadas rolantes é fundamental para a modernização da indústria manufatureira. O setor precisa acompanhar inovações tecnológicas como impressão 3D, internet móvel, computação em nuvem, big data, engenharia biológica e novas formas de energia e materiais. A fabricação de equipamentos inteligentes e fábricas inteligentes baseadas em sistemas de informação física está impulsionando a revolução na manufatura, apoiada pelo documento político de 2015 “Made in China 2025”. A indústria nacional de escadas rolantes continua crescendo vigorosamente, gerando demanda por aceleração da inovação e da manufatura.

Situação básica da tecnologia de fabricação avançada

Situação do mercado

Com o rápido desenvolvimento da tecnologia de fabricação avançada, a qualidade dos equipamentos para suporte ao transporte ferroviário moderno tem melhorado; ao mesmo tempo, a entrada dessa tecnologia na fabricação de escadas rolantes representa um marco importante. Isso traz mudanças que incluem o projeto e a fabricação assistidos por computador e um ecossistema integrado de tecnologia avançada. Embora a aplicação da tecnologia de fabricação avançada possa ajudar o fabricante a obter uma forte vantagem competitiva no mercado, ele ainda precisa de organização e do pleno aproveitamento da tecnologia para alcançar coordenação e integração unificadas. Portanto, aprimorar o nível de fabricação de escadas rolantes é uma tendência necessária para o desenvolvimento sustentável da indústria nacional de escadas rolantes.

Situação atual da indústria de escadas rolantes na China

Devido ao início relativamente tardio da industrialização chinesa, em comparação com o nível de industrialização de outros países desenvolvidos, ainda existe uma grande lacuna entre a indústria manufatureira da China e a tecnologia de manufatura avançada.

Características da Tecnologia Avançada de Fabricação

Desenvolvimento

A “tecnologia de manufatura avançada” é considerada o estágio mais recente do desenvolvimento da tecnologia de manufatura tradicional. Ela não apenas mantém os fatores eficazes da antiga tecnologia de manufatura, mas também absorve constantemente todos os tipos de conquistas de alta tecnologia, penetrando em todas as áreas de produção. A nova tecnologia de manufatura inteligente será constantemente atualizada com o progresso da ciência e da tecnologia.[1]

Aplicação industrial

Novos métodos de fabricação são meios importantes para o desenvolvimento de novos produtos e tecnologias. Desempenham papéis importantes na empresa industrial, trazendo consideráveis ​​benefícios econômicos e sociais. Em vez de visar apenas o que há de mais recente, a tecnologia de fabricação avançada concentra-se no resultado mais prático da combinação de tecnologia, gestão e ciência. Preocupa-se com a simplificação e a justificativa do sistema organizacional e de gestão durante o processo de produção, promovendo assim um nível de fabricação avançado para aumentar a competitividade geral da empresa no mercado, impulsionando o desenvolvimento econômico e industrial nacional.

Globalização

A globalização e a informatização da indústria manufatureira permitem que o setor manufatureiro de cada país tenha um desenvolvimento estável no mercado internacional por meio de tecnologias avançadas de produção. Portanto, isso influencia as empresas manufatureiras, sendo um exemplo primordial a introdução da tecnologia de projeto auxiliado por computador (CAD) em 1986.

Aplicação de Tecnologia Avançada de Fabricação

Tecnologia de Grupo

Na fabricação de escadas rolantes, a tecnologia de grupo é a base da manufatura assistida por computador, que integra organicamente todo o sistema, como P&D, fabricação de produtos, gestão empresarial, etc. Ela rompeu com o molde de produção convencional, que, com mais modelos e menos produção, resultou na maturação da empresa. O núcleo da tecnologia de grupo é o processo de grupo, que integra as peças que são semelhantes em estrutura, material e processo em uma família de peças (grupo), aumentando a produtividade e a eficiência.[2]

