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Nesta tese é proposta uma Linguagem de Modelação da Empresa (LME) que permite desenvolver e executar modelos da produção em ambientes fabris. No sentido de propor uma linguagem de modelação executável por computador, que permitisse descrever e controlar as diferentes actividades empresariais ao nível do "chão-de-fábrica", foram analisadas e apresentadas várias arquitecturas de referência para a integração empresarial. [...] This thesis proposes a novel Enterprise Modelling Language (EML) enabling the development and execution of manufacturing and business process models. As to propose a computer executable modelling language, allowing the various enterprise activities to be described and controlled, different enterprise integration reference architectures were analysed and presented. [...] Doutoramento em Engenharia Mecânica, Ramo de Automação - Informática Industrial

A rastreabilidade de produtos, processos e recursos é uma preocupação premente das empresas. A rastreabilidade é necessária por diversas razões: para assegurar produtos conformes; para otimizar processos; para satisfazer necessidades regulamentares; para manter uma cadeia de informação transparente durante o ciclo de vida dos seus produtos a todos os envolvidos e partes interessadas. Os dados são captados no terreno fundamentalmente no processo de fabrico, por sensores e outros dispositivos associados às linhas de produção e é uma preocupação que os dados estejam seguros e possam ser acedidos e mantidos em tempo útil, isto é, em tempo real em alguns casos. De modo a atingir a segurança e imutabilidade dos dados, será proposta uma solução de rede descentralizada baseada em blockchain. Um utilizador poderá posteriormente aceder a esses dados de acordo com o seu nível de autorização. Será também implementado um sistema Digital Twin para comunicar em tempo real com os sensores, obtendo informações sobre o seu estado e com a possibilidade de fazer alterações. Para isso, os equipamentos utilizados serão: ESP’s para fazer a recolha dos dados; para transferir os dados destes sensores para a base de dados, serão utilizados Raspberry Pi, servindo de gateway; as restantes camadas apenas necessitarão de computadores como hardware para a sua implementação. The traceability of products, processes and resources is a pressing concern for companies. Traceability is necessary for several reasons: to ensure compliant products; to optimize processes; to satisfy regulatory needs; to maintain a transparent information chain during the product’s life cycle to all involved and interested parties. The data is captured in the field, mainly in the manufacturing process, by sensors and other devices associated with the production lines and it is a concern that the data is safe and can be accessed and maintained in good time, that is, in real time in some cases. In order to achieve data security and immutability, a blockchain-based decentralized network solution will be proposed. A user may subsequently access this data according to his authorization level. A Digital Twin system will also be implemented to communicate in real time with the sensors, obtaining information about their status and with the possibility of making changes. For this, the equipment used will be: ESP’s to collect the data; to transfer data from these sensors to the database, Raspberry Pi will be used, serving as a gateway; the remaining layers will only need computers as hardware for their implementation. Mestrado em Engenharia Mecânica

Atualmente, há uma necessidade cada vez maior de as empresas evoluírem e inovarem continuamente para manter vantagem competitiva, pelo que têm procurado realizar uma gestão dos seus processos, por forma a reduzir custos, a aumentar a produtividade e, por conseguinte, a melhorá-los. A otimização das linhas de produção tem vindo a tornar-se fundamental, dado que, a complexidade e o mercado exigente estão a forçar os gestores a procurar, diariamente, soluções para melhorar as condições operacionais. Estas soluções incluem ferramentas Lean, Sistemas de Informação e, cada vez mais, ferramentas orientadas para a implementação do conceito Indústria 4.0. Neste sentido, o objetivo comum é minimizar as atividades sem valor acrescentado, fomentando uma cultura de monitorização e de melhoria contínua, oposta ao tradicional comportamento de adaptação e conformação fortemente enraizado no setor empresarial. No presente projeto é abordado um caso de estudo - realizado no Departamento de Produção e Operações da empresa JPM Industry - que visa alcançar a melhoria da gestão operacional devido às muitas ineficiências e dificuldades com que se deparam diariamente. Mais concretamente, o projeto prende-se pela monitorização de alguns produtos a fim de reduzir os lead times, propondo, além disso, ações de melhoria que fomentem uma cultura de melhoria contínua assente nos princípios do Lean Thinking. A secção em análise dispõe de uma grande área que não é aproveitada ao máximo, havendo inclusive bancadas de trabalho inativas, além disso, sendo o movimento (deslocações desnecessárias) um dos desperdícios do Lean, a empresa lançou o desafio de reestruturar o layout. Para tal procedeu-se ao balanceamento das linhas de montagem das 3 famílias de produtos mais predominantes. Desenvolveu-se para o efeito um modelo de Programação Linear Inteira em que, visando minimizar o número de postos de trabalho, são alocadas as tarefas respeitando o tempo de ciclo pré-definido. De entre as muitas ações de melhoria propostas, só algumas foram efetivamente implementadas. Por este motivo não se podem sustentar resultados quantitativamente. No entanto, pode-se inferir que o trabalho realizado, enquadrado numa sinergia entre o Lean Thinking, melhoria de processos e balanceamento de linhas, foi benéfico para um estudo mais aprofundado do processo produtivo da secção de Assemblagem, que no futuro contribuirá para a sua melhoria. Além disso, o presente trabalho sensibilizou as pessoas e fomentou uma cultura de melhoria contínua na empresa. Currently, there is an increasing need for companies to evolve and innovate continuously to maintain competitive advantage, so they have sought to manage their processes in order to reduce costs, increase productivity and, therefore, improve them. Optimisation of production lines has become fundamental, as complexity and a demanding market are forcing managers to seek, on a daily basis, solutions to improve operational conditions. These solutions include Lean tools, Information Systems and, increasingly, tools oriented to the implementation of the Industry 4.0 concept. In this sense, the common goal is to minimise activities without added value, fostering a culture of monitoring and continuous improvement, as opposed to the traditional behaviour of adaptation and conformance strongly rooted in the business sector. This project deals with a case study - carried out in the Production and Operations Department of the company JPM Industry - which aims to achieve the improvement of operational management due to the many inefficiencies and difficulties encountered on a daily basis. More specifically, the project is concerned with the monitoring of some products in order to reduce lead times, proposing, in addition, improvement actions that foster a culture of continuous improvement based on the principles of Lean Thinking. The section under analysis has a large area that is not used to the maximum, there are even inactive work benches, in addition, being the movement (unnecessary displacements) one of the Lean wastes, the company launched the challenge of restructuring the layout. To do so, the assembly lines of the 3 most predominant product families were balanced. An Integer Linear Programming model was developed in order to minimise the number of workstations and to allocate tasks respecting the pre-defined cycle time. Among the many improvement actions proposed, only a few were actually implemented. For this reason, the results cannot be supported quantitatively. However, it can be inferred that the work carried out, framed in a synergy between Lean Thinking, process improvement and line balancing, was beneficial for a more in-depth study of the process of the Assembly section, which in the future will contribute to its improvement. Furthermore, this work has raised awareness to foster a culture of continuous improvement in the company. Mestrado em Engenharia e Gestão Industrial

A recolha e tratamento automático dos dados de uma linha de produção resulta em repercussões significativas, uma vez que a digitalização deste processo melhora o desempenho da unidade industrial, auxiliando os colaboradores no desempenho das suas funções, diminuindo a ocorrência de erros, ajudando na organização da empresa e, sobretudo, ajudando na melhoraria da sua competitividade. O problema existente na linha de produção fabril da Primus Vitória passa pelo registo manual dos dados da produção no sistema de gestão existente e, também, da falta da obtenção de outros dados da linha de produção. Para tal, a solução passa pelo desenvolvimento de um sistema que permita recolher e tratar estes dados de produção de forma automática, para que estes possam ser inseridos no sistema de gestão já existente na empresa, de forma a melhorar o funcionamento das linhas de produção da Primus Vitória, na unidade industrial da Taboeira. Neste trabalho foram implementados vários autómatos e MOXA’s de forma a comunicar com os diversos equipamentos do processo produtivo e obter a informação pretendida de cada um. As PCB’s do autómato implementado utilizam um microcontrolador Teensy e possui Ethernet, RS232, RS485, entradas e saídas digitais 24V isoladas. No que diz respeito à comunicação com os equipamentos do processo e na centralização dos dados, foram utilizados diversos protocolos de comunicação como TCP/IP , ProfiBUS, ModBUS, HostLink, USB type-B OMRON. Os dados obtidos são gravados no servidor existente na unidade da Taboeira e são demonstrados na interface gráfica desenvolvida pela RCSoft, empresa parceira no Projeto SIGIP. The automatic collection and processing of data from a production line results in significant repercussions, since the digitization of this process improves the performance of the industrial unit, helping employees in the performance of their duties, reducing the occurrence of errors, helping to organize the company and, above all, helping to improve its competitiveness. The existing problem in the Primus Vitória factory production line involves the manual recording of data from the production line. The solution involves the development of a system that allows the collection and processing of these production data automatically, so that they can be inserted into the management system that already exists in the company, in order to improve the operation of the production lines of the company. Primus Vitória, in the industrial unit of Taboeira In this work, several automata and MOXA's were implemented in order to communicate with the various equipment of the production process and obtain the desired information from each one. The PCBs of the implemented automaton use a Teensy microcontroller and have Ethernet, RS232, RS485, isolated 24V digital inputs and outputs.With regard to communication with process equipment and data centralization, several communication protocols were used, such as TCP/IP, ProfiBUS, ModBUS, HostLink, USB type-B OMRON. The data is recorded in the existing server, and demonstrated in the graphic interface developed by RCSoft, a partner company in the SIGIP Project. Mestrado em Engenharia Mecânica

Com o aumento exponencial da competitividade na indústria atual, a contínua procura pela automação e digitalização é um processo indispensável para o aumento da qualidade. Nos dias que correm, e na grande maioria dos casos, a inspeção de qualidade de superfícies pintadas é feita com recurso à visão humana. Dado que as características dos defeitos em superfícies pintadas são muito diversas e aleatórias, a visão humana consegue ainda ser superior na relação qualidade/preço na maioria dos processos da indústria atual. Contudo esta inspeção visual passa normalmente, sobretudo em grandes objetos, pela necessidade do operador se colocar em posições pouco ergonómicas e desconfortáveis por grandes quantidades de tempo. Por outro lado, a inspeção de defeitos automática traduz-se na eliminação da variação nos critérios de inspeção que está inerente à natureza humana. A Bosch Termotecnologia produz esquentadores e caldeiras cujas frentes são pintadas e, para melhorar a precisão e rigor na inspeção de qualidade das mesmas, pretende-se desenvolver um sistema automático de deteção dos defeitos de forma a aumentar o rigor e a consistência da inspeção, eliminando assim o erro humano do sistema e diminuindo os tempos de análise. Deste modo, neste projeto foi usada a técnica de deflectometria, que consiste em projetar padrões sinusoidais nas superfícies e capturar o seu reflexo para posteriormente ser analisado. Desta forma foi possível criar um dataset de imagens relativo a cada defeito. Assim, o sistema usou uma camara de visão industrial que fazia a captura continua das imagens para serem analisadas com base num modelo criado com recurso a Deep Learning. O resultado da sua classificação é enviado para o Nexeed MES e além disso é possível a visualização em tempo real das classificações através de uma GUI. O modelo final apresentou precisões acima dos 95% nos subsets de teste e demora menos de um segundo a realizar a classificação e enviar a informação para o MES. With the exponential increase in competitiveness in today’s industry, the continuous search for automation and digitalization is an indispensable process for increasing quality. Nowadays, in the vast majority of cases, quality inspection of painted surfaces is done using human vision. Given that the characteristics of defects on painted surfaces are very diverse and random, human vision can still be superior in the quality/price ratio in most processes in industry today. However this visual inspection usually involves, especially with large objects, the need for the operator to stand in unergonomic and uncomfortable positions for large amounts of time. On the other hand, automatic defect inspection means eliminating the variation in inspection criteria that is inherent to human nature. Bosch Termotecnologia produces water heaters and boilers whose fronts are painted and, to improve the accuracy and rigor in the quality inspection of them, it is intended to develop an automatic system for defect detection in order to increase the accuracy and consistency of inspection, thus eliminating human error from the system and reducing analysis times. Therefore, in this project the deflectometry technique was used, which consists in projecting sinusoidal patterns on surfaces and capturing their reflection to be later analyzed. This way it was possible to create a dataset of images relative to each defect. Thus, the system used an industrial vision camera that continuously captured the images to be analyzed based on a model created using Deep Learning. The result of its classification is sent to Nexeed MES and in addition it is possible to visualize in real time the classifications through a GUI. The final model showed accuracies above 95% on the test subsets and takes less than a second to perform the classification and send the information to the MES. Mestrado em Engenharia Mecânica

Influenced by the technological advances of modern times, the industrial world adopted digitalization and connectivity as integral parts of organizations. This new era is commonly known as Industry 4.0. The continuous and detailed access to data that affects productive performance allows for better, quicker and even predictive decisions. Therefore, it is necessary to efficiently acquire and communicate said data from the physical domain to the digital and make it user-accessible, creating a necessity for intermediate layers (Middleware). At Bosch Termotecnologia Aveiro, there is also the motivation for creating such a system to optimize the monitoring of shop-floor energy and performance data. This dissertation proposes a modular Middleware architecture adaptable to heterogeneous devices, capable of harvesting shop-floor device data, integrating it with an IoT Platform (SCoT) and a Manufacturing Execution System (Nexeed MES) and enabling Web-based access to said data by third-party systems. It was developed at the University of Aveiro and reproduced at Bosch Termotecnologia Aveiro, in light of the Augmanity (Augmented Humanity) project. The resulting Cyber-Physical System (CPS) provides scalable integration of heterogeneous devices with cloud-based operations based on open-source tools and Nexeed MES. It also enables interactions with the data via a REST API, allowing it, for example, to feed intelligent applications such as energy optimization platforms or predictive maintenance algorithms. Por influência dos avanços tecnológicos dos tempos recentes, o mundo industrial adotou a digitalização e conectividade como parte integrante das organizações, sendo esta nova fase comummente chamada de Indústria 4.0. O acesso contínuo e detalhado a dados que afetam o desempenho produtivo permite tomar decisões mais informadas, mais rápidas ou mesmo preditivas. Assim sendo, é necessário assegurar que os mesmos são devidamente comunicados do domínio físico para o digital e tornados acessíveis, criando a necessidade de camadas intermediárias (Middleware). Na Bosch Termotecnologia Aveiro, há igualmente a motivação de criar um sistema deste género para monitorização de dados de consumo energético e de performance do chão de fábrica. Nesta dissertação propõe-se uma arquitetura modular aplicável a uma diversidade de dispositivos, capaz de fazer a recolha de dados de dispositivos fabris, integração dos mesmos com uma Plataforma IoT (Smart Cloud of Things) e Sistema de Execução de Manufatura (Nexeed MES) e permitir o accesso aos dados por parte de outras aplicações através da Web. O sistema foi desenvolvido na Universidade de Aveiro e reproduzido na Bosch Termotecnologia Aveiro, à luz do projeto Augmanity (Augmented Humanity). O sistema ciberfísico resultante oferece de forma escalável a integração de dispositivos heterogéneos com operações na Cloud (baseadas em ferramentas de ”código aberto”) e com o Nexeed MES. Permite também a interação com os dados via uma REST API, possibilitando, por exemplo, alimentar aplicações inteligentes como plataformas de otimização energética ou algoritmos de manutenção preditiva. Mestrado em Engenharia Mecânica

