Técnicas lean e de otimização na produção de pás de turbinas eólicas

Abstract

O recurso à utilização de técnicas lean tem vindo a intensificar-se, uma vez que, através das mesmas, as organizações conseguem fazer face a alguns problemas que surgem na produção e contribuem de forma acentuada para a ineficiência dos processos envolvidos, no desempenho das suas atividades. Na indústria da produção de pás eólicas, estes problemas são ainda mais frequentes, uma vez que existe uma grande complexidade inerente aos processos desenvolvidos. Adicionalmente, existe uma exigência muito elevada, no que diz respeito ao cumprimento de requisitos de qualidade e segurança, aos prazos de entrega e ao controlo dos desperdícios de materiais.No presente trabalho propõe-se a utilização de técnicas lean e de otimização para a identificação e implementação de ações de melhoria, como forma de dar resposta a alguns problemas que ocorrem nesta indústria.É dado foco às operações de fabrico de stacks de PCP (Pultruded Carbon Plate) que são peças compostas por camadas empilhadas de placas de carbono e fibras de vidro e de carbono. A movimentação destas peças para o molde, onde são integradas na produção de caps (um dos componentes que constituem a pá eólica) é também analisada. Assim, os objetivos principais são a redução do tempo de ciclo de produção, através da eliminação de atividades que não acrescentam valor, o aumento da estandardização do processo de movimentação da peça para o molde e a minimização da ocorrência de desperdício material no processo de corte de placas de carbono. No que diz respeito ao último objetivo, foi desenvolvido um modelo de otimização para determinar, em cada instante, o conjunto de placas de carbono que melhor rentabilizam o comprimento de bobine existente na máquina, onde as mesmas são cortadas. Para a sua implementação, foi elaborada uma ferramenta computacional através da utilização de linguagem de programação Python. A aplicação deste modelo permitiu, não só reduzir o desperdício que ocorre no processo de corte de placas de carbono, mas também evitar que a decisão dos padrões de corte seja realizada empiricamente pelos colaboradores.

The use of lean techniques has been intensified since, through them, organizations are able to face some problems that arise in production and strongly contribute to the inefficiency of the processes involved in the performance of their activities. In the wind turbine blade production industry, these problems are even more frequent since there is a high complexity inherent to the developed processes. Additionally, there is a very high demand regarding the fulfillment of quality and safety requirements, delivery times, and control of waste materials.In this work, we propose the use of lean and optimization techniques for the identification and implementation of improvement actions as a way to tackle some problems that occur in this industry.The focus is given to the manufacturing operations of PCP (Pultruded Carbon Plate) stacks which are parts composed of stacked layers of carbon plates and glass and carbon fibers. The movement of these parts to the mold, integrated into the production of caps (one of the components that make up the wind turbine blade), is also analyzed.Therefore, the main objectives are to reduce the production cycle time by eliminating activities that do not add value, to increase the standardization of the process of moving the part to the mold, and to minimize the occurrence of material waste in the process of cutting carbon plates. Regarding the last objective, an optimization model was developed to determine, at each instant, the set of carbon plates that best maximizes the length of the coil existing in the machine where they are cut. For its implementation, a computational tool was developed using Python programming language. The application of this model allowed not only to reduce the waste that occurs in the process of cutting carbon plates but also to avoid that the decision of cutting patterns to be made empirically by employees.