Por exemplo, a CST Escalator Manufacturing Co. implementou a gestão Lean Manufacturing com base na tecnologia de grupo. Com essa tecnologia, foram codificadas todas as peças não padronizadas e foi criado um banco de dados, um projeto de estrutura para novas peças, um plano de processo, um planejamento de produção e um processamento que referenciam os documentos de peças com o mesmo código ou códigos semelhantes. A aplicação da tecnologia de grupo estabeleceu uma base sólida para a implementação da tecnologia de grupo. Ela é utilizada na taxa de entrega para aquisição de materiais, parâmetros estruturais das peças, requisitos de desempenho e dimensões desde a data de agendamento no contrato. Por exemplo, os componentes são gerados com desenhos técnicos otimizados e por meio do ajuste de desenhos com peças semelhantes, processo de produção e ferramentas, seguido pelo pedido de compra ou processamento. O processo de produção unitária e troca de matérias-primas, produção, compras, tecnologia e P&D é baseado em dados técnicos anteriores de produtos similares para resolver os problemas o mais rápido possível e realizar a engenharia simultânea.

A maioria dos produtos da empresa é fabricada no sistema just-in-time, conforme o contrato, enquanto outros são produzidos de acordo com o cronograma, baseado nas necessidades do cliente. O método de tempo reverso era utilizado para o planejamento do processamento tecnológico, aquisição de matérias-primas, processamento de peças de reposição, embalagem e transporte, de acordo com o prazo de entrega contratual. Após a implementação da tecnologia integrada, o tempo de fabricação dos componentes foi significativamente reduzido.

Inteligência artificial

Diferentes tipos de empresas variam em profundidade e abrangência na popularização de tecnologias avançadas, especialmente no que diz respeito à informatização. O projeto de escadas rolantes é complexo, dependendo da vasta experiência em projeto e do nível de conhecimento técnico dos engenheiros. Na fase de projeto, eles não resolvem apenas problemas determinísticos com base em algoritmos, mas também problemas indeterminísticos com base em conhecimento e regras. Com a aplicação da tecnologia CAD no projeto de escadas rolantes, torna-se necessário o uso de computadores para substituir pessoas na resolução de problemas incertos.

O projeto otimizado do suporte das escadas rolantes fabricadas pela CST aplica o software de cálculo NX Nastran, MSC Nastran, Abaqus, Ansys, Hyperworks e as normas EN 1993 (GB 50017) de projeto de estruturas de aço e “especificações de segurança de fabricação e instalação de escadas rolantes e esteiras rolantes”, etc., pelo método de tensão (EN 1993-1-1/6.3.1) (Figura 2).

Pesquisas demonstram que, como os equipamentos de elevação são utilizados pelo público, o dimensionamento preciso das escadas rolantes deve considerar todos os tipos de cargas máximas e pressões em vazio. Para garantir isso no ciclo de produção, a aplicação da tecnologia da informação desempenha um papel fundamental na pesquisa técnica, apoiando o processo de projeto e fabricação de grandes escadas rolantes públicas.

Engenharia simultânea

A engenharia simultânea integra o projeto para definir variáveis ​​de gerenciamento de dados por meio de modelos digitais de produtos. Durante os estágios iniciais do projeto de produto tradicional, determinar o ciclo de vida de um produto não é fácil, enquanto com a engenharia simultânea, o projeto, o processo e o estágio inicial da produção podem ser integrados. Utilizando um computador, o ciclo de produção (Figura 3, segundo diagrama) é significativamente reduzido e os problemas que surgem nos estágios iniciais podem ser resolvidos. Assim, a qualidade do projeto, do processo e da produção é garantida, e uma grande quantidade de retrabalho é evitada.

As escadas rolantes são equipamentos sofisticados e complexos, cujo desenvolvimento tecnológico pode ser demorado. O ciclo de produção, a qualidade do produto e o controle de custos no desenvolvimento de escadas rolantes são particularmente importantes, considerando a acirrada concorrência do mercado. A maioria das marcas nacionais apenas imita outras empresas, devido à falta de capital investido no desenvolvimento de produtos, o que impede a validação dos produtos lançados no mercado nas fases iniciais de desenvolvimento tecnológico. Assim, ainda existe uma grande lacuna entre os produtos nacionais e os importados. Em particular, o investimento em desenvolvimento de produtos e o estabelecimento de uma estrutura organizacional tecnológica são essenciais para que a indústria chinesa de escadas rolantes reduza o ciclo de desenvolvimento tecnológico, melhore a qualidade dos produtos e diminua os custos de desenvolvimento.