With the recent evolution of the Internet of Things (IoT), as in different areas of everyday life, the Automotive Industry has also been having to adapt with the Internet of Vehicles (IoV). In consequence of this, the number of electronic systems and devices in an automobile is ever increasing. By one hand, this is a growing tendency of using these technologies to improve road safety, by decreasing the probability of human error. On the other hand, to guarantee the safety and proper function in the operation of vehicles it becomes necessary to acquire information and monitor these devices, so as to determine the cause of failures that may happen and of the equipment wear to prevent malfunctions and accidents. With that in mind, this work will have two branches. First, a program will be presented to read the data from the vehicle’s diagnostic system with the purpose of storing it in a database by using a data logger and of analysing the data to monitor the engine’s working parameters. With this analysis it will be possible to visualize the main parameters of the car and its devices, acquiring information to define the normal driving conditions so as to determine when some problem occurs, as well as to examine how the parameters change in consequence from the equipment wear. Meanwhile sensors will also be installed in the car that will be used for object detection of possible obstacles that the vehicle may come across in normal conditions, be it another vehicle, a person or objects. The readings acquired by the sensors will also be stored for analysis and treatment in order to get the desired information from them. This work also proposes that all the information stored in the database be easily consulted, in a web page, accessible at any time through any device connected to the internet with a Web browser. Therefore, drivers would be helped with the awareness of the vehicle’s surroundings and also be able to monitor the vehicle’s proper function and discover if problems should appear before it could cause major failures and safety breaches. In order to accomplish those goals, a solution using a LiDAR sensor, a GPS module, a Bluetooth module, an ELM327 diagnostic device and three Esp32 microcontrollers was developed. In this Dissertation will be described the developing processes and the solutions obtained that led to the solution of the problems approached here. Com a recente evolução trazida pela Internet das Coisas (IoT), tal como ocorreu em diversas áreas da vida cotidiana, a Industria Automobilística teve que se reinventar e adaptar, com a Internet dos Veículos (IoV). Consequentemente, o número de sistemas e equipamentos eletrónicos presentes em um automóvel é cada vez maior. Por um lado, é uma tendência crescente o uso dessas tecnologias para garantir a segurança rodoviária, de modo a diminuir a probabilidade de erros humanos. Por outro lado, para ser possível garantir a segurança e o funcionamento adequado dos veículos tornou-se necessário monitorizar estes equipamentos, com o propósito de determinar as causas de possíveis falhas e do desgaste durante o uso destas partes para prevenir falhas e acidentes. Com estes objectivos, o trabalho desenvolvido nessa dissertação terá duas vertentes. Primeiramente, será apresentado um programa usado para ler as informações adquiridas pela centralina do carro com o propósito de armazenar essas informações em uma base de dados por meio de um Data Logger e também de realizar uma análise para monitorizar os parâmetros do motor. Com isto será possível visualizar os principais parâmetros de condução, identificando como seria a condição normal de funcionamento com o propósito de determinar quando há algum problema e para examinar a variação dos parâmetros devido ao desgaste. Enquanto isso, também serão instalados sensores no veículo com o intuito de identificar objetos comuns de serem encontrados em condições normais, sejam estes outros veículos, peões ou ciclistas. As leituras adquiridas também serão armazenadas para análise e tratamento dos dados, para conseguir as informações desejadas. Neste trabalho também é proposto que a informação armazenada na base de dados seja facilmente consultável a partir de uma página Web, acessível a qualquer momento por meio de um equipamento conectado `a Internet e com um Web Browser. Desta forma, os motoristas seriam auxiliados com a perceção dos arredores do veículo e seriam capazes de monitorizar o funcionamento do seu veículo e identificar o aparecimento de problemas antes que estes causem falhas e apresentem maior risco de segurança. Para atingir esses objetivos, foi desenvolvida uma solução utilizando um sensor LiDAR, um módulo GPS, um módulo Bluetooth, um dispositivo de diagnóstico ELM327 e três microcontroladores Esp32. Nesta Dissertação serão descritos os processos de desenvolvimento e as soluções obtidas que levaram à solução dos problemas aqui abordados. Mestrado em Engenharia Mecânica

In response to the fourth industrial revolution, Bosch TT and the University of Aveiro (UA) started the Augmanity project, which aims to use innovative technologies such as Augmented Reality, IIoT, 5G, BigData and AI and Machine Learning, and apply them in the Portuguese business structure. This internship was inserted in the PPS4 subproject of the Augmanity project, specifically in the supply of data to be consumed by AR devices. The AR case studies will affect several areas of the company’s value stream, from parts production machines to improving the efficiency of final lines, always with the aim of improving human performance. The complexity of this task comes from the fact that the necessary information comes from several different sources: the production line, Nexeed MES and SAP ERP, and the criterion that the information is accessed in real-time. The proposed system involves the creation of a web service that will provide all data available in a standardized way to be consumed by AR devices, like mobile phones, tablets and AR Glasses. For this, the developed system can access databases, Message Brokers and other web services and has a REST API architecture, developed in ASP.NET, to be able to transmit the data to the AR devices. In the end, industrial data provider was implemented on Bosch’s internal network, managing to supply most of the data required by AR case studies. The web service underwent load tests to measure the wait times of the AR devices, obtaining satisfactory results and fulfilling the requirements of real-time communication. Em resposta à quarta revolução industrial, a Bosch TT e a Universidade de Aveiro (UA) iniciaram o projeto Augmanity que visa a utilizar tecnologias inovadoras como Realidade Aumentada, IIoT, 5G, BigData e AI and Machine Learning, e aplicá-las na estrutura empresarial portuguesa. Este estágio inseriu-se no subprojecto PPS4 do projeto Augmanity, mais propriamente no fornecimento de dados para serem consumidos por dispositivos de RA. Os casos de estudo de RA irão afetar diversas áreas do fluxo de valor da empresa, desde máquinas de produção de peças, até à melhoria de eficiência de linhas finais, sempre com o intuito de melhorar a performance humana. A complexidade desta tarefa advém de a informação necessária ser proveniente de várias fontes diferentes: a linha de produção, o Nexeed MES e o SAP ERP, juntamente com o critério da informação ser acedida em tempo real. O sistema proposto envolve a criação de um serviço web que fornecerá todos os dados industriais de uma forma normalizada para serem consumidos pelos dispositivos de Realidade Aumentada, entre estes poderão ser telemóveis, tablets e AR Glasses. Para isso, o fornecedor de dados industriais desenvolvido é capaz de aceder a base de dados, Message Brokers e outros serviços web e possuí uma arquitetura de REST API, desenvolvida em ASP.NET, para conseguir transmitir os dados para os dispositivos de Realidade Aumentada. No final, o sistema foi implementado na rede interna da Bosch, conseguindo devolver maioria dos dados requeridos pelos casos de estudo de RA. O serviço web sofreu testes de carga, para medir os tempos de espera dos dispositivos de RA, obtendo resultados satisfatórios e cumprindo os requerimentos de comunicação em tempo real. Mestrado em Engenharia Mecânica

Ao longo dos últimos anos, as técnicas de aprendizagem automática sofreram um grande desenvolvimento demonstrado pela evolução dos algoritmos de Deep Learning (DL) implementados em várias áreas do nosso dia-a-dia, como por exemplo, na condução autónoma ou no reconhecimento facial. Apesar das altas taxas de sucesso e fortes potencialidades provadas, estas técnicas estão ainda para ser implementadas por completo num contexto industrial. Baseado no estágio curricular completado na Bosch Termotecnologia, SA, o trabalho aqui apresentado visa resolver o problema que a empresa enfrenta atualmente com elevada percentagem de peças com defeito (32% da produção total) no fim do processo de brasagem das câmaras de combustão (CCs) - um dos componentes dos esquentadores que a empresa produz. Baseada em algoritmos de ML, é proposta uma solução para otimizar o processo de brasagem das CCs. O trabalho realizado representa a primeira parte da solução proposta, onde foi desenvolvido um sistema de visão para classificar, com recurso a redes neuronais convolucionais, 16 modelos de câmaras de combustão. Consoante o modelo classificado, o processo de brasagem seria otimizado através de outro algoritmo de ML que iria prever o valor ideal de um dos parâmetros do processo de brasagem. O sistema foi implementado na linha de produção da empresa e com um dataset reduzido foi possível alcançar taxas de 100% de precisão na classificação de 5 modelos de câmaras de combustão. Ao longo do documento é explicado todo o trabalho desenvolvido, desde a construção do sistema de visão para aquisição das imagens, até ao treino dos algoritmos para classificação das câmaras de combustão. In recent years, Machine Learning (ML) techniques have developed significantly as demonstrated by the evolution of Deep Learning (DL) algorithms implemented in different areas in our daily life such as autonomous driving or facial recognition. Dispite its high success rate and proven strong capabilities, these techniques are yet to be fully implemented in the industrial environment. Based on the internship completed at Bosch Termotecnologia, SA, the work here presented adresses the issue that the company currently faces, which is the high percentage of defective parts (32% of total production) at the end of the brazing process of the combustion chambers (CC) - one of the components of the water heaters that the company produces. Based on ML algorithms, a solution is presented to optimize the brazing process of the CCs. The work presented is a first part of the solution proposed, where was developed a vision system capable of classifying, through convolutional neural networks, 16 models of combustions chambers. Depending on the classified model, the brazing process would be optimised by another ML algorithm that would predict the optimal value of one of the brazing process’ parameters. The system was implemented at the company’s production line and even with a small dataset, it achieved a 100% accuracy in classifying 5 models of combustion chambers. Throughout this document, it is explained all the work developed, from building of the vision system for image acquisition, all the way to the training of the algorithms to classify the combustion chambers. Mestrado em Engenharia Mecânica

A crescente competitividade do mercado, derivada, em grande parte, pela inovação tecnológica, impõe às empresas a necessidade de atualizar constantemente as técnicas de avaliação de processos de manufatura. Apesar desta necessidade, determinar se um processo é eficiente ou não, é geralmente, bastante exigente. Na era da big data e da indústria 4.0, técnicas como Root Cause Analysis são necessárias para identificar e justificar a eficiência de um processo de manufatura. No entanto, um grande problema relacionado com técnicas de Root Cause Analysis tradicionais está relacionado com a sua sensibilidade a perturbações nos dados, desta forma, torna-se necessário a aplicação de técnicas mais robustas. No estudo apresentado são aplicados métodos como o Multi Directional Efficiency Analysis, o Extreme Gradient Boost e o SHAPley Additive exPlanations, que, em conjunto oferecem uma abordagem mais robusta que permite fazer um benchmarking de entidades de um processo de manufatura, determinar a importância de variáveis de processo, e prever o desempenho de entidades numa próxima sessão de trabalho. São apresentados casos de estudo sobre os processos de manufatura da Vista Alegre, uma empresa de renome na manufatura de porcelana, líder na sua área, que permitem analisar o sucesso da metodologia apresentada. The increasing competitiveness in the market, driven, in turn, by the innovation in technology, demands companies the need to constantly update their evaluation techniques in regard to manufacturing processes. Despite this necessity, finding whether a process is efficient or not, is, generally, extremely demanding. In the big data era and the 4.0 industry, techniques such as Root Cause Analysis are necessary to identify and justify the efficiency of a given manufacturing process. Despite this, a big problem related with the traditional Root Cause Analysis techniques is related to their high sensitivity to data noise, this in turn, makes it necessary to apply more robust techniques. Here the techniques such as Multi Directional Efficiency Analysis, Extreme Gradient Boost and SHAPley Additive exPlanations are merged to offer a more robust approach that allows the benchmarking of a given manufacturing process’ entities, find the importance level of said process’ variables and predict the performance of the entities in their next working session. A use case at Vista Alegre, a leading company in the manufacturing of porcelain, shows the success of the presented methodology. Mestrado em Matemática e Aplicações

A gestão logística é a parte da Cadeia de Abastecimento que planeia, implementa e controla de forma eficiente e eficaz a movimentação dos fluxos. As atividades logísticas podem fazer parte duma logística externa que contempla os transportes de mercadorias (transportes de entrada e saída), a gestão da frota, desenho da rede logística, entre outros. Por outro lado existem atividades de logística interna tais como a gestão de armazém, a gestão de materiais, a gestão da resposta a encomendas, planeamento do abastecimento e da procura e gestão dos prestadores de serviços logísticos. Nos dias de hoje, os administradores de empresas são desafiados a lidar com problemas tais como a criação de novos produtos estimulados pela rápida mudança dos requisitos de clientes específicos, pelo que é importante ter em sua posse informação relevante para que seja possível traçar metas de vendas de acordo com a produção, gestão da matéria-prima, monitorização do chão de fábrica, monitorização e gestão de stock, gestão de lucros de cada setor específico da empresa, entre muitos outros. Devido ao crescente volume de dados e informação, existe uma quase obrigatoriedade de se utilizarem Sistemas Inteligentes para gerir e transformar os dados em informação útil para a empresa. A competitividade empresarial faz com que as empresas necessitem de informação para sobreviver. Na indústria da cerâmica como em qualquer indústria uma gestão logística ineficiente pode-se refletir em prejuízos relevantes para a organização. Desta forma no âmbito da Indústria 4.0, o trabalho realizado teve como objetivo o desenvolvimento de um Sistema Inteligente constituído por um conjunto de algoritmos baseados em modelos matemáticos e heurísticas, desenvolvido em Python, com o propósito de otimizar a atividade de picking para a preparação de encomendas, no armazém da Primus Vitória. Numa fase inicial, o picking de produtos era realizado pelos operadores que seguem uma Ordem de Trabalho (OT) emitida manualmente pela responsável logística. Nessa OT constam as informações que o operador necessita para realizar a atividade, no entanto, a ordem pela qual os itens são recolhidos são critério do operador. Este problema foi o alvo do presente caso de estudo, sendo que o grande desafio, foi criar um algoritmo que permita recolher da base de dados da empresa informação relativa à zona onde os produtos estão armazenados e dessa forma definir a sequência que resulta no caminho mais curto para a preparação de cada encomenda. Logistics management is the part of the Supply Chain that plans, implements and efficiently and effectively controls the movement of flows. Logistical activities can be part of external logistics which includes the transport of goods (inbound and outbound transport), fleet management, design of the logistics network, among others. On the other hand there are internal logistics activities such as warehouse management, materials management, order fulfillment management, supply and demand planning, and management of logistics service providers. Today, business managers are challenged to deal with problems such as the creation of new products stimulated by the dynamic requirements of specific customers, so it is important to have relevant information in their possession in order to be able to set sales targets according to production, raw material management, shop floor monitoring, stock monitoring and management, profit management of each specific sector of the company, and many others. Due to the growing volume of data and information, there is an almost compulsory need to use Intelligent Systems to manage and transform data into useful information for the company. Companies need information to survive due to the Business competitiveness. In the ceramic industry, as in any other industry, inefficient logistics management can result in significant losses for the organization. This way, in the scope of Industry 4.0, the work done had as an objective the development of an Intelligent System constituted by a set of algorithms based on mathematical models and heuristics, developed in Python, with the purpose of optimizing the picking activity for the preparation of orders, in the Primus Vitória’s warehouse. Initially, the picking of products was carried out by operators following a Work Order manually issued by the logistics manager. This Work Order contains the information that the operator needs to perform the activity, however, the order in which the items are picked is at the operator’s discretion. This problem was the target of this case study, and the great challenge was to create an algorithm that could collect from the company’s database information regarding the area where the products are stored and thus define the sequence that results in the shortest path for the preparation of each order. Mestrado em Engenharia Mecânica

Managing a warehouse can involve a large flow of production which results in large amounts of volume to be stored. Being this the company’s case, the main problem found was that there is no system for the phase of storing the products. The decision of where to store all the final products is made only by an employee which leaves no way to evaluate if the storing is done optimally and it is a very big risk for a company of it’s size to have so much dependency on one person. With this, the objectives established for this project were the reorganisation of the company’s external warehouse and developing a model for a decision support system, serving as a pilot project for later application to their internal warehouse. The framework designed and proposed meets the company’s current needs. From this framework, are presented analyses and algorithms to classify the products according to the customer orders and to store them in the warehouse using two different methods: a direct allocation through the ABC classification method and an allocation using the Knapsack problem, an optimisation method. Some important notes on how to continue the work started here are also presented. A gestão de um armazém pode envolver um grande fluxo de produção, o que resulta em grandes quantidades de volume para serem armazenadas. Sendo este o caso da empresa, o principal problema encontrado foi a inexistência de um sistema para a fase de armazenamento dos produtos. A decisão de onde armazenar todos os produtos finais é tomada apenas por um funcionário, não permitindo uma avaliação sobre como o armazenamento é feito e é um risco muito grande para uma empresa da sua dimensão ter tanta dependência em apenas uma pessoa. Com isto, os objetivos estabelecidos para este projeto foram a reorganização do armazém externo da empresa e o desenvolvimento de um modelo de sistema de apoio à decisão, servindo como projeto piloto para posterior aplicação ao armazém interno. A estrutura desenvolvida e proposta atende às necessidades atuais da empresa e, desta, são apresentadas análises e algoritmos para classificar os produtos de acordo com os pedidos dos clientes e para armazená-los usando dois métodos diferentes: uma alocação direta através do método de classificação ABC e uma alocação usando o problema da mochila, um método de otimização. Também são apresentados algumas notas importantes sobre como dar continuidade ao trabalho aqui iniciado. Mestrado em Engenharia Mecânica

