Modelling to Minimize the Aluminium Alloy Profiles Scrap through Extrusion Process

Dissertação de Mestrado em Métodos de Apoio à Decisão EmpresarialA investigação em tecnologia de extrusão tem vindo a ser alvo de vários estudos, focada principalmente em obter melhores parâmetros e propriedades de extrusão. Os problemas de otimização surgem em vários domínios económicos e, apesar da grande variedade de estudos presentes na literatura, poucos são os que retratam a sua resolução com dados reais do setor metalúrgico. O presente projeto tem por base o desafio proposto por uma empresa portuguesa do setor metalúrgico que consiste na otimização de processos avançados na extrusão de alumínio. Para tal, a empresa propõe como objetivo principal modelar o processo de extrusão de alumínio, em particular minimizar a quantidade de sucata produzida, tendo em conta as varias variáveis intervenientes no processo. Na industria metalúrgica a extrusão é o processo de eleição, dado não só o alto lucro a que pode conduzir, mas também _as qualidades dos materiais produzidos por extrusão. O foco deste estudo são as fases de Pré-Extrusão, Extrusão e Pós-Extrusão, sobre as quais incide a base de dados disponibilizada pela empresa. Assim, para dar resposta ao desafio foram fornecidos pela empresa dados relativos á extrusão industrial, referentes á produção do primeiro semestre do ano de 2018, registados durante a produção contínua de vários perfis de alumínio. O estudo resulta em dois artigos. O primeiro incide sobre a fase de extrusão, tendo como objetivo determinar quais as variáveis envolvidas no processo de extrusão que possam ser controladas, de forma a ir de encontro ao objetivo definido: reduzir a produção de sucata durante o processo de extrusão de alumínio. De seguida, são definidos uma serie de valores possíveis de alterar, que permitem controlar e otimizar esta fase do processo. Estes dados foram sujeitos a modelação estatística, através de regressão linear múltipla, que permite prever a quantidade de sucata produzida, dependendo de um conjunto de condições de extrusão. Otimizando desta forma a quantidade útil de matéria-prima e a qualidade do produto, garantindo a sua adequação ás especificações do cliente. No segundo são abordadas todas as fases do processo de extrusão de alumínio, desenvolvendo-se um plano que permita um controlo das variáveis envolvidas em todo processo. Deste plano faz parte a seleção de perfis mais frequentes e de perfis com indicadores mais significativos na produção de sucata. De seguida, são definidos os valores possíveis de alterar, que permitem controlar e otimizar todo o processo. Estes dados permitiram obter ferramentas para construir um modelo de otimização das variáveis de extrusão, nesta industria de alumínio e ainda foram sujeitos a modelação estatística, através de regressões lineares múltiplas. Otimizando a quantidade de sucata produzida, o lucro da empresa também sofrer a um aumento e, alguém disso, tornando-a energeticamente mais sustentável. Como tal, é importante salientar que na industria metalúrgica, a questão ambiental é cada vez mais analisada, sendo fulcral o controlo de impactos ambientais negativos, preservando o consumo de energia e recursos naturais. Os resultados mostram que é possível minimizar a produção de sucata na empresa, aumentando a sua sustentabilidade, com pequenas medidas de correção das variáveis controláveis. Otimizando o processo de extrusão de alumínio, seja na diminuição de desperdício ou aproveitando ao máximo a combinação única de características físicas do alumínio, a empresa está a contribuir para um melhor ambiente. Alguém disso, a vantagem da possibilidade da reciclagem total do alumínio desperdiçado, em combinação com a otimização do processo, é possível e recomendada.Research on extrusion technology has been the subject of several studies, focusing mainly on obtaining better extrusion parameters and properties. Optimization problems arise, then, in various economic domains and, despite the wide variety of studies in the literature, few portray its resolution with real data from the metallurgical sector. This project is based on a challenge proposed by a Portuguese company in the metallurgical sector which consists in the optimization of advanced aluminium extrusion processes. To this end, the company proposes as its main objective to model the aluminium extrusion process, in particular to minimize the amount of scrap produced, taking into account the various variables involved in the process. In the metallurgical industry, extrusion is the process of choice, given not only the high pro t it can lead to, but also the qualities of the materials produced by extrusion. The focus of this study is the Pre-Extrusion, Extrusion and Post-Extrusion phases, which are included in the database provided by the company. Thus, to meet the proposed challenge, the company provided industrial extrusion data for the rst half of 2018 during the continuous production of various aluminium pro les. The study results in two papers. The rst focuses on the extrusion phase, aiming to determine which variables involved in the extrusion process can be controlled, in order to meet the de ned objective: to reduce scrap production during the aluminium extrusion process. Then, the values that can be changed are de ned, which allows to control and optimize this phase of the process. These data were subjected to statistical modeling, through multiple linear regression, which allows to predict the amount of scrap produced, depending on a set of extrusion conditions. Optimizing the useful quantity of raw material and product quality, ensuring its suitability to customer speci cations. In the second one, all phases of the aluminium extrusion process are covered, and a work plan is developed to allow a control of the variables involved in the whole process. This plan includes the selection of more frequent pro les and pro les with the most signi cant indicators in the production of scrap. Then the values that can be changed are de ned, which allow to control and optimize the whole process. These data allowed us to obtain tools to construct an optimization model for the extrusion variables, in this aluminum industry and were subjected to statistical modeling through multiple linear regressions. Optimizing the amount of scrap produced, an increase of the company pro t would be observed and, besides that, the company's is making more energy sustainable. As such, it is important to point out that in the metallurgical industry, the environmental issue is increasingly analyzed, and the control of negative environmental impacts is crucial, preserving the consumption of energy and natural resources. The results show that it is possible to minimize scrap production in the company, increasing their sustainability, with few corrective measures. Optimizing the aluminum extrusion process, reducing waste or making the most of the unique combination of aluminum's physical characteristics, the company is contributing to a better environment. In addition, the advantage of the possibility of total recycling of aluminum waste in combination with process optimization is possible and recommended.N/