O desenvolvimento de escadas rolantes pode ser dividido em seis etapas técnicas: planejamento, P&D, verificação de testes de componentes, fabricação de protótipos, testes em pequenos grupos e aceitação da unidade completa. A verificação pontual das escadas rolantes acabadas antes de saírem da fábrica deve incluir a verificação da qualidade e do desempenho, a conformidade com as leis e regulamentações nacionais e os padrões do cliente. Produtos defeituosos devem ser isolados e identificados no local. Os departamentos responsáveis ​​devem ser acionados para tomar medidas corretivas o mais rápido possível. Em seguida, o cliente deve ser notificado sobre quaisquer defeitos do modelo. Além disso, as escadas rolantes devem ser testadas periodicamente quanto à segurança e confiabilidade pelo fabricante.[5]

Tecnologia de recurso

A “tecnologia de recursos” é um protótipo integrado com as mais recentes conquistas em novas tecnologias, como CAD/CAM, processamento a laser, controle numérico e novos materiais. O protótipo da peça a ser fabricada pode ser gerado diretamente a partir de dados de modelos CAD 3D, que podem ser facilmente modificados para produzir um novo protótipo. Diferentemente da fabricação tradicional de peças, que necessitam de madeira, plástico, cerâmica, etc., essa tecnologia reduz o tempo de produção de um protótipo de alguns dias para algumas horas, melhorando o ciclo de desenvolvimento do produto. Por exemplo, durante o projeto de uma unidade de reboque pela CST, a análise do modelo sólido 3D por elementos finitos é estabelecida para resolver a frequência natural e a vibração de cada ordem, ajustando a distribuição da frequência natural de cada componente e reduzindo a co-oscilação da frequência de rotação e transmissão causada pelas engrenagens e sem-fins. A correção da simulação é verificada por meio do experimento modal mostrado na Figura 3, que fornece a referência para o projeto dinâmico e a otimização de múltiplos ângulos e lados da carroceria (Figura 4).

Manufatura Ágil (MA)

A AM estabelece os funcionários da empresa, apoiando os fabricantes com assistência na fabricação, agentes e afiliados. Com base na rede de computadores, conjunto de informações e caráter de desenvolvimento da cooperação, uma corporação virtual orientada para tarefas é estabelecida para realizar uma produção rápida e otimizada.[2]

Conclusão

Este estudo descreveu o conteúdo específico da aplicação de tecnologias avançadas como tecnologia de grupo, IA, engenharia simultânea, características técnicas e manufatura aditiva no processo de fabricação de escadas rolantes. Descreveu seu efeito no projeto otimizado no suporte à fabricação de escadas rolantes e no projeto de unidades de tração durante a fabricação. Esses efeitos podem aprimorar a fabricação de escadas rolantes e o desenvolvimento tecnológico. Através da verificação por meio da implementação, constatou-se que a tecnologia de manufatura avançada desempenhou um papel significativo na promoção da base industrial de fabricação de escadas rolantes na China, transferindo inovação para essa base industrial e impulsionando o desenvolvimento sustentável da indústria global de escadas rolantes.

Referências
[1] Zhou Jun e Mao Jian. “Tecnologia de fabricação avançada”.
[2] Zhang Lei. “O desenvolvimento da tecnologia de fabricação avançada” (2009).
[3] Hu Haiyan. “Os métodos de produção enxuta e exemplos baseados na tecnologia de grupo”, (2002).
[4] Saberi S., Yusuff RM, Zulkifli N, et al. “Fatores efetivos no desempenho da implementação da tecnologia de fabricação avançada: revisão”, Journal of Applied Sciences (2010) 10(13), p. 29-42.
[5] Zhong Yuan. “Diretrizes de projeto de produto orientadas à fabricação e montagem”.
[6] Li Changwen. “A aplicação da tecnologia de fabricação avançada na indústria de fabricação mecânica” (2009) (03).