Industry 4.0 has promoted the digitalisation of industrial activities, representing a significant impact on process improvement and increased productivity. However, the systems that operate using these innovations present themselves generating quantities of information at an exacerbated velocity and in an unimaginable volume, big data. As a result, it becomes impractical and detrimental in many procedures for the analysis of the data set and decisions not to be taken by using the digital means available. The background process related to this dissertation takes place at Bosch Security Systems, where every day around twelve hundred printed circuit board assemblies (PCBA) are submitted for quality control tests from the production line. Each evaluation encompasses approximately four hundred measuring points at which the measured physical quantity is varying. Given the size of the referred around thirty-seven thousand test files with a total of approximately fourteen million eight hundred and eighty thousand measurements are generated each month. Therefore, assuming that for each type of fault identified in a file referring to a failed test there exists a repair method regarded as the most effective to fix the defect and guarantee the functionality levels of each board, the work proposal arises in the context of studying the possibility and practicability of developing a model of a recommendation system applied to the mentioned process. This has the objective of providing suggestions for repair methods, increasing both the rapidity of human decision making and the efficiency of the actions applied by the repairers. The proposed solution relies on being a recommendation system of hybrid category. At its base the essential tools used are the Python programming language, the Pandas library for data analysis and the algorithms based on gradient descent method for applying the technique of utility matrix completion, along with K-means clustering to consolidate the system in cases where data sparsity and cold start issues occur. Briefly, to reinforce the fact that the theme of this work should be seen with an innovative character, once currently this type of systems are present every day in people’s lives in ecommerce platforms, streaming, music, among many other areas, but not in industrial activities. Based on the dissertation and as a proposal for future work, if the operation of the developed model is seen as viable by the company’s responsibles in the short and long term, it can be implemented to the referred process as well as to others. In this way practical benefits will be brought that corroborate some of the previously mentioned goals of Industry 4.0. A indústria 4.0 tem promovido a digitalização das atividades industriais, representando um impacto significativo na melhoria de processos e aumento de produtividade. Contudo, os sistemas que operam utilizando estas inovações apresentam-se a gerar quantidades de informação a uma velocidade exacerbada e numa magnitude inimaginável, big data. Torna-se deste modo impraticável e prejudicial em muitos procedimentos a análise de dados e decisões não serem tomadas com recurso aos meios digitais disponíveis. O processo que contextualiza esta dissertação tem lugar na Bosch Sistemas de Segurança, onde todos os dias cerca de mil e duzentas printed circuit board assemblies (PCBA) são submetidas para testes de controlo de qualidade a partir da linha de produção. Cada avaliação engloba à volta de quatrocentos pontos de medição nos quais a grandeza física medida se encontra a variar. Atendendo à dimensão do referido, cerca de trinta e sete mil ficheiros de teste com um total de aproximadamente catorze milhões oitocentas e oitenta mil medições são gerados a cada mês. Assim, assumindo que para cada tipo de falha identificada num ficheiro referente a um teste falhado existe um método de reparação considerado como o mais eficaz para reparar o defeito e garantir os níveis de funcionalidade de cada placa, a proposta de trabalho surge no âmbito de estudar a possibilidade e praticabilidade de desenvolver um modelo de um sistema de recomendação aplicado ao processo referido. Este tem como objetivo fornecer sugestões de métodos de reparação, aumentando tanto a rapidez da tomada de decisão humana, como a eficácia das ações aplicadas pelos reparadores. A solução proposta fundamenta-se por ser um sistema de recomendação de categoria híbrida. Na sua base as ferramentas essenciais utilizadas são a linguagem de programação Python, o pacote Pandas para análise de dados e os algoritmos baseados no método de gradient descent para aplicação da técnica de preenchimento da matriz de utilidade, assim como K-means clustering para reforçar o sistema em casos onde ocorrem problemas de data sparsity e cold start. Brevemente, reforçar o facto da temática deste trabalho dever ser vista com um caráter inovador, uma vez que atualmente este tipo de sistemas estão presentes todos os dias na vida das pessoas em plataformas de comércio eletrónico, streaming, musica, entre muitas outras áreas, mas não em atividades industriais. Com base na dissertação e como proposta de trabalho de futuro, se a operação do modelo desenvolvido for vista como viável pelos responsáveis da empresa a curto e longo prazo, este poderá ser aplicado a este processo, assim como a outros. Desta forma serão trazidos benefícios práticos que corroboram algumas das metas mencionadas anteriormente da indústria 4.0. Mestrado em Engenharia Mecânica

No mercado global em que a indústria se encontra atualmente, a capacidade de produção e a exigência da qualidade tendo em atenção a melhoria contínua, leva a que as indústrias recorram à automação para conseguir tornar as suas linhas de produção mais eficientes e por conseguinte dar resposta a esta expansão económica - Indústria 4.0. O caso prático descrito ao longo desta dissertação descreve uma linha de marcação laser na JPM Indústria, que atualmente ainda necessita de uma grande intervenção por parte do operador, gerando falhas constantes e perdas de eficiência. Nesta perspetiva, este projeto InspectionAdaptMark vem propor um sistema integrador com recurso à inteligência artificial, que vai desde o controlo do equipamento laser, passando pela inspeção da marcação efetuada por este, até ao ajuste dinâmico dos seus parâmetros em caso de não conformidade. Para isso são utilizados diferentes tipos de ferramentas desde a programação em linguagem C++ para o controlo do equipamento laser, passando pelas várias técnicas de visão artificial como o OCR e o Template Matching, até ao uso de algoritmos de Machine Learning para ajuste dos parâmetros. A implementação resultou em três programas desenvolvidos, o programa de controlo do equipamento laser, o programa de inspeção visual e o programa de ajuste de parâmetros do laser. Para comprovar o bom funcionamento de cada um deles realizaram-se testes a cada um dos módulos desenvolvidos, alcançando todos os objetivos definidos. Assim, as metodologias propostas apresentam-se como promissoras para serem implementadas na linha de marcação a laser da empresa, reduzindo tempos de operações e a probabilidade de marcações defeituosas. In the global market in which the industry currently finds itself, the production capacity and the demand for quality, taking into account the continuous improvement, leads industries to resort to automation to make their production lines more efficient and therefore respond to this economic expansion - Industry 4.0. The practical case described throughout this dissertation describes a laser marking line at JPM Indústria, which currently still needs a great intervention by the operator, generating constant failures and efficiency losses. In this perspective, this InspectionAdaptMark project proposes an integrative system using artificial intelligence, which goes from the control of the laser equipment, through the inspection of the marking made by it, to the dynamic adjustment of its parameters in case of non-compliance. For that, different types of tools are used, from programming in C++ language for controlling the laser equipment, to the various techniques of artificial vision such as OCR and Template Matching, to the use of Machine Learning algorithms for adjusting the parameters. The implementation resulted in three programs developed, the laser equipment control program, the visual inspection program and the laser parameter adjustment program. To prove the good operation of each one of them, tests were carried out to each one of the developed modules, reaching all the defined objectives. Thus, the proposed methodologies present themselves as promising to be implemented in the laser marking line of the company, reducing operation times and reducing the probability of defective markings. Mestrado em Engenharia Mecânica

A indústria transformadora de plásticos é já fortemente automatizada, no entanto, essa flexibilidade potencial não se materializa em agilidade, pelo menos na dimensão exigida pelos desafios da nova realidade industrial que exige maior celeridade na produção das peças e maior qualidade. Na IberOleff, por exemplo, no que diz respeito ao processo de soldadura por transmissão de laser existem problemas relacionados com a parametrização do equipamento pela sua inflexibilidade e demora excessiva. Estes problemas são responsáveis pela criação de tempos mortos na produção de peças poliméricas e pela obtenção de peças defeituosas. Os defeitos nas peças finais são percecionados através de ensaios destrutivos pontuais, sendo a força de separação das duas partes soldadas (rear e front frame) a métrica usada para definir a existência ou não de defeitos de soldadura. Ambos os problemas enunciados contribuem para uma redução das receitas da empresa e no caso específico da obtenção de peças defeituosas, um desperdício de material que também representa um problema para o ambiente. Torna-se, portanto, crítica a existência de um sistema de controlo inteligente que consiga reconhecer o produto que se pretende produzir e rapidamente atuar os parâmetros do equipamento de soldadura. Para isso, não basta conhecer de forma imediata os parâmetros padrão de produção, uma vez conhecida a peça a produzir, mas também realizar uma previsão da força de separação das peças unidas com esses parâmetros de forma a prevenir defeitos no produto final. O operador deve poder conseguir interagir com este sistema através de uma interface para avaliar criticamente as previsões efetuadas e alterar os parâmetros chave, caso seja necessário. Por fim, deve-se garantir a interação com a base de dados que contém as informações necessárias ao desenvolvimento do sistema através de uma REST API. Durante estes desenvolvimentos, é importante garantir a agilidade do sistema de produção e a sua acessibilidade, devendo procurar-se, que todos os programas desenvolvidos usem ambientes de programação open-source de fácil perceção e integração. Na solução proposta os vários módulos foram desenvolvidos em C#, Python e Node-Red, sendo utilizados dispositivos como o ESP8266 para possibilitar a leitura do código de barras de cada peça e o Raspberry Pi 4 para permitir a integração do sistema num ambiente fabril e comunicação dos parâmetros para o autómato associado ao equipamento. Também foi crucial garantir a exatidão das previsões do algoritmo preditivo. Foram testados dois algoritmos distintos: redes neuronais artificiais e XGBoost. Ambos foram alvo de uma otimização de hiperparâmetros realizada através do método de Taguchi, sendo que no final deste processo, o algoritmo mais exato consistia numa rede neuronal artificial com uma exatidão de aproximadamente 93% em relação ao valor verdadeiro da força de separação. Esta foi desenvolvida com recurso à framework PyTorch. Este sistema permite a obtenção de uma vantagem competitiva num mercado altamente exigente, como o da transformação de plásticos, com a redução dos tempos mortos na produção e com a redução do desperdício de matéria-prima. The plastic transforming industry is already very well automated in most of its processes, but this potencial flexibility does not materialize in the agility that is required by today’s new industrial reality that asks for more speed and better quality in the production of new parts. In Iber-Oleff, for instance, when it comes to the laser transmission welding process there are unsolved problems related to the inflexible and lingering nature of the definition of process parameters. Both these problems are responsible for the existence of downtimes in production and also the production of defective parts. The final part defects are perceived through some destructive experiments, using the separation force between the welded parts (rear and front frame) as a metric. These problems contribute to the reduction of the company’s income and to the degradation of the environment, when considering the production of defective parts. Therefore it is critical to have an intelligent control system which can recognize the product that is pretended to be produced and quickly communicate the process parameters to the laser welding equipment. In order to achieve this, not only must instant access to the standard production parameters be achieved, once the part to be produced is known, but there is also a need to create a prediction on the separation force between parts united with those parameters, which can help to avoid part defects. The machine operator must be able to interact with the system through a graphical interface in order to critically evaluate the predictions made by the predictive algorithm and alter the key parameters if seen fit. A REST API ought to be built as a way to allow interactions with the database that contains the informations required by the system. During the development of these different modules it is important to guarantee their agility and accessibility, which can achieved by using open-source programming environments that can be easily interpreted and integrated. In the proposed solution the different modules were developed in C#, Python and Node-Red, while devices like the ESP8266 and Raspberry Pi 4 were used for the reading of the parts’ barcodes and for the integration of the system in an industrial environment and communication of the process parameters to the laser equipment, respectively. It is also important to guarantee the accuracy of the predictions made by the predictive algorithm. Two distinct algorithms were tested: artificial neural networks and XGBoost. Both were subject to hyperparameter optimization through the Taguchi method. The best algorithm was an artifical neural network with an accuracy of 93%, relating to the true value of the separation force. This algorithm was developed using the PyTorch framework. This system presents an objective competitive edge in a highly demanding market, with the reduction of downtimes in production and the reduction of material waste. Mestrado em Engenharia Mecânica

O consumo energético total da União Europeia nos setores comercial e residencial representa 40% (15% + 25%, respetivamente) do consumo energético total. Sendo que 64% do consumo residencial é dedicado à climatização dos espaços interiores. Um estudo conduzido nos Estados Unidos da América estima que as áreas envidraçadas sejam em grande parte responsáveis por perdas de energia na climatização. O presente trabalho visa desenvolver um sistema de controlo remoto de um protótipo de janela energeticamente eficiente. Este protótipo consiste numa persiana de lamelas horizontais motorizada que está incorporada numa caixilharia isolada (utilização de vidros duplos) que tem três grelhas de circulação de ar. As lamelas incorporam no seu interior dois materiais, um material isolante, e um material de mudança de fase. Um protótipo já existente permite o controlo de altura da persiana, inclinação das lamelas, abertura/fecho das grelhas de ar, no entanto de forma limitada e apenas a nível local. A monitorização de temperaturas é permitida através de sondas de resistência variável, no entanto não permite o seu registo. O trabalho desenvolvido irá permitir o controlo e instrumentação remota do protótipo. Este trabalho através do controlo e registo das diferentes ordens e medições executadas, garante flexibilidade no seu controlo e também um histórico que pode ser consultado posteriormente. The total energy consumption in commercial and residential buildings reaches 40% (15%+25%, respectively) of the total energy consumption in the European Union. A study conducted in the United States estimates that glazed areas are one of the biggest contributors to energy losses in climatization. The present work aims the development of a remote-control system for a prototype energy-efficient window. This prototype consists of a motorized horizontal slat shutter embedded in an insulated frame (use of double glazing) with three air circulation grilles. The slats incorporate two materials, an insulating material, on the other, a material with high heat storage capacity (Phase Changing Material). This prototype already allows the control of the shutter height, slat inclination, air grilles opening/closing and temperature monitoring, however it’s limited to only on-site control. Temperature monitorization is possible by using variable resistance sensors, however it doesn’t allow to keep a record. This work will allow to remotely control the prototype. This work allows to record the commands and measures in order to have more flexibility controlling and monitoring said prototype. Mestrado em Engenharia Mecânica

Em qualquer empresa que recorra a equipamentos industriais para a transformação de um determinado tipo de matérias-primas em produto acabado, passível de ser colocado à venda no mercado, os resultados são avaliados em termos de produtividade, isto é, em número de peças conformes produzidas ao fim de um determinado período. Como tal, qualquer situação que comprometa essa produtividade, como é o caso de avarias dos equipamentos industriais utilizados pelas empresas, deve ser evitada ao máximo. Na OLI – Sistemas Sanitários S.A. empresa que se destina à produção e comercialização de sistemas sanitários e, como tal, à transformação de matérias-primas do tipo poliméricas, com o recurso a máquinas de injeção de plásticos, em produto acabado, esta preocupação por uma produtividade de, num mundo ideal, 100%, também está presente. Desta forma, o projeto que esteve na base de todo o trabalho realizado e apresentado no presente documento teve como objetivo a implementação de uma arquitetura baseada em modelos de previsão de avarias, no caso, das referidas máquinas de injeção. Por forma a dar início ao referido projeto, foi realizada toda a preparação da componente inicial de aquisição de dados, com o estudo do protocolo de comunicação utilizado pelas máquinas de injeção (EUROMAP 63) e com a implementação de sensores adicionais (sensores de humidade e vibração) para obtenção de variáveis consideradas importantes para o processo, e tratamento dos mesmos para a posterior implementação da referida arquitetura. A mecânica de aquisição de dados encontra-se atualmente implementada na OLI, possuindo já um histórico de dados considerável, provenientes quer dos próprios sensores que as máquinas de injeção possuem, quer de sensores adicionais colocados junto das mesmas, e foi já efetuada uma primeira análise a esses mesmos dados com vista à implementação da arquitetura de previsão de avarias. n any company that uses industrial equipment to transform a specific type of material in a finished product, capable to be put up for sale on the market, the results are evaluated in terms of productivity, that is, in number of conforming parts manufactured after a certain period. As such, any situation that compromise this productivity, such as the breakdown of industrial equipment used by companies, should be avoided as much as possible. At OLI – Sistemas Sanitários S.A., a company dedicated to production and commercialization of sanitary systems and, as such, the transformation of polymeric material, using plastic injection machines, into a finished product, this concern for a productivity of, in an ideal world, 100%, is also present. In this way, the project that support all the work carried out and presented in this document aimed to implement an architecture based on failure predictive modules, in this case, of the aforementioned injection machines. In order to start this project, all the preparation of the initial component of data acquisition had been carried out, with the study of the communication protocol used by injection machines (EUROMAP 63) and with the implementation of additional sensors (humidity and vibration sensors) to obtain variables considered important for the project, and the treatment of them for the subsequent implementation of the mentioned architecture. The mechanics of data acquisition is currently implemented at OLI, having already a considerable data history, coming either from the sensors that the injection machines have, or from additional sensors placed next to them, and a first analysis has already been carried out to these same data with a view to implementing the breakdown forecasting architecture. Mestrado em Engenharia de Automação Industrial

A crescente competitividade do mercado derivada, em grande parte, pela inovação tecnológica, impõe às empresas a necessidade de reformar o modus operandi tradicional e adotar um modelo enquadrado no paradigma da indústria 4.0. A otimização do controlo do processo produtivo através da informatização em tempo real integrada ao longo de todo o chão de fábrica traz benefícios ao nível do custo, da qualidade e da segurança. A análise de dados provenientes da sensorização dos equipamentos em paralelo com algoritmos de Machine Learning constitui o cerne da manutenção preditiva, tema desta dissertação. A manutenção periódica e reativa têm vindo a ser substituídas por intervenções proativas que asseguram a continuidade da produção e a redução de defeitos de fabrico. O trabalho pode ser dividido em três fases: instalação de um equipamento para monitorizar variáveis de funcionamento de máquinas de um centro de conformação plástica da Vista Alegre Atlantis SA; desenvolvimento de um modelo de manutenção preditiva que consiga detetar, antecipadamente, um comportamento irregular de funcionamento; elaboração de uma interface gráfica de visualização. O modelo foi obtido com recurso a algoritmos de aprendizagem supervisionada (árvores de decisão) e algoritmos de clustering (K-Means e DBSCAN), tendo servido como prova de conceito. The increasing market competivity that derives, mostly, from the continuous tecnhological inovation forces companies to retire their traditional modus operandi and to addopt a model of business integrated in the Industry 4.0 paradigm. Production process control optimization by means of real-time informatization of cyber-physical systems scattered along the shop floor brings benefits at the cost, quality and safety levels. Data analysis from equipment sensors in paralel with Machine Learning algorithms constitutes the core of Predictive Maintenance, main subject of this thesis. Periodic and reactive maintenance have lately been replaced with proactive interventions that assure production continuity and reduction of manufacturing defects. The work can be divided in three phases: installation of equipment to monitor operating variables of machines in a plastic forming center at Vista Alegre Atlantis SA; development of a predictive maintenance model that can detect, in advance, an irregular operating behavior; elaboration of a graphical visualization interface. The model was obtained using supervised learning algorithms (decision trees) and clustering algorithms (K-Means and DBSCAN), serving as proof of concept. Mestrado em Engenharia Mecânica

A crescente procura por bicicletas tradicionais e elétricas é uma oportunidade para o mercado dos sistemas de bloqueio e antirroubo destes veículos. Nesta dissertação pretende-se estudar o mercado de cadeados inteligentes, perceber os seus pontos fortes e as suas limitações; criar um conceito de cadeado inteligente que tente preencher as lacunas deste mercado tendo em conta as necessidades do cliente; e finalmente, executar o projeto mecânico e automação do sistema.O estudo de mercado dos cadeados inteligentes, permitiu perceber as principais características destes sistemas de bloqueio, vantagens, limitações e extras. Identificaram-se as características necessárias para o utilizador e recorrendo ao diagrama de Mudge ordenaram-se estas necessidades por ordem decrescente de importância para o cliente. Utilizouse o diagrama QFD para identificar as características críticas para o cliente, especificar a correlação entre as necessidades do cliente e os requisitos de projeto e ordenar os requisitos do projeto por ordem decrescente de atuação. O conceito do cadeado desenvolvido é de fácil montagem, com elevada compatibilidade entre bicicletas e sem necessidade de um objeto externo para o bloquear, com um mecanismo de bloqueio do tipo coroa-parafuso sem-fim. A comunicação entre o cadeado e o utilizador é feita por Bluetooth e GSM/GPRS para permitir um alcance global. O desbloqueio da bicicleta pode ser remoto, desbloqueando o cadeado com a aproximação do utilizador ou manual, no caso de falta de bateria. A aplicação possibilita o bloqueio e desbloqueio da bicicleta permitindo a partilha da mesma com terceiros; efetua a monitorização de estatísticas como a distância percorrida, velocidade média e calorias queimadas e consegue localizar a bicicleta por GPS. O dimensionamento mecânico do sistema com parafuso sem-fim permitiu a determinação dos parâmetros característicos da coroa e do parafuso. A coroa possui um diâmetro primitivo de 133 mm, com um diâmetro externo de 136 mm e um diâmetro interno de 129 mm, com 76 dentes. O parafuso sem-fim tem um diâmetro primitivo de 10 mm, diâmetro externo de 13 mm e diâmetro interno de 6 mm. O comprimento máximo do sem-fim é de 34 mm e o comprimento mínimo é de 18 mm. A pesquisa e desenvolvimento de novas tecnologias de bloqueio automático permite a melhoria dos cadeados inteligentes aumentando a sua segurança e as alternativas disponíveis no mercado proporcionando uma melhor e mais personalizada experiência ao utilizador. The growing demand for traditional bicycle and e-bikes is an opportunity for the market of locking and antitheft systems for these types of vehicles. This dissertation intends to study the smart padlocks market, understand its strengths and limitations; create an intelligent padlock concept that tries to fill the gaps in this market, considering the customer’s needs; and finally, perform the mechanical design and automation of the system.The benchmarking of smart padlocks allowed us to understand the main characteristics of these locking systems, advantages, limitations and extras. User’s main features were identified and, using the Mudge diagram, these needs were ranked in descending order of value to the client. The QFD diagram was used to identify critical features for the customer, specify the correlation between customer needs and project requirements, and order the project requirements in descending order of improvement priority. The generated padlock’s concept is easy to mount on a typical bike, with high compatibility between bicycles and without the need for an external object to lock it, with a worm drive locking mechanism. The communication between the lock and the user is made by Bluetooth and GSM/GPRS to allow a global reach. The bicycle can be unlocked remotely, unlocking the padlock with the user’s approach or manual, in case of lack of battery. The application makes it possible to lock and unlock the bike, allowing it to be shared with third parties; tracks statistics such as the distance travelled, average speed and calories burned and can track the bike by GPS.The mechanical dimensioning of the worm drive system allowed the determination of the parameters of the worm wheel and the worm. The worm wheel has a prime diameter of 133 mm, with an outer diameter of 136 mm and an inner diameter of 129 mm, with 76 teeth. The worm has a prime diameter of 10 mm, an outer diameter of 13 mm and an inner diameter of 6 mm. The maximum worm length is 34 mm and the minimum length is 18 mm.The research and development in this field allows the improvement of smart padlocks, increasing security and alternatives available on this market, providing a better and more personalized experience for the user. Mestrado em Engenharia Mecânica

Desenvolvimento de uma ferramenta de controlo adequada à necessidade de optimizar os procedimentos de programação e visualização dos ensaios realizados na câmara climática TiraClima do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro. A câmara climática está equipada com um PLC Simantec S7 da Siemens, que disponibiliza uma porta série RS-232 com o protocolo de comunicações Modbus-RTU. Desenvolveram-se duas aplicações de software, uma local e outra remota. O hardware local, que gere a ligação à câmara é um Raspberry Pi 3B+. A aplicação local é um software desenvolvido em GTK para a visualização e em linguagem C para o controlo. A aplicação remota é uma aplicação desenvolvida em Python, onde a visualização é feita numa página web, desenvolvida em Flask, alojada no servidor web eu.pythonanywhere.com e o controlo é feito por um software, em Python, executado localmente no Raspberry Pi. Development of a control tool suited to the need to optimize the programming and visualization procedures of the tests carried out in the TiraClima climatic chamber of the Mechanical Engineering Department of the University of Aveiro. The climate chamber is equipped with a Siemens Simantec S7 PLC, which provides an RS-232 serial port with Modbus-RTU communications protocol. Two software applications were developed, one local and one remote. The local hardware that manages the connection to the camera is a Raspberry Pi 3B+. The local application is a software developed in GTK for visualization and in C language for control. The remote application is an application developed in Python, where the visualization is done on a web page, developed in Flask, hosted on the eu.pythonanywhere.com web server and the control is done by software, in Python, running locally on the Raspberry Pi. Mestrado em Engenharia Mecânica

A monitorização é uma área da engenharia que tem vindo a crescer nas últimas décadas, não só devido à complementaridade que acrescenta às soluções dos problemas que surgem nos projetos, como também é essencial para que a operação seja continuamente controlada e supervisionada. A necessidade de monitorizar os equipamentos nunca foi tão presente, e para isso é preciso analisar cada um individualmente e escolher os parâmetros mais significativos. Este trabalho incide-se na monitorização de uma bomba de calor por compressor de vapor. Trata-se de uma máquina termodinâmica que está em grande crescimento no mercado do aquecimento de águas sanitárias e de ambientes interiores. Depois de estudar o equipamento foram escolhidos quais os parâmetros a recolher do sistema e quais os dispositivos a utilizar para a sua monitorização. No decorrer dos trabalhos, após a escolha dos parâmetros a analisar, reparou-se que havia a possibilidade de usar dois controladores distintos, e então, para além de apresentar a solução para o problema proposto, foram comparadas duas formas de resolução, apontando os vários aspetos positivos e negativos de cada uma delas. Adicionalmente, foi implementado um algoritmo preditivo de falhas que consegue, antecipadamente, dar o alerta de que algo no equipamento está a tender para os limites não estipulados, podendo assim contribuir para a sua manutenção preditiva. No final são apresentadas interfaces de controlo da bomba de calor para que o utilizador tenha o poder de ligar e desligar o aparelho, supervisionar os parâmetros recolhidos, e se algum problema surgir ser imediatamente notificado e informado das suas possíveis causas. O documento assumiu uma forma didática, dando a conhecer as ferramentas que existem para que seja possível tornar qualquer projeto inteligente, seja ele comercial, doméstico ou industrial. Monitoring is an engineering area that has been growing in the last decades, not just because the benefices that add to a solution, but also because it’s essential to have an operation continuously controlled and supervised. The need to monitor equipment has never been more present, and for this it is necessary to analyse each one individually and choose the most significant parameters. This work focuses on monitoring a steam compressor heat pump. It is a thermodynamic machine that is vastly growing in the indoors and domestic water heating market. After studying the equipment, it was time to choose the system parameters to be collected and the devices to be used for monitoring. During work, after choosing the parameters to be analysed, it was noticed that there was the possibility of using two different controllers, and then, in addition to presenting the solution to the proposed problem, two forms of resolution were compared, pointing out the various positive and negative aspects of each one. Additionally, a failure predictive algorithm was implemented, which can, in advance, alert that something in the equipment is tending towards the stipulated limits, thus contributing to its predictive maintenance. At the end, the heat pump control interfaces are presented so that the user can turn the appliance on and off, supervise the collected parameters and if any problem arise, be immediately notified, and informed of its possible cause. The document took a didactic form, introducing the tools that exist to make any project intelligent, whether commercial, domestic, or industrial. Mestrado em Engenharia Mecânica

No presente relatório de projeto procedeu-se à concepção, projeto e construção de um sistema/equipamento de armazenamento, capaz de recolher e acumular de forma automática as peças à saída de uma máquina de cravação. Este equipamento foi concebido tendo em consideração vários requisitos/- restrições da instalação industrial em funcionamento na empresa e do seu processo produtivo, tais como: a limitada área e altura para a instalação do equipamento à saída da máquina de cravação, o volume de componentes a acumular de forma a respeitar a autonomia do tempo de trabalho da máquina de cravação e respetivo operador, a acessibilidade e segurança do operador para a retirada das caixas cheias de componentes e colocação de caixas vazias, assim como o custo e facilidade de fabricação do equipamento com recurso aos próprios meios de fabrico disponíveis na empresa. Procedeu-se numa fase inicial a uma geração de diferentes conceitos para o princípio de funcionamento do equipamento que permitisse a recolha e acumulação de forma automática das peças à saída da máquina de cravação. Estes conceitos foram materializados com recurso a esquemas e esboços de funcionamento. Cada conceito foi comparado com os restantes e pontuado segundo diferentes critérios de seleção, sendo que no final deste processo foi selecionado o conceito melhor classificado para o desenvolvimento mecânico e de automação. Após a seleção do conceito procedeu-se à modelação com recurso a um software de CAD dos diferentes módulos do equipamento tais como, o módulo de suporte de caixas, o módulo de estrutura de suporte e o módulo de proteção e segurança. Na sequência desta modulação procedeuse à verificação/dimensionamento de alguns elementos estruturais tais como os veios e rolamentos. No final destas etapas elaborou-se a documentação técnica associada ao projeto mecânico tais como os desenhos de conjunto e desenhos de definição. Também foi desenvolvido o projeto elétrico e de automação do equipamento tendo sido dimensionados e selecionados os diferentes componentes a integrar no sistema elétrico. Além disso desenvolveu-se o esquema/sequência de automatização e foram selecionados os respetivos sensores e proteções por forma a tornar o equipamento o mais autónomo e seguro possível. Desenvolveu-se ainda uma análise económica ao equipamento integrando os custos de fabrico deste e potenciais ganhos económicos associados ao sistema de produção. Finalmente iniciou-se a construção do equipamento projetado na própria empresa, estando este ainda numa fase de protótipo. Nesta fase de construção procedeu-se à integração de várias melhorias por forma a incrementar a fiabilidade de funcionamento do equipamento e tornar o seu fabrico mais simples e económico. In this project report we proceeded to the conception, design and construction of an automatic storage system/equipment, capable of automatically picking up and storing the pieces coming out of a crimping machine. This equipment was designed taking into consideration the various requirements/- restrictions of the industrial installation in operation in the company and its production process such as the limited area and height for the installation of the equipment at the exit of the crimping machine, the volume of components to be accumulated in such a way as to respect the autonomy of the working time of the driving machine and its operator, the accessibility and safety of the operator for the removal of full boxes of components and the placement of empty boxes, as well as the cost and ease of manufacturing the equipment using the company’s own manufacturing resources. In an initial phase, different concepts were generated for the operating principle of the equipment that would allow the automatic collection and accumulation of pieces on leaving the crimping machine. These concepts were materialised using schematics and working sketches. Each concept was compared with the others and scored according to different selection criteria, and at the end of this process the best ranked concept for mechanical and automation development was selected. After selecting the concept, the modelling was carried out, using a CAD software, of the different equipment modules such as the housing support module, the support structure module and the protection and safety module. Following this modulation, some structural elements, such as shafts and bearings, were checked and sized. At the end of these stages, the technical documentation associated to the mechanical project was prepared, such as the assembly drawings and definition drawings. The electrical and automation project of the equipment was also developed and the different components to be integrated in the electrical system were sized and selected. In addition, the automation scheme/sequence was developed and the respective sensors and protections were selected in order to make the equipment as autonomous and safe as possible. An economic analysis of the equipment was also carried out, integrating its manufacturing costs and potential economic gains associated with the production system. Finally, the construction of the equipment designed in the company itself began, which is still at the prototype stage. In this construction phase, several improvements were integrated in order to increase the reliability of the equipment’s operation and to make its manufacture simpler and more economical. Mestrado em Engenharia Mecânica

A recolha automática dos dados de produção tem um impacto significativo no desenvolvimento de um sector industrial, uma vez que permite colocar os recursos humanos a desempenhar funções com maior valor acrescentado, passando as tarefas rotineiras a ser executadas por sistemas automáticos. Por outro lado, a digitalização e a automatização do processo industrial deve-se focar em melhorar o desempenho da unidade industrial, auxiliando os colaboradores no desempenho das suas funções. Este estágio foi realizado na Primus Vitoria, na unidade industrial da Taboeira. Atualmente os dados de produção são registados no sistema de gestão manualmente. O objetivo deste trabalho é desenvolver e implementar, uma solução que permita recolher estes dados de produção automaticamente, para que estes possam ser inseridos no sistema de gestão já existente na empresa. Neste trabalho foi desenvolvida uma placa eletrónica, designada por PMCB_I, para comunicar com os equipamentos do processo produtivo, de forma a obter e centralizar os dados de produção. Foi feita uma versão ECAD desta placa e foram produzidas 15 unidades, numa empresa especializada no fabrico de placas de circuito impresso. A PMCB_I utiliza um microcontrolador ESP32 e possui Ethernet, USB, RS232, RS485, entradas analógicas, entradas e saídas digitais 24V com isolamento galvânico. Na comunicação com os equipamentos do processo produtivo e na centralização dos dados de produção foram utilizados os protocolos TCP/IP, DHCP, mDNS, MQTT, ProfiBUS, HostLink, e foi descodificado o protocolo de comunicação USB com os autómatos mais recentes da OMRON. Na centralização dos dados de produção foi utilizado um Raspberry Pi 4B com o Node-Red. Esta ferramenta foi utilizada para desenvolver o programa de comunicação com as PCBM_I, para o armazenamento dos dados no MySQL e para gerar a interface gráfica, para a unidade industrial da Taboeira. A interface gráfica desenvolvida, além de auxiliar os colaboradores, permite visualizar o histórico do desempenho da unidade industrial, e o mesmo em tempo real. The automatic collection of production data has a significant impact on the development of an industrial sector, as it allows human resources to perform functions with greater added value, replacing routine tasks with automatic systems. On the other hand, the digitalization and automation of the industrial process should focus on improving the performance of the industrial unit, helping employees in carrying out their duties. This internship was held at Primus Vitoria, in the Taboeira industrial unit. Currently, the production data is recorded manually in the management system. The objective of this work is to develop and implement a solution that allows the automatic collection of production data, so that it can be inserted into the management system, which already exists in the company. In this work, an electronic board called PMCB_I was developed to communicate with the equipment of the production process, to obtain and centralize production data. An ECAD version of this board was made, and 15 units were produced in a company specialized in the manufacture of printed circuit boards. The PMCB_I uses an ESP32 microcontroller, has Ethernet, USB, RS232, RS485, analog inputs, 24V digital inputs and outputs with galvanic isolation. The TCP/IP, DHCP, mDNS, MQTT, ProfiBUS, HostLink protocols were used to communicate with the equipment in the production process and to centralize production data. The USB communication protocol of the latest OMRON PLCs was decoded. A Raspberry Pi 4B with Node-Red was used to centralize production data. This software was used to develop the communication program with PCBM_I, to store data in MySQL and to generate the graphical interface, for the industrial unit of Taboeira. The graphical interface developed, in addition to helping employees, allows viewing in real-time the performance history of the industrial unit. Mestrado em Engenharia de Automação Industrial

The increase in automation provided by Industry 4.0 combined with the growing competitiveness in the market highlights the importance of intelligent maintenance. Companies must rethink current maintenance strategies in order to detect failures before they occur. This is the motto of predictive maintenance, through the analysis of data from equipment it is possible to predict when failures will occur and act in accordance with the forecast. This project, in addition to developing a platform capable of receiving and processing data in real-time from deferent equipment, also proposes a predictive maintenance approach based on time series segmentation. This new predictive maintenance approach was applied to data from a mechanical press, located in Bosch Thermotechnology, S.A., having achieved an efficiency of 90.91%. Throughout the document, all elements of the developed system are discussed in detail, from the data acquisition systems to sending forecasts on the condition of the equipment to a visualization platform. O aumento da automatização proporcionada pela Industria 4.0 aliada à crescente competitividade no mercado destaca a importância de uma manutenção inteligente. As empresas devem repensar as atuais estratégias de manutenção de modo detetar de forma antecipada as avarias. Este é o lema da manutenção preditiva, através da análise dos dados dos equipamentos é possível prever quando as avarias irão ocorrer e agir em conformidade com a previsão. Este projeto, para além de desenvolver uma plataforma capaz de receber e processar dados em tempo real de diversos equipamentos, também propõe uma abordagem de manutenção preditiva baseada na segmentação de series temporais. Esta nova abordagem foi aplicada a dados de uma prensa mecânica da Bosch Thermotechnology, S.A., tendo-se alcançado uma eficiência de 90.91%. Ao longo do documento é abordado em detalhe todos os elementos do sistema desenvolvido, desde os sistemas de aquisição de dados, até ao envio das previsões sobre a condição do equipamento para uma plataforma de visualização. Mestrado em Engenharia Mecânica

A falta de conectividade entre os equipamentos fabris, e os diferentes departamentos da empresa, compromete a gestão, monitorização e controlo do seu funcionamento. Neste projeto foi desenvolvido um protótipo que permite a aquisição de informação relativamente aos consumos de energia, obtidos pelos analisadores de energia, a supervisão dos processos de fabrico, controlados por autómatos programáveis instalados na produção, e o envio de mensagens de comando, remotamente, para os dispositivos. Foram estudadas as plataformas Bosch IoT Suite e SCoT, desenvolvidos no Eclipse IoT, e os seus respetivos brokers MQTT (Eclipse Hono e Bosch IoT Hub) e as interfaces gráficas (dashboard) Bosch IoT Insights (dos serviços da Bosch IoT Suite), Grafana e o dashboard do NodeRed. As Bases de Dados estudadas foram MySQL (SQL), MongoDB (NoSQL) e InfluxDB (timeseries). Também foram estudados o ESP32 e Raspberry Pi como dispositivos de gateway com a plataforma IoT. Os softwares utilizados no desenvolvimento foram o Node.js, para realizar a ligação entre a plataforma IoT e a Base de Dados, Express.js no desenvolvimento dos serviços REST API backend, o NodeRed para estabelecer a comunicação Rs485 MODBUS RTU entre o analisador de energia Janitza (e SDM120) e o Raspberry, assim como a comunicação com o módulo OPC-UA, usado para comunicar com os PLCs S7-1200, e o TIA Portal para a programação dos PLCs. Assim, neste projeto foram propostos gateways, que oferecem uma camada de middleware entre os equipamentos e as plataformas IoT (Bases de Dados). Também foram propostos serviços REST que permitem extrair informação (potências, correntes, frequências, temperaturas, pressões, entre outras) da Base de Dados e enviar mensagens de comando aos dispositivos (ativar/desativar alarmes e interrupções, pedidos de registos de memória, entre outros) através de uma aplicação remota. The lack of connectivity between the manufacturing equipment and the different company’s departments compromises management, monitoring and control of its operation. In this project there was developed a prototype that allows acquisition of information regarding energy consumption, obtained by energy analyzers, supervision of manufacturing processes, controlled by programmable automatons installed in the production, and the sending of command messages, remotely, for devices. Were studied the platforms Bosch IoT Suite and SCoT, developed in Eclipse IoT, their respective MQTT correctors (Eclipse Hono and Bosch IoT Hub) and the dashboards Bosch IoT Insights (from Bosch IoT Suite services), Grafana and NodeRed dashboard. The databases studied were MySQL (SQL), MongoDB (NoSQL) and InfluxDB (SQL timeseries). There were also studies on ESP32 and Raspberry Pi as gateway devices with an IoT platform. The software used in the development were Node.js, to make a connection between the IoT platform and the database, Express.js in the development of the REST API backend services, NodeRed to establish an Rs485 MODBUS RTU communication between the energy analyzer Janitza (and SDM120) and the Raspberry, as well as the communication with the OPC-UA module, used to communicate with the S7-1200 PLCs, and the TIA Portal for programming the PLCs. So, in this project were proposed gateways, which are a middleware layer between the equipment and as IoT platforms (Databases). There were also proposed REST services that allow extracting information (powers, currents, frequencies, notes, pressures, among others) from the Database and sending command messages to devices (activate / disable alarms and interruptions, requests for memory registration, among others) via a remote application. Mestrado em Engenharia Mecânica

Esta tese tem como objectivo a monitorização de uma linha de desgaseificação de resina. Nesta linha estão presentes vários componentes e duas máquinas com os seus próprios componentes. Assim sendo, pretende-se conseguir monitorizar em tempo real os dados da linha e das máquinas, de modo a ter intervenções rápidas com o equipamento, em caso de falhas ou avarias. Para o efeito foi implementado um sistema de monitorização usado tecnologias como Docker, MQTT, Modbus, OPC UA e DA bem como usados equipamentos com carácter mais industrial como o caso de PLC, HMI e NAS, mas também outro tipo de equipamentos mais domésticos como ESP e Raspberry Pi. This thesis aims to monitor a resin degassing line. In this line there are several components and two machines with their own components. Therefore, it is intended to be able to monitor the line and machine data in real time, in order to have quick interventions with the equipment, in case of failures or breakdowns. For this purpose, a monitoring system was implemented using technologies such as Docker, MQTT, Modbus, OPC UA and DA as well as equipment with a more industrial character such as PLC, HMI and NAS, but also other types of more domestic equipment such as ESP and Raspberry Pi. Mestrado em Engenharia Mecânica

Nowadays, the need to apply the tools of industry 4.0 is increasingly sought, essentially seeking to increase the harmony between workers, machines, and processes, bringing up the concept of Smart Factory. Here lies the digitalization of the shop floor, originating the objective for this project, where it is intended to carry out the simulation of a production line in the simulated environment of Plant Simulation Tecnomatix and integrate with the Manufacturing Execution System (MES) of the company Bosch, Nexeed MES. Therefore, it will be possible to access the production line in advance in this simulated environment, allowing real-time monitoring and simulating any changes and improvements, eliminating costs and excessive time spent unnecessarily. MES are an example of a solution that the evolving industry has been providing for companies. They allow the execution of manufacturing orders in a factory environment, the bridge that connects the shop floor with the enterprise Level (ERP). Tecnomatix introduced by Siemens PLM software, allows the creation of simulation models of a production line or even a company in its entirety. In this project report, a solution was developed that allows the creation of a Digital Twin through the integration of a simulation of the Bosch company MES, Nexeed MES, with a simulation of the production line one of Bosch, in Plant Simulation Tecnomatix environment from Siemens. Na atualidade, cada vez mais se procura a necessidade de aplicar as ferramentas da indústria 4.0, procurando essencialmente aumentar a sintonia entre os trabalhadores, máquinas e processos, originando assim o conceito de Smart Factory. Nesta vertente situa-se a digitalização do chão de fábrica, originando o objetivo para este projeto, onde se pretende realizar a simulação de uma linha de produção no ambiente simulado do Plant Simulation Tecnomatix e integrar com o Manufacturing Execution System (MES) da empresa Bosch, Nexeed MES. Desta forma, será possível aceder de antemão à linha de produção neste ambiente simulado, permitindo monitorização em tempo real e simular eventuais alterações e melhorias, eliminando custo e tempo excessivo despendido desnecessariamente. Os MES são um exemplo de solução que a evolução da indústria tem vindo a proporcionar para as empresas. Eles permitem a monitorização e execução de ordens de fabrico em ambiente fabril, a ponte que proporciona a ligação entre o chão de fábrica e a gestão da empresa (ERP). O Plant Simulation Tecnomatix é um software desenvolvido pela Siemens PLM Software que permite a criação de modelos simulados de uma linha de produção ou até mesmo de uma empresa na sua totalidade. Neste relatório de projeto, foi desenvolvida uma solução que permite a criação de um Digital Twin através da integração de uma simulação do MES da empresa Bosch, Nexeed MES, com a simulação da linha de produção um, da Bosch, no Plant Simulation Tecnomatix da Siemens. Mestrado em Engenharia Mecânica

O aumento das exigências impostas pela legislação e a necessidade de redução dos custos operacionais e otimização de recursos, levam as câmaras a investir em sistemas de monitorização e controlo remoto das infraestruturas existentes. Acresce que as necessidades de manutenção e expansão das actuais redes de abastecimento de água e de drenagem de águas residuais, tornam imperativa reestruturação dos serviços com vista a uma melhor satisfação dos clientes. Deste modo, a câmara de Vouzela pretende monitorizar e controlar um total de catorze estações de tratamento de águas residuais e vinte e uma estações elevatórias de águas residuais. A parte da telegestão do sistema de água potável foi um acréscimo ao do saneamento neste sistema, pois não fazia parte do acordo. Além deste sistema, foi iniciado o sistema no concelho de Anadia para monitorizar e controlar reservatórios, centrais de hidropressoras e zonas de medição e controlo. São estes sistemas que serão descritos nesta dissertação. Foram desenvolvidos projetos elétricos, o software de controlo das unidade remotas (PLC), o software de supervisão, controlo e aquisição de dados (SCADA em Factory Talk View) e a ligação entre estes utilizando comunicações. Foram também usados módulos IoT para adquirir e visualizar outras grandezas no sistema SCADA (Factory Talk). Para isso, houve a necessidade de adquirir um analisador de energia comercial (SDM120). O Raspberry, o módulo IoT usado, comunica com o analisador de energia através do protocolo Modbus/RTU. A informação é guardada, via TCP/IP, numa base de dados, realizada em MySQL. The increase of demands imposed by the legislation and the need to reduce operation costs e resource optimization made town halls invest in monitoring systems and existing infrastructures remote control. Furthermore, the maintenance necessities and expansion of present water supply and residual waters drainage networks force the services restructuration to better satisfy the clients. So, Vouzela’s town hall intends to monitor and control a total of fourteen residual water treatment stations and twenty-one residual water lifts. The drinkable water systems telemanagement, in this case, was an addition to the sanitation, as it was not part of the original deal. In addition to this system, it was initiated a system in Anadia to monitor and control reservoirs, hidropressing centrals and measuring and control zones. These systems will be described in this dissertation, as well as the development of electrical projects, the remote units control software (PLC), the supervision software, the control and acquisition of date (SCADA in Factory Talk View) and the connection between these using communications. IoT modules were used to acquire and visualize other quantities on the SCADA system (Factory Talk). To achieve this, a commercial energy analyser (SDM120) was obtained. Raspberry, the IoT module used, communicates with the energy analyser through the Modbus/RTU protocol. The information is stored, via TCP/IP, in a data base, performed in MySQL. Mestrado em Engenharia de Automação Industrial

A crescente necessidade de obter informação sobre os processos de fabrico leva a que as empresas procurem criar uma cadeia de informação segura, em que possam englobar não só os seus fornecedores, como também o comprador. Deste modo a Renault Cacia procura um sistema de baixo custo baseado em hardware, como os ESP e Raspeberry Pi, para proceder à recolha de da dos das suas linhas de produção, para a programação dos equipamentos é esperado que esta tenha por base software open source. Procura ainda que a solução proposta possa ser aplicada às mais variadas linhas sempre de forma rápida e simples. Principalmente é pretendido que toda a comunicação seja executada de forma comprovadamente segura. Como tal, nesta dissertação, executam-se testes à segurança da encriptação gerada pelos dispositivos IoT, melhor dizendo, os testes executados analisam a aleatoriedade dos números gerados por estes equipamentos, sobre os quais é processada a encriptação da informação recorrendo a AES CBC. Tendo ainda em conta a crescente expansão de cripto moedas levou a que a sua forma partilhada de armazenamento de informação fosse adaptada a bases de dados empresariais. Contudo, a falta de desenvolvimento em grande escala de cadeias de informação, baseadas em dispositivos IoT, bem como as suas inúmeras falhas relativas à segurança na transmissão de informação, serviram de motivação para o desenvolvimento deste projeto baseado, também ele, em Blockchain. Esta cadeia serve assim para fazer o armazenamento de dados, tendo sempre em vista um leque variado de dados a recolher bem como a implementação física na Renault Cacia. The growing need to obtain information about manufacturing processes motivates companies to seek and create a secure information chain, in which they can encompass not only their suppliers, but also the buyer. Thus, Renault Cacia is looking for a low-cost system based on hardware, such as the ESP and Raspeberry Pi, to collect data from the production lines. For the equipment programming, it is expected that this will be based on open source software. The implementation also seeks to propose a solution that can be applied to the most varied lines, always quickly and simply. It is primarily intended that all communication will be performed in a demonstrably secure manner. As such, in this dissertation, tests are carried out on the security of the encryption generated by the IoT devices, in other words, the tests performed analyze the randomness of the numbers generated by these equipments, on which the encryption of information is processed using AES CBC. Also taking into account the growing expansion of cryptocurrencies, its shared form of information storage was adapted to incorporate databases. However, the lack of large-scale development of information chains, based on IoT devices, as well as their numerous failures related to security in the transmission of information, served as motivation for the development of this project, also based on Blockchain. This chain thus serves to store data, always bearing in mind a wide range of data to be collected as well as the physical implementation at Renault Cacia. Mestrado em Engenharia Mecânica

A luz está presente intrinsecamente na vida do ser Humano, seja natural ou artificial. Na iluminação artificial torna-se importante adaptá-la ao espaço já que a ausência, insuficiência ou excesso de luz interfere com o a saúde e bem-estar dos seus utilizadores. Este tema surge em colaboração com a empresa LISLEI que aceitou o desafio e demonstrou interesse em desenvolver uma luminária de interior, que integre os valores e identidade da empresa na perspetiva de incluir no seu portfólio um produto com viabilidade comercial. Deste modo, considerou-se promissor desenvolver um produto com características de elevada portabilidade e autonomia potenciando a sua utilização por todos os compartimentos de uma habitação, sem interromper a sua primeira função de iluminar. Nesta premissa de utilização em vários espaços, revestiu-se de maior relevância a dimensão poética do objeto pela capacidade de conferir aos espaços cénicos, diferentes ambientes promovidos pela intensidade, cor, direção e posição projetada pela luz. Esta proposta considera a fabricação do equipamento pelo recurso a sistemas automatizados de controlo numérico caracterizados pelo elevado rigor dimensional e velocidade de produção, mas também, pela sua particularidade na valorização do trabalho manual, em todo o processo de montagem e construção do produto. Nesta relação de eficiência e sustentabilidade, considera-se a possibilidade de recorrer a desperdícios gerados pela indústria do mobiliário em madeira já que na sua dimensão estética o objeto é valorizado pela diversidade de texturas, geradas pela combinação de madeiras distintas. Light is intrinsically present in the human being's life, be it natural or artificial. In artificial lighting it becomes important to adapt it to the space since the absence, insufficiency or excess of light interferes with the health and wellbeing of its users. This theme arises in collaboration with the company LISLEI, which accepted the challenge and showed interest in developing an interior luminaire, which integrates the values and identity of the company with a view to including in its portfolio a product with commercial viability. Thus, it was considered promising to develop a product with characteristics of high portability and autonomy, enhancing its use in all rooms of a dwelling, without interrupting its first lighting function. In this premise of use in various spaces, the poetic dimension of the object became more relevant due to the ability to give scenic spaces different environments promoted by the intensity, color, direction and position projected by light. This proposal considers the manufacture of the equipment through the use of automated numerical control systems characterized by high dimensional rigor and production speed, but also, by its particularity in the valorization of manual labor, in the entire process of assembly and construction of the product. In this relationship of efficiency and sustainability, the possibility of resorting to waste generated by the wooden furniture industry is considered, since in its aesthetic dimension the object is valued for the diversity of textures, generated by the combination of different woods. Mestrado em Engenharia e Design de Produto

O objetivo principal da dissertação consiste em implementar a comunicação VIV (Vehicle-Infrastructure-Vehicle), para avaliação do desempenho nas comunicações entre um servidor e um automóvel. Para isso é necessário a implementação e configuração de sensores, como por exemplo o GPS e o LiDAR e a implementação da comunicação entre o automóvel e um servidor remoto. O módulo GSM ficará encarregue da comunicação. O objetivo será enviar informações relativas à localização do automóvel e à distância entre veículos. Foi também necessário modelar uma caixa para albergar todos os equipamentos necessários. Esta caixa deverá ter a capacidade de ser fixa à parte frontal do automóvel. O centro de processamento utilizado foi o Arduino Mega. Para servidor foi utilizado a aplicação MAMP que para além de um servidor Apache vem com um servidor MySQL. Depois do código para o servidor e para o centro de processamento Arduino estarem escritos, foram feitos alguns testes com o automóvel em movimento na zona de S. João da Madeira e de Aveiro. O objetivo seria ter um tempo de comunicação abaixo de um segundo. No entanto apenas foi possível ter um tempo de comunicação de sensivelmente cinco segundos. Apesar dos vários desafios encontrados o caminho está traçado para se puder melhorar e modernizar este projeto. The main objective of the dissertation is to implement VIV (Vehicle Infrastructure-Vehicle) communication, to evaluate the performance in communications between a server and an automobile. For this, it is necessary to implement and configure sensors, such as GPS and LiDAR, and to implement communication between the car and a remote server. The GSM module will be in charge of the communication. The goal will be to send information regarding the car's location and the distance between vehicles. It was also necessary to model a box to house all the necessary equipment. This box should be able to be fixed to the front of the car. The processing center used was the Arduino Mega. For the server, the MAMP application was used, which in addition to an Apache server comes with a MySQL server. After the code for the server and the Arduino processing center were written, some tests were made with the car moving in the S zone. João da Madeira and Aveiro. The goal would be to have a communication time below one second. However, it was only possible to have a communication time of approximately five seconds. Despite the various challenges encountered, the path is set to improve and modernize this project. Mestrado em Engenharia Mecânica

No campo da rastreabilidade industrial têm surgido sistemas tecnológicos, nomeadamente, sistemas automáticos de rastreabilidade que ajudam as empresas na sua organização, na forma de encarar os problemas e sobretudo ajudam a melhorar ou a manter a sua competitividade, agilizando os fluxos de informação. As empresas que adotem sistemas manuais de rastreabilidade estão sujeitas a uma elevada ocorrência de erros e a uma redução de velocidade de atualização dos dados. Estes problemas são de todo dispensáveis, daí a necessidade de integração ou implementação de novas tecnologias nos sistemas de rastreabilidade - sistemas Automatic Identification and Data Capture (AIDC). Com estes sistemas consegue-se obter economia de tempo, garantia de qualidade, controlo da distribuição interna e externa da empresa e controlo in-time da produção. Com a aparição da Indústria 4.0 e a consequente integração com vários conceitos dela intrínsecos, como a Internet of Things, estes sistemas automáticos de rastreabilidade tornaram-se ainda mais relevantes e automatizados onde é possível criar objetos inteligentes, com a capacidade de comunicar com várias plataformas através da Internet. Para desenvolver estes sistemas é necessário utilizar várias tecnologias, onde se destaca a tecnologia Radio-Frequency Identification (RFID). Esta é das tecnologias com mais aplicações e potencialidades devido à sua capacidade de identificação de objetos sem contacto, alta velocidade e precisão na transmissão de dados. Neste contexto, uma parte do processo produtivo da Vista Alegre, foi utilizado como exemplo de um chão de fábrica no qual se aplica o sistema de rastreabilidade desenvolvido durante este projeto. O sistema concebido faz uso de um microcontrolador de baixo custo, neste caso o ESP-12E, utilizado como unidade de processamento responsável por processar as as mensagens trocadas com o leitor RFID. Estes dois componentes formam um dispositivo móvel oferecendo a capacidade de leitura e escrita do sistema RFID, em qualquer parte do chão de fábrica que tenha cobertura Wi-Fi da empresa, isto porque o ESP-12E tem um módulo Wi-Fi utilizado na comunicação com um servidor local que processa e envia os dados para uma base de dados MySQL. Foi desenvolvida uma interface gráfica baseada em linguagens web, onde existe a possibilidade de interação com o utilizador com o intuito de serem registados vários dados considerados importantes para a empresa. São também apresentadas várias informações do processo produtivo, como o histórico de produção. Este sistema vem confirmar a viabilidade e as potencialidades dos microcontroladores de baixo custo e ferramentas open source no desenvolvimento de sistemas de rastreabilidade industrial. In the field of industrial traceability, technological systems have emerged, namely, automatic traceability systems that help companies in their organization, in their form of facing problems and, above all, they help to improve or maintain their competitiveness, streamlining information flows. Companies that adopt manual traceability systems are subject to a high occurrence of errors and reduced data update speed. These issues are absolutely unnecessary, hence the need to integrate or implement new technologies in the traceability systems - Automatic Identification and Data Capture (AIDC) systems. With these systems it is possible to obtain time savings, quality assurance, control of the company’s internal and external distribution and in-time control of production. With the appearance of Industry 4.0 and the consequent integration with several intrinsic concepts, such as Internet of Things, these automatic traceability systems have become even more relevant and automated, in the way that it is possible to create intelligent objects, with the ability to communicate with multiple platforms over the Internet. To develop these systems it is necessary to use several technologies, where Radio-Frequency Identification (RFID) technology stands out. This is one of the technologies with the most applications and potential due to its ability to identify objects without needing contact and high speed and precision in data transmission. In this context, part of Vista Alegre’s production process was used as an example of a factory floor to which the traceability system developed during this project was applied. The designed system makes use of a low cost microcontroller, in this case the ESP-12E, used as a processing unit responsible for processing the messages exchanged with the RFID reader. These two components form a mobile device offering the ability to read and write of the RFID system, anywhere on the factory floor that has the company’s Wi-Fi coverage, because the ESP-12E has a Wi-Fi module used in communication with a local server that processes and sends the data to a MySQL database. A graphical interface based on web languages was developed, where there is the possibility of interaction with the user in order to record data considered important for the company. Various information about the production process is also presented, such as the production history. This system confirms the viability and potential of low cost microcontrollers and open source tools in the development of industrial traceability systems. Mestrado em Engenharia Mecânica

A transformação digital é um termo cada vez mais abordado no aperfeiçoamento da produção na indústria de manufactura, e no aumento do desempenho e rendimento na elaboração dos produtos, pois hoje em dia é um termo que representa impulsionamento das receitas e está directamente relacionado com competitividade das empresas no mercado, graças aos avanços tecnológicos que proporciona. A implementação deste termo em inúmeros tipos de empresas advém do surgimento da Indústria 4.0 que permitiu apresentar ao mundo tecnologias que iriam revolucionar não só o mundo indústria e também marcar a rotina do ser humano, de modo permanente com as suas inovações. No entanto, estas tecnologias continuam a evoluir e a diversificar-se para serem adaptadas a casos específicos, de modo a alcançar melhores resultados e minimizar ao máximo os distúrbios e contrariedades que se verificam na rotina da manufactura. Deste progresso sucessivo surgiu um novo conceito de tecnologias na indústria denominado Internet of Things, um conceito cuja definição e capacidades ainda se encontram em evolução, e cujos limites ainda estão por averiguar. Neste relatório de projecto foi usado esta nova tecnologia em desenvolvimento para criar uma ferramenta que permite a monitorização de produção. Esta ferramenta foi concebida com o intuito de ser de baixo custo, usando um sensor para a aquisição de dados e um dispositivo equipado com a tecnologia Internet of Things, Raspberry Pi, para processar os dados. Para efectuar as várias conexões entre o dispositivo e o Bosch IoT Suite, foi utilizado o aplicativo Node-Red, que utiliza como protocolo de comunicação o MQTT. Para terminar, como plataforma IoT foram subscritos os serviços disponibilizados pelo Bosch IoT Suite. Digital Transformation is a term that has been increasingly addressed in the improvement of production on the manufacturing industry, performance increase and efficiency during the products elaboration, since nowadays, it’s a term that stimulate revenues and is directly related to the competitiveness of the companies on the market, due to the technological advances provided. The implementation based on this term in innumerable sorts of enterprises came from the emergence of the 4.0 Industry, which enabled the delivery of technologies that would revolutionize not only the industry world, but also would leave a permanent impact on the human routine, worldwide, with these new inovations. However, these technologies continue evolving and being diversified in order to be adapted on more specific fields so it is possible to reach better results and reduce all kinds of frequent disturbances along with setbacks on the manufacturing routine. From this continuous progress a new industry technology concept emerged, the Internet of Things, a concept whose definition and capacities are still poorly defined, and whose limits are yet to be found. On this project report this upcoming technology is used to develop and create a tool that enables production monitoring. This tool was conceived with the purpose of being low-cost, employing a sensor for the collection of data, a device equiped with the Internet of Things technology, which is a Raspberry Pi with the purpose to process and edit the data. To establish the conections between the device and Bosch IoT Suite, Node-Red was the application employed, which is equipped with MQTT communication protocol. In conclusion, as a IoT Platform, all the used subscribed services are provided from Bosch IoT Suite. Mestrado em Engenharia Mecânica

Os sistemas de rastreabilidade são cruciais para um grande número de empresas. Estes sistemas permitem o acesso a um histórico dos produtos e ao analisa-lo é possível tomar a decisão mais acertada para o futuro da empresa. A 4ª revolução industrial tem vindo a integrar diversas tecnologias nos sistemas de rastreabilidade. Com estas tecnologias, os processos de fabrico tornam-se mais rápidos e menos falíveis, o que obrigou as empresas a investir para se conseguirem manter competitivas. Esta revolução tem a ela associada o conceito da internet das coisas (IoT), a capacidade de armazenamento de dados, o tratamento de dados em tempo real e o acesso remoto. A presente dissertação apresenta um sistema de rastreabilidade no âmbito da industrial 4.0 adequado às exigências da empresa. Para dar resposta às necessidades atuais, o sistema a desenvolver teria não só de atingir o objetivo pretendido da rastreabilidade do produto mas também deveria ser capaz de comunicar com equipamentos existentes e de integrar futuros melhoramentos. Traceability systems are crucial for a large number of companies. These systems allow access to products history and the analysis of this data makes it possible to make the right decision for the future of the company. The 4th industrial revolution has been integrating several technologies in traceability systems. These technologies make manufacturing processes faster and subject to fewer errors, which has forced companies to invest in order to remain competitive. This revolution is associated with the concept of the Internet of Things (IoT), data storage capacity, real-time data processing and remote access. This dissertation presents a traceability system within the industrial 4.0, meeting the company’s requirements. To meet current needs, the system to be developed would not only have to achieve the intended goal of product traceability but should also be able to communicate with existing equipment and integrate future improvements. Mestrado em Engenharia de Automação Industrial

A Indústria 4.0, ou a quarta revolução industrial, é considerada a nova fase industrial, na qual diversas tecnologias convergem para fornecerem soluções digitais não só ao produtores, como também aos consumidores/clientes, capazes de causarem efeitos impactantes nos sistemas de produção e nos modelos de negócio. Nos últimos anos, assiste-se ao aumento das capacidades tecnológicas dos dispositivos móveis como os smartphones, tablets e computadores, o que se reflete numa fração considerável da população cada vez mais on-line. No âmbito industrial, as empresas tendem a implementar as tecnologias em que a Indústria 4.0 se baseia para que possam oferecer propostas de alto valor agregado. Por outro lado, a gestão da produção necessita de soluções rápidas que levem a uma diminuição de custos e um aumento de produtividade. Os inventários dos armazéns são rotativos, pelo que existe a necessidade da determinação correta da localização e gestão dos produtos armazenados, como por exemplo matéria-prima, componentes de manutenção ou dos produtos finais. É apresentada uma solução de gestão do armazém da manutenção da Ria Stone que permite uma visão real sobre o inventário atual, bem como os movimentos realizados. O sistema baseia-se na identificação dos produtos armazenados através de Códigos de Barras e códigos QR em que, numa camada inferior, se utiliza um microcontrolador de baixo custo, o ESP8266, para ler as mensagens enviadas pelo leitor de Códigos de Barras através de comunicação série RS232. A capacidade do microcontrolador comunicar através da Internet permite que este envie informação para o servidor, que a processa e insere na base de dados normalizada. São apresentadas duas interfaces gráficas: uma instalada no computador local do armazém da manutenção e outra desenvolvida através de recursos e linguagens de programação Web. A primeira permite realizar operações de depósito e levantamento sobre os produtos, observar em tempo real o inventário atual e emitir relatórios sobre o inventário atual e movimentos dos produtos. A segunda é uma aplicação Web que pode ser acedida a partir de qualquer dispositivo móvel, onde é possível observar o inventário atual em tempo real, operações realizadas sobre os produtos, emitir relatórios sobre os produtos e movimentos, e utilizar a câmara do dispositivo utilizado para ler os códigos QR dos produtos para se obter informação sobre os mesmos, de uma forma imediata sem necessidade de deslocação ao armazém. Esta solução, para além de reduzir consideravelmente o tempo de pesquisa da localização de produtos necessários à reparação de equipamentos, demonstra a capacidade e viabilidade de microcontroladores de baixo custo de serem integrado em sistemas industriais e de comunicarem através da Internet. Industry 4.0, or the fourth industrial revolution, is considered the new industrial phase, in which several technologies are being converged to provide digital solutions not only to the producesr, but also to the consumers / customers, capable of causing profound effects on the systems of production and business models. In the last few years, there is an increase in the technological capacities of mobile devices such as smartphones, tablets and computers, which is reflected in a considerable fraction of the population more and more online. In the industrial sphere, companies tend to implement the technologies on which Industry 4.0 is based so that they can offer high value-added proposals. On the other hand, production management requires quick solutions that lead to lower costs and increased productivity. Inventories of warehouses are always rotating, so there is a need for the correct determination of the location and management of stored products, such as raw material, maintenance components or final products. A management solution for the Ria Stone maintenance warehouse is presented, which allows a real view of the current inventory, as well as the movements made. The system is based on the identification of stored products through Bar codes and QR codes which, in a lower layer, a low cost microcontroller, ESP8266, is used to read the messages sent by the Bar Code reader through serial communication RS232. The ability of the microcontroller to communicate over the Internet allows it to send information to the server, which processes it and inserts it into the data base, which is standardized. Two graphical interfaces are presented: one installed on the local computer in the maintenance warehouse and other developed using Web programming languages and resources. The first interface allows you to perform deposit and withdrawal operations on the products, observe the current inventory in real time and issue reports on the current inventory and movements of the products. The second is a Web application that can be accessed from any mobile device and where it is possible to observe the current inventory in real time, operations carried out on the products, issue reports on the products and movements and use the camera of the device used to read the QR codes of products to obtain information about them immediately, without the need to move to the warehouse. This solution, in addition to considerably reducing the time spent searching for the location of products needed to repair equipment, demonstrates the capacity and viability of low-cost microcontrollers such as ESP8266, to be integrated into industrial systems and to communicate over the Internet. Mestrado em Engenharia de Automação Industrial

A melhoria da qualidade e do desempenho dos produtos e processos produtivos constituem uma busca constante para qualquer empresa ou empresário, a fim de se manterem competitivos no mercado. Consequentemente, os fabricantes dos dias de hoje escolhem equipamentos CNC (Controlo Numérico por Computador) em detrimento de tecnologias tradicionais, permitindo a realização de uma maior variedade de tarefas com maior precisão, repetibilidade e com um controlo mais automatizado. Sistemas de Execução de Manufatura (MES) são fundamentais na gestão das atividades de produção, para isso estabelecendo uma ligação entre o planeamento e o chão de fábrica. Estes sistemas estão cada vez mais difundidos pela indústria, sendo o seu foco principal o processamento de informações em tempo real, de tal forma que culminem numa otimização do processo produtivo. Este trabalho foi desenvolvido em cooperação com a BOSCH Termotecnologia, tendo como objetivo principal o encaminhamento de informações em tempo real, com origem num equipamento CNC, Chiron FZ 15 K W, presente na instalação fabril, para o sistema MES utilizado pela empresa, que é o Nexeed MES. No âmbito do presente trabalho, foram desenvolvidos programas que permitem a implementação desta partilha de informação, fazendo uso de tecnologias OPC (Open Platform Communications) no processo de aquisição de informações provenientes da CNC e de telegramas XML (Extensible Markup Language) para o fornecimento das mesmas ao sistema MES. Os resultados obtidos mostram que o sistema desenvolvido poderá desempenhar um papel fundamental no aumento da produtividade e do nível monitorização de equipamentos CNC em particular no equipamento legacy sem capacidades de networking. A arquitetura desenvolvida pode ser facilmente introduzida num ambiente industrial com a finalidade de monitorizar equipamentos deste tipo. The continuous improvement of quality and performance of products and productive systems is a requirement for any company or entrepreneur that wishes to remain competitive in the market. Consequently, today's manufacturers choose CNC (Computer Numerical Control) equipment over traditional technologies, allowing the accomplishment of a greater variety of tasks with higher precision, repeatability and with more automated control. Manufacturing Execution Systems (MES) are a key element in the management of production activities, establishing a link between planning stages and the shop floor. These systems are becoming more and more widespread in industry, and their focus is processing information in real time in a way that optimizes every step of the production process. This work was developed in cooperation with BOSCH Termotecnologia, and the main objective was forwarding information in real time, from a CNC, Chiron FZ 15 KW equipment, located in the factory, to the MES system used by the company (Nexeed MES). Within the scope of this work, programs were developed that allows the implementation of this type of information sharing, using OPC (Open Platform Communications) technologies in the acquisition of information from the CNC, and XML (Extensible Markup Language) telegrams to supply them to the MES system. The obtained results show that the developed system can play a fundamental role in increasing productivity and monitoring level of CNC equipment, in particular on the textit legacy device without textit networking features. The developed architecture can be easily introduced in an industrial environment with the purpose of monitoring equipment of this type. Mestrado em Engenharia Mecânica

O planeamento e o controlo da produção, a automatização de processos e a interligação entre departamentos são temas cada vez mais valorizados numa empresa. Dentro do planeamento e controlo da produção de uma empresa de produção de bens, podem ser ressaltados o planeamento agregado, o plano mestre de produção (MPS) e o planeamento das necessidades de materiais (MRP). Estas são três das principais fases do planeamento e foram alvo de estudo no software desenvolvido ao longo desta Dissertação. Foi também alvo de estudo a criação de interfaces que visam a interligação de departamentos dentro de uma empresa. Como tal, desenvolveu-se uma interface de negociação com o cliente, que visa padronizar a comunicação com o cliente, sugerir soluções para problemas relacionados com a produção do conteúdo de uma determinada encomenda e estabelecer os preços de venda a fixar para as encomendas. Para além disso, levou-se a cabo o desenvolvimento de um gestor de encomendas, que permite visualizar em tempo real as encomendas da empresa, bem como adicionar/apagar novas encomendas ou editar os seus parâmetros. Estabeleceu-se ainda comunicação com um servidor desenvolvido em Matlab, que permitiu centralizar a informação e, através da troca de informação com o mesmo, automatizar processos. Por último, foi também desenvolvida uma interface de controlo do inventário, que mostra e permite alterar a informação guardada no servidor Matlab sobre o inventário da empresa. A informação sobre o inventário é automaticamente atualizada no servidor (e exibida de seguida na interface gráfica da ferramenta) no final de cada cálculo no MRP Production planning and control and interconnection between company's departments are rising-valued topics inside a company. Among the production planning and control thematic in a company, aggregate planning, master production schedulling (MPS) and material requirements planning (MRP) can be highlighted. These are three of the main methodologies of production planning and are subject of study in the software tool developed along this Masters dissertation. The development of interfaces that aim interconnection between company's departments was also a subject of study. So, along this Dissertation, an interface that promotes the negociation with the client was developed. This one seeks to standardize the communication with the client, suggests solutions when something goes wrong with the content of an order and establishes the selling prices to assign to the orders. Besides that, an order manager interface was also developed, which favors the control of the company's orders as well as adding/deleting new orders or editing their parameters. Besides this, communication establishment with a Matlab developed server allowed information centralization and information trading, which granted process automation. Lastly, an interface of inventory control was also developed. This one shows and allows to change the information kept in the server about the company's inventory. This information is automatically updated in the server (and then shown in the graphical interface) at the end of each MRP calculation Mestrado em Engenharia Mecânica

O presente trabalho tem como objetivo o desenvolvimento de uma solução de controlo automático da iluminação e de equipamentos de climatização, com base na localização indoor dos trabalhadores de uma empresa, assim como o controlo das suas presenças. O principal objetivo é desligar os sistemas de iluminação e climatização em zonas onde não se encontre ninguém, de forma a reduzir os custos energéticos. Para a localização dos utilizadores é apresentada uma solução que usa um algoritmo de triangulação baseado na deteção de ondas de rádio, mais concretamente o protocolo de comunicação WiFi. O sistema é constituído por um conjunto de recetores WiFi que detetam dispositivos emissores, que se encontram na posse dos utilizadores, e realizam medições da força do sinal desses dispositivos. Além dos recetores, é usado um controlador que calcula as posições dos diversos utilizadores. A atuação dos sistemas de iluminação e climatização é simulada numa aplicação WEB. Em zonas especificas das instalações, foi implementado o controlo do sistema luminoso, através do envio, por MQTT, das ordens de atuação a um sistema de controlo de iluminação, externo ao projeto. Para além disso, é proposto a criação de um sistema de controlo de acessos a zonas restritas através de reconhecimento facial, usando a biblioteca de visão OpenCV e um Raspberry Pi 3B. Um utilizador que demonstre a intenção de entrar numa destas zonas terá de se posicionar em frente a uma câmara e consoante o seu estatuto de autorizado ou não autorizado, o acesso a essa zona será, ou não, concedido através de uma porta de atuação elétrica. Para o treino das faces a detetar foi criada uma interface gráfica, programada em C, em ambiente Linux. No que toca ao controlo de presenças é apresentada uma solução automática de controlo baseada na deteção dos dispositivos emissores do sistema de localização. Nos diversos sistemas do projeto é usado um protocolo de comunicação, baseado no protocolo TCP-IP, especialmente desenvolvido para a vertente IoT, nomeadamente o protocolo MQTT. É também usado o protocolo de comunicação HTTP e WiFi. Para além disso, é usada uma ferramenta de desenvolvimento, denominada Node-Red, para dar suporte à programação de diversas tarefas dos sistemas do projeto. É apresentada uma solução de monitorização e controlo através de uma aplicação WEB, capaz de monitorizar o estado de todos os sistemas do projeto assim como controlar esses mesmo sistemas à distância, como por exemplo, monitorizar a posição dos diversos utilizadores num mapa virtual, controlo manual da iluminação, consulta de históricos de presenças, entre outros. The goal of this project is to develop an automatic lighting system and air conditioning control solution, based on an indoor location system to detect the position of people inside a building and, a presences control solution. The main goal is to turn off the lighting and air conditioning systems in areas where nobody is present, in order to reduce the energy costs. To locate people inside a building it is presented a solution which uses a triangulation algorithm based on RSSI measures, using WiFi. The system is composed by several WiFi receptors which detect emitting devices, in the possession of the users of the building. The WiFi receptors make RSSI measurements to the emitting devices, continuously. The position of each user is calculated by the Master device of the system. The actuation of the lighting and air conditioning systems are simulated in a Web application. In specific areas, the actuation of the lighting system was actually implemented. This was achieved throw the comunication with an external control system. The comunication is implemented using MQTT and, the orders or actuation are sent to the external system. Furthermore, is proposed to create an access control system to restricted areas, using facial recognition utilities of OpenCV Libraries implemented on a Raspberry Pi 3B. In order to train the system to detect multiple faces, was developed an application with a graphical interface, programmed in C, in a Linux environment. Regarding the presences control, is presented an automatic control solution based on the detection of each emitting device of each user. In this project, different communication protocols are used, such as MQTT, HTTP and WiFi. As a support application, is used an application developed using Node-Red, which helps the different systems in several tasks. Finally, is presented a Web application able to monitor and control the systems regarding this project. Some examples of the functionalities of this application are: Monitoring the position of each user in a virtual map, manual lighting system control and, consultation of presences history. Mestrado em Engenharia Mecânica

Num contexto de mobilidade suave, a bicicleta, apesar de ser pouco utilizada em países como Portugal, constitui um exemplo de mobilidade ativa, sendo amiga do ambiente e benéfica para a saúde do cidadão. Neste sentido, é de interesse público transmitir aos cidadãos uma mensagem sobre a importância da bicicleta e de como esta se pode tornar num meio de transporte público mais amigo do ambiente. Atualmente, a Internet e os smartphones estão cada vez mais inseridos na vida do ser humano. Por isso, a implementação de uma plataforma online (website e aplicação móvel) é crucial para o incentivo ao uso do velocípede. O projeto sobre o qual esta dissertação incide tem que ver com uma Plataforma de Reservas e Pagamentos associada a um sistema de Partilha de Bicicletas. De um modo geral, o objetivo deste trabalho passa pela criação de uma plataforma online que permita ao utilizador comprar um passe através do método de pagamentos PayPal, com vista a receber um código de resposta rápida (QR Code) que servirá de desbloqueio da bicicleta pretendida. Este projeto está dividido em duas partes: uma componente física relativa aos equipamentos utilizados e integrados na bicicleta, e uma componente virtual que providencia ao cidadão a sua interface de utilizador. Procurou-se adotar uma solução interativa e inovadora que procure simplificar tarefas e que seja estável. No que toca à componente física, foi utilizado um aloquete inteligente que só desbloqueia a bicicleta depois da exibição de um QR Code válido. Na continuação deste assunto, foi utilizado um microcontrolador, que através da sua câmara faz a leitura dos QR Codes. Além disto, foi implementado um sensor de distâncias laterais, que comunica com o microcontrolador, criando a possibilidade de alertar o ciclista sobre possíveis situações de perigo. Para efetuar a ligação entre a componente física e a componente virtual, foi utilizado um módulo de comunicações GPS+GSM/GPRS que comunica com o servidor através de conexões TCP/IP, por intermédio de um cartão SIM. O GPS é utilizado na recolha de coordenadas da bicicleta e providencia localizações em tempo real. A componente virtual desta dissertação caracteriza-se por um servidor remoto no qual estão inseridos ficheiros de linguagem de programação PHP, HTML, CSS e JavaScript. Os dados recolhidos e enviados pela componente móvel são armazenados numa base de dados MySQL, através de um servidor Apache. Dada esta conexão digital de objetos físicos do quotidiano com a Internet, o sistema é, por assim dizer, baseado num ambiente IoT. The bicycle, despite being rarely used in countries like Portugal, is an example of active mobility, being environmentally friendly and beneficial to the health of the citizen. In this sense, it is of the public interest to convey to citizens the message about the importance of cycling and how it can become a more environmentally friendly type of public transport. Currently, the Internet and smartphones are increasingly inserted in human life. Therefore, the implementation of an online platform (website and mobile application) is crucial to encourage the use of the bicycle. The project that this dissertation focuses on has to do with a Booking and Payments Platform associated with a Bike Sharing program. In general, the objective of this work is the creation of an online platform that allows the user to buy a pass through the PayPal payment method, in order to receive a quick response code (QR Code) that will serve to unlock the desired bicycle. This project is divided into two parts: a physical component related to the equipment used and integrated in the bicycle, and a virtual component that provides the citizen with its user interface. It was sought to adopt an interactive and innovative solution that seeks to simplify tasks. Regarding the physical component, a smart lock was used and it only unlocks the bicycle after the display of a valid QR Code. In the continuation of this matter, a microcontroller was used, which through its camera reads the QR Codes. In addition, a lateral distance sensor was implemented, which communicates with the microcontroller, creating the possibilty to alert the cyclist about possible danger situations. To make the connection between the physical component and the virtual component, a GPS+GSM/GPRS module was used that communicates with the server through TCP/IP connections, using a SIM card. GPS is used to collect bicycle coordinates and provides real-time locations. The virtual component of this dissertation is characterized by a remote server with programming languages like PHP, HTML, CSS and JavaScript. The data collected and sent by the mobile component is stored in a MySQL database, through an Apache server. Given this digital connection of everyday physical objects to the Internet, the system is based on an IoT environment. Mestrado em Engenharia Mecânica

Em empresas que operem na indústria agro-pecuária, a água é um dos mais recursos mais solicitados pelas várias etapas do processo produtivo. A Avi- Sabor, S.A é uma empresa responsável pelo abate, desmanche e expedição de frangos para todo o país. Nesta fábrica ocorrem frequentemente anomalias nos equipamentos responsáveis pelo bombeamento de água para o interior da unidade fabril. Como não existe supervisão, sempre que algum destes equipamentos atinge a falha, a equipa de manutenção é obrigada a deslocar-se até ao edifício onde estes se encontram para averiguar o problema e encontrar uma solução. A conjugação destes fatores constituem custos para a empresa que podem ser evitados com a implementação de um sistema de supervisão que possa ser acedido remotamente. Assim, por forma a permitir uma manutenção mais eficaz e prevenir avarias destes equipamentos, o estágio proposto em colaboração com a AviSabor, S.A, tem como objetivo o desenvolvimento de um sistema SCADA que viabilize a monitorização do sistema de bombeamento de água. Já que na empresa o funcionamento dos variadores de frequência que controlam o funcionamento das bombas é regulado por autómatos que os ligam e desligam conforme a necessidade de água no processo produtivo, implementou-se em laboratório um sistema que viabilize a monitorização e controlo de variadores de frequência e dos autómatos associados, a sua integração com bases de dados MySQL e a apresentação dos dados recolhidos (valores de frequência, intensidade de corrente e tensão) numa página web, recorrendo ao ambiente de programação Node-RED. A implementação de um sistema deste género contribui para uma manutenção preventiva eficaz visto que quando alguma anomalia é detetada, é enviado um alerta via e-mail para que a equipa de manutenção possa atuar rapidamente e arranjar ou substituir o equipamento danificado. In companies operating in the agribusiness industry, water is one of the most requested resources by the various stages of the production process. AviSabor, S.A is a company responsible for poultry slaughter, cutting and dispatch throughout the country. In this factory, there are frequent anomalies in the equipment responsible for pumping water into the plant. As there is no supervision, whenever there’s a faulty equipment, the maintenance team is obliged to go to the building where they are located to examine the problem and find a solution. The combination of these factors constitutes costs for the company that can be avoided by implementing a remote supervisory system. Thus, to allow more effective maintenance and prevent damage to these equipment, the proposed internship in collaboration with AviSabor, S.A, aims to develop a SCADA system that enables the monitoring of the water pumping system. Since the operation of the frequency inverters which control the pumps is regulated by PLCs that turn them on and off according to the need for water in the production process, a system has been implemented in laboratory to enable the monitoring and control of frequency inverters and associated PLCs, their integration with MySQL databases and the presentation of the collected data (frequency, current intensity and voltage) on a dedicated webpage, using Node-RED programming environment. The implementation of such a system contributes to an effective preventive maintenance since when an anomaly is detected, an alarm is sent via e-mail so that the maintenance team can act on it quickly and fix or replace damaged equipment. Mestrado em Engenharia Mecânica

