Conceptual framework for closed-loop inspection based on the coordinate measurement technology adherent to STEP-NC

Tese (doutorado) — Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Mecânica, 2021.As demandas por qualidade e produtividade na fabricação de peças com especificações de projeto com- plexas representam novos desafios para os processos de fabricação e sistemas de inspeção de qualidade. Os desafios são coletar, processar, transmitir e armazenar dados do processo de fabricação e inspeção e refinar cada processo relacionado ao ciclo de vida do produto. Conceitos como integração e interoperabili- dade, relevantes no contexto digital, apresentam barreiras que impedem sua plena implementação no atual cenário de manufatura. A implementação de uma malha fechada de manufatura permite que os resulta- dos da inspeção sejam realimentados na cadeia digital e usados para tomar decisões nas fases de projeto, planejamento e fabricação que reduzem as incertezas na fabricação. A inspeção dimensional e geométrica permite a geração de dados contendo vestígios de fabricação. Esses dados processados corretamente podem fornecer conhecimento sobre as causas do desvio da peça fabricada e as condições de fabricação que podem ser melhoradas. Este trabalho de tese se enquadra nesta perspectiva e apresenta uma solução de integração de dados gerados nas diferentes fases do ciclo de vida de um produto. A integração de dados ocorre em uma arquitetura de manufatura em malha fechada por meio de uma linguagem neutra, extensível e sintaticamente homogênea que permite vincular informações de projeto, manufatura, resultados de medição e suportar o fluxo por meio de sistemas CAx (tecnologias assistidas por computador). Como resultado da pesquisa, a arquitetura de integração interoperável baseada no padrão ISO10303 e seus protocolos de aplicação é apresentada, cobrindo especificações de projeto, requisitos de fabricação e troca de informações de inspeção dimensional e geométrica. Uma implementação computacional é desenvolvida usando o ambiente Java para manipular esquemas EXPRESS, gerar bibliotecas com entidades, funções, métodos e desenvolver uma aplicação que permite ler, escrever e modificar arquivos neutros de troca STEP. A metodologia seguida por meio de uma estrutura conceitual prática é exposta para gerar novas aplicações baseadas na norma ISO 10303. Três estudos de caso são apresentados para verificar a integração e interoperabilidade dentro da arquitetura de manufatura em malha fechada. Os resultados revelam novas linhas de pesquisa que são propostas para trabalhos futuros.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES).The demands for quality and productivity in manufacturing parts with complex design specifications pose new challenges for manufacturing processes and quality inspection systems. The challenges are collecting, processing, transmitting, and storing data from the manufacturing and inspection process and refining each process related to the product life cycle. Concepts such as integration and interoperability, relevant within the digital context, show barriers that prevent their full implementation within the current manufacturing scenario. Implementing a closed manufacturing loop allows inspection results to be fed back into the digital chain and used to make decisions in the design, planning, and manufacturing phases that reduce uncertainties in manufacturing. Dimensional and geometric inspection allows the generation of data containing traces of manufactur- ing. These correctly processed data can provide knowledge about causes of deviation of the manufactured part and manufacturing conditions that can be improved. This thesis work is framed within this perspective and presents a solution for integrating data generated in the different phases of the life cycle of a prod- uct. Data integration occurs within a closed-loop manufacturing architecture through a neutral, extensible, syntactically homogeneous language that allows both linking design information, manufacturing, measure- ment results, and supporting the flow through Computer-Aided Technologies (CAx) systems. As a result of the research, interoperable integration architecture based on the ISO10303 standard and its application protocols is presented, covering design specifications, manufacturing requirements, and dimensional and geometric inspection information exchange. A computational implementation is developed using the Java environment to manipulate EXPRESS schemas, generate libraries with entities, functions, methods and develop an application that allows read- ing, writing, and modifying neutral STandard for the Exchange of Product model data (STEP) exchange files. The methodology followed through a practical conceptual framework is exposed to generate new applications based on the International Standards Organization (ISO) 10303 standard. Three case studies are presented to verify integration and interoperability within the closed-loop manufacturing architecture. The results reveal new lines of research that are proposed for future work

On-line method for optimal tuning of PID controllers using standard OPC interface

Introduction− The controlled PID is the most widely used mathematical algorithm as a regulatory control strategy in industrial environments. The applications are varied; however, its answer depends on the proper calculation of its three parameters: the proportional, the derivative, and the integral. Analytical tuning and experimental methods solve the problem, but new tuning possibilities are now enabled within the digital and process integration context. Objective− Automatically and remotely obtain the optimal parameters of the PID controller, taking advantage of an online connection via the OPC communication protocol to analyze the transient response of the system. Methodology− The study is carried out in three main phases; it begins with a PD3 SMAR thermal process with connection via OPC; in this phase, the mathematical model of the process is built analytically based on fundamental laws. In the second phase, using an analytical tuning method, the PID control architecture is created on which the online experimentation is carried out. In the third phase, the genetic algorithms for automatic tuning are implemented, extracting performance measures from the PID controller through the transient response of the process and optimally determining the values for the proportional, derivative, and integral parameters. Results− The automatic tuning method was tested with two properly instrumented industrial processes. The potential for application can be seen due to its good result and because it does not require specific mathematical knowledge compared to conventional tuning methods. Conclusions− The automatic tuning method can be used remotely to calculate the optimal parameters of a PID controller. The parameters are calculated from the transient response and the definition of design criteria adaptable to any need for control, response, and process