No presente Relatório de Projeto procede-se ao desenvolvimento de um sistema, aplicado à Vista Alegre, SA, com o objetivo de integração de contadores nas bases de dados da mesma e visualização dos dados num Website. No desenvolvimento deste projeto, foi pensado e concebido um sistema de monitorização de recursos. Este sistema de monitorização de recursos é capaz de, não só recolher e apresentar os dados recolhidos, como também avisar os utilizadores quando existe alguma ocorrência de erros nos contadores (fugas, excesso de consumo ou ainda, obstrução no consumo). Com base num módulo de recolha dos dados, composto por um microcontrolador e, quando necessário, por um módulo GSM, o módulo é capaz de enviar os dados para um servidor, que através de algoritmos, guarda esses dados numa base de dados MySQL e apresenta-os num Website e/ou em relatórios Excel. A implementação de um sistema como este aqui apresentado possibilita uma poupança de recursos (Água, Eletricidade, Gás Natural, Ar comprimido) que pode chegar, no melhor cenário, à eliminação de gastos excessivos, devidos a excesso de consumos, resultantes de fugas, quando os equipamentos estão desligados/parados, ou até mesmo quando os equipamentos não estão a funcionar como é suposto. Outra poupança que a empresa pode fazer, que não é a nível dos consumos, mas que este sistema de monitorização de recursos também possibilita, é quando os equipamentos têm algum problema funcional, como por exemplo, uma obstrução, e os consumos não estão dentro dos definidos. Assim, a empresa pode manter a qualidade dos produtos e entender melhor os consumos dos equipamentos nos seus diversos estados de funcionamento, para um determinado produto produzido. Em relação ao retorno que a empresa tem com este sistema de monitorização de recursos, não se pode calcular usando uma forma tradicional, uma vez que depende da rapidez com que se identifica um possível problema e a eficácia na sua resolução. This Project Report proceeds to the development of a system, distributed to Vista Alegre, SA, with the objective of integrating meters in databases and visualizing the data on a website. During the project development, a resource monitoring system was thought out and designed. This resource monitoring system is capable of not only collecting and displaying the collected data, but also warning users when there are errors in the meters (leakage, excess consumption or even obstruction). Based on a data packet module, composed of a microcontroller and, when necessary, a GSM module, the module is able to send data to a server, which through algorithms, stores this data in a My SQL database and display it in a website and/or in Excel reports. The implementation of a system like the one presented here allows a saving of resources (Water, Electricity, Natural Gas, Compressed Air) which can reach, in the best scenario, the elimination of excessive expenses, due to excess consumption, leakage consumption, when equipment is off/stopped, or even when equipment is not working as intended. Another saving that the company can make, which is not in terms of consumption, but which this resource monitoring system also makes possible, is when the equipment has a functional problem, such as an obstruction, and the consumption is not within the defined. Thus, the company can maintain the quality of the products and improve the consumption of equipment in its various operating states, for a given product produced. Regarding the return that the company has with this resource monitoring system, it cannot be calculated using a traditional way, as it depends on how quickly a possible problem is identified and how effectively it is resolved. Mestrado em Engenharia Mecânica

A deteção automática do fim de etapas do processo produtivo e consequente registo nos bancos de dados e programas de planeamento de recursos é essencial para as empresas manterem um registo fiável do fluxo dos seus produtos, desde a sua conceção até serem expedidos para venda. Nos sistemas legacy atualmente implementados no chão de fábrica de muitas empresas é difícil obter esta informação, pois possuem programas fechados, difíceis de integrar com programas mais recentes, o que dificulta a automatização dos registos, sendo necessário recorrer a recursos humanos para os efetuar manualmente, aumentando os tempos de ciclo e a possibilidade de erros. Neste contexto, três células de montagem de autoclismos da OLI - Sistemas Sanitários S.A. foram objeto de estudo deste estágio, onde tais problemas existem. O sistema proposto deteta o fim do processo de paletização de autoclismos recorrendo à rede PROFIBUS (Process Field Bus) do PLC (Programmable Logic Controller) ligado ao controlador do robot paletizador, encarregando-se depois de atualizar a respetiva ordem de fabrico (OF) de forma automática na base de dados, em oposição ao processo manual atualmente em vigor. Dentro da temática da Indústria 4.0, objetivou-se um sistema que transmitisse dados entre unidades de processamento através da rede da empresa, utilizando o protocolo MQTT (Message Queuing Telemetry Transport), e cujos programas foram desenvolvidos em ferramentas de programação e sistemas operativos open source, como a Arduino IDE, Node-Red e distribuições Linux (Debian). Utilizaram-se equipamentos de baixo custo e consumo, como o microcontrolador ESP32, que constitui o módulo IoT (Internet of Things) que interage unidirecionalmente com a rede PROFIBUS, e um Raspberry Pi que serve de servidor local responsável por receber informação do ESP32 e realizar as actualizações necessárias no banco de dados consoante esta. Tecnologias de rastreabilidade de código de barras, fortemente já implementadas na empresa, foram utilizadas para identicação da OF a atualizar, bem como do seu produto associado. Adicionalmente, uma interface gráfica baseada em linguagens web (utilizando as frameworks Bootstrap Vue e JavaScript Vue) foi desenvolvida para visualização em tempo real de toda a informação desta fase de montagem do processo produtivo An automatic detection of the end of steps concerning the manufacturing process and its subsequent registration on databases and resource planning softwares is essential for companies to keep a reliable history of their products' flow, since their inception until their expedition for sale. Nowadays, in the legacy systems implemented on the shop floor of many companies it is di cult to access this information, due to their closed softwares which are hard to integrate with more modern ones. This hinders the automatization of the registration process, often needing human resources to manually perform it, increasing lead times and the susceptibility to error. As such, three assembly lines of toilet flush systems on OLI-Sistemas Sanitários S.A. were the study object of this intership's report, where such problems exist. The proposed system detects the end of the palletization process of toilet flush systems, using information from the PROFIBUS (Process Field Bus) network of the PLC (Programmable Logic Controller) connected to the palletizer's controller and automatically updates its respective manufacturing order (MO) on the database, replacing the current manual registration process. Within the topic of Industry 4.0, the aim was to develop a system where the data circulates between data processing units through the company's network using the MQTT (Message Queuing Telemetry Transport) protocol and whose programs are based on open source programming tools and operative systems like Arduino IDE, Node-Red and Linux distributions (Debian). Low cost and power equipments were used, like the microcontoller ESP32, which constitutes the IoT (Internet of Things) module that unidirectionally interacts with the PROFIBUS network and the Raspberry Pi, which serves as a local server that receives information from the ESP32 and interacts with the database accordingly and as necessary. Barcode traceability technologies, widely adopted throughout the company, were used to identify the MO to update, as well as its associated product. Additionally, a graphical interface based on web languages (using Bootstrap Vue and JavaScript Vue frameworks) was developed to show all this information related to the assembly step of the manufacturing process Mestrado em Engenharia Mecânica

O fabrico aditivo aplicado aos metais é uma tecnologia que permite obter peças de elevada complexidade geométrica e têm vindo a ser cada vez mais alvo de desenvolvimento industrial e académico. O trabalho desenvolvido neste projeto contempla o estudo da tecnologia de fabrico aditivo aplicado aos metais. São apresentadas as principais aplicações industrias e as máquinas disponíveis no mercado pelos principais fabricantes. O objetivo deste trabalho visa a apresentação de uma proposta de eletrificação e comando de uma máquina de fabrico aditivo desenvolvida no Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro. Com o sistema de laser da máquina previamente definido (fabricante Raylase), foi realizado um estudo das várias possibilidades de integração com os restantes elementos da máquina. Após análise das várias possibilidades, optou-se por recorrer a hardware externo da National Instruments. A partir deste ponto, foi projetado o esquema elétrico com os componentes de proteção e comando. O controlo da máquina passa pela utilização do software weldMARK 3 (Raylase) para parametrização do laser e do programa desenvolvido neste trabalho em LabVIEW para controlo e monotorização, apresentando uma interface com o utilizador para o efeito. Foi produzido o quadro elétrico e foram realizados ensaios das plataformas da máquina e de funcionamento do laser. Additive manufacturing applied to metals is a technology that makes it possible to obtain pieces of high geometric complexity and have been increasingly targeted by industrial and academic development. The work developed in this project contemplates the study of additive manufacturing technology applied to metals. The main industrial applications and the machines available on the market by the main manufacturers are presented. The objective of this work is to present a proposal for electrification and control of an additive manufacturing machine developed at the Mechanical Engineering Department of the University of Aveiro. With the previously defined machine laser system (manufacturer Raylase), a study of the various possibilities of integration with the other elements of the machine was carried out. After analyzing the various possibilities, it was decided to resort to external hardware from National Instruments. From this point on, the electrical scheme with the protection and control components was designed. The control of the machine involves the use of the weldMARK 3 (Raylase) software for parameterizing the laser and the program developed in this work in LabVIEW for control and monitoring, presenting a user interface for this purpose. The electrical panel was produced and tests were performed on the machine’s platforms and laser operation. Mestrado em Engenharia de Automação Industrial

Atualmente, a energia e eficiência energética apresentam um papel fundamental, tanto na indústria como nas vidas de todos. Deste modo, torna-se necessário que as organizações estejam dotadas de ferramentas e estratégias para auxiliar e facilitar o trabalho dos gestores de energia. Os Sistemas de Gestão de Energia desempenham um papel fundamental neste processo, permitindo um acesso permanente a informação, algo potenciado pela Indústria 4.0. Assim, neste projeto de mestrado foi desenvolvido um serviço, em parceria com a Bosch Thermotechnik GmbH de Cacia, que permite dotar as empresas do grupo de uma solução low-cost e retrofitting capaz de fornecer aos utilizadores informações energéticas de forma intuitiva e simples. Além disso, este trabalho visa complementar soluções existentes desenvolvidas pela equipa Manufacturing Digitalization e auxiliar o desenvolvimento de novos produtos e serviços. A solução proposta passa pela utilização de câmaras acopladas aos contadores energéticos, recorrendo-se a redes neuronais para processamento das imagens capturadas e reconhecimento dos dígitos das leituras. São utilizadas plataformas IoT em conjunto com serviços web, desenvolvidos especificamente para o efeito, permitindo aglomerar, armazenar e apresentar todas as informações adquiridas. Os resultados obtidos na análise efetuada à solução desenvolvida foram congruentes com o esperado, alcançando todos os objetivos definidos e até superando as expetativas iniciais. Nowadays, energy and energy e ciency feature a fundamental role, in industry as well in all our lives. Thus, it is necessary that organizations are equipped with tools and strategies to assist and facilitate the work of energy managers. Energy Management Systems play a fundamental role in this process, allowing permanent access to information, something enhanced by Industry 4.0. In the context of this master project was developed a service, in partnership with the Bosch Thermotechnik GmbH of Cacia, which allows the companies in the group to use a low-cost and retrofitting solution capable of providing users with energetic information in an intuitive and simple way. In addition, this work aims to complement existing solutions developed by the Manufacturing Digitalization team and assist in the development of new products and services. The proposed solution involves the use of cameras coupled to energy meters, using neural networks to process the captured images and recognize the digits of the readings. IoT platforms are used in conjunction with web services, developed specifically for this purpose, allowing to gather, store and present all the acquired information. The obtained results in the analysis carried out on the developed solution were congruent with the expected, reaching all the defined objectives and even exceeding the initial expectations. Mestrado em Engenharia Mecânica

Increasing popularity of cryptocurrencies lead to the rapid development of blockchain-based distributed ledger keeping systems. Industrial applications for the new technologies were soon found, enhanced by needs of security, trust and transparency along the value-chain in traceability of products, parts and processes, particularly when transactions are being maintained through several different entities. Traceability solutions are also increasingly being built upon IoT or IIoT platforms. Although this allows for highly modular and flexible architectures, severe security deficiencies make these designs inapplicable to most real-life production lines. Lack of research and practical advances in the creation of modular and easily deployable frameworks motivated development of the project underlying this dissertation. O aumento da popularidade de criptomoedas levou ao rápido crescimento e desenvolvimento de sistemas baseados em blockchain de registos distribuídos. Aplicações industriais para estas novas tecnologias foram rapidamente encontradas, exacerbadas pelas necessidades de segurança, confiança e transparência ao longo da cadeia de valores na rastreabilidade de produtos, peças e processos, em particular quando as transações são mantidas através de várias entidades díspares. Soluções de traçabilidade são crescentemente construídas tendo por base plataformas de dispositivos IoT ou IIoT. Embora isto leve à criação de arquiteturas extremamente modulares e flexíveis, graves deficiências de segurança tornam estas inaplicáveis a um largo número de linhas de produção. A falta de avanços práticos nesta área, motivou o desenvolvimento do projeto subjacente a esta dissertação Mestrado em Engenharia Mecânica

Devido aos avanços tecnológicos ocorridos nos sensores e nos seus controladores, estes têm atualmente mais e melhores características como capacidade de processamento, não serem cablados e o próprio custo. A sua utilização traz benefícios como, por exemplo, o aumento da eficiência da produção ou redução de emissões CO2. Ao assimilar estes benefícios, as empresas utilizam-nos em elevadas quantidades e disperses por uma grande área. Neste projeto de dissertação, foi desenvolvida uma ferramenta que procura direcionar os desafios de deployment em massa – configuração inicial, atualização de firmware e de software e ainda verificação do estado atual do dispositivo ou do agregado de sensores. A ferramenta foi ainda desenvolvida tendo em consideração ser low-cost e recorrendo a software Open-Source do working group Eclipse IoT – neste caso utilizando os serviços Bosch IoT Hub, Bosch IoT Things e Bosch IoT Rollouts (todos serviços da Bosch IoT Suite) – e o Node-RED para conectar os dispositivos, as APIs e a aplicação desenvolvida. Foram ainda utilizados como Internet of Thing Devices o Raspberry Pi e o ESP8266, utilizando protocolos de comunicação MQTT e HTTP. Due to technological advances in sensors and their controllers, they currently have more and better features such as processing capacity, not being wired and the cost itself. Its use brings benefits such as, for example, increasing production efficiency or reducing CO2 emissions. By assimilating these benefits, companies use them in large quantities and spread over a large area. In this dissertation project, a tool was developed that seeks to address the challenges of mass deployment - initial configuration, firmware and software update and also verification of the current state of the device or sensor aggregate. The tool was also developed considering low cost and using Open-Source software from the working group Eclipse IoT - in this case using the services Bosch IoT Hub, Bosch IoT Things and Bosch IoT Rollouts (all services from Bosch IoT Suite) - and Node-RED to connect devices, APIs and the developed application. Raspberry Pi and ESP8266 were also used as Internet of Thing Devices, using MQTT and HTTP communication protocols Mestrado em Engenharia Mecânica

Este documento resume o trabalho realizado numa empresa, a Atena - Automação Industrial, Lda., com o objetivo de desenvolver três sistemas auto máticos que aplicam a rastreabilidade dos produtos para clientes do ramo automóvel. O contexto do estágio enquadra-se, essencialmente, na necessidade das empresas implementarem a rastreabilidade para melhorarem a qualidade, não só dos seus produtos, como também dos processos produtivos das suas linhas de produção. O primeiro sistema implementado consiste numa máquina que faz marcação laser de códigos DataMatrix nas rodas de coroas das caixas de velocidades automóvel, com controlo dimensional do diâmetro externo das coroas e verificação da qualidade da marcação do código, para garantir a leitura eficaz por qualquer leitor de códigos de barras bidimensional. Este equipamento possui também um bastidor com um computador industrial onde corre uma aplicação desenvolvida para guardar os dados adquiridos do processo da máquina numa base de dados. O segundo projeto é uma linha para montagem que realiza a magnetização e encapsulamento dos ímanes dos garfos seletores da caixa de velocidades DQ381. Baseia-se numa aplicação que integra um programa de visão artificial para a análise de defeitos das bases do garfos seletores. Por último, foram desenvolvidas outras duas aplicações para uma linha de controlo de cárteres de embraiagem. Uma das aplicações executa o registo fotográfico dos cárteres e a outra gere o diretório onde as imagens são guardadas e armazena os resultados das operações dos diversos postos de trabalho da linha numa base de dados. Esta segunda aplicação também é responsável por fazer o registo dos contentores onde os cárteres são armazenados na base de dados This document summarizes the work carried out in a company, Atena - Automação Industrial, Lda., with the goal of developing three automatic systems that apply product traceability to automotive industry customers. The context of the internship is essentially related to the need for companies to implement traceability to improve the quality, not only of their products, but also of the production processes of their production lines. The first system implemented consists of a machine that performs laser marking of DataMatrix codes on the crown wheels of automotive gearboxes. This machine, in addition to the laser marking, does the dimensional control of the external diameter of the crowns and checks the quality of the code marking to guarantee the efficient reading by any two-dimensional barcode scanner. This equipment also has a rack with an industrial computer that runs an application developed to store the data acquired from the machine's process in a database. The second project is part of the development of an assembly line that performs the magnetization and encapsulation of selector forks magnets of the DQ381 gearbox. This work consists of an application that integrates an artificial vision program for the analysis of defects in the selector fork bases. Finally, two other applications were developed, inserted in another project - a clutch housing control line. One of the applications performs the photographic registration of the housings, while the other manages the directory where the images are saved and stores the results of the operations of the various workstations on the line in a database. This second application is also responsible for inserting in the database the containers where the housings are stored. Mestrado em Engenharia Mecânica

O projeto elaborado em parceria com a Ria Stone, teve como objetivo o desenvolvimento de uma solução que permitisse, a partir do departamento de manutenção, a aquisição e monitorização dos consumos energéticos de qualquer equipamento utilizado na fábrica. A solução apresentada deve ter a capacidade de comunicar com vários equipamentos distintos, tais como autómatos programáveis de diferentes marcas, datalogger ou contadores de energia elétrica com protocolos de comunicação integrados. Por sua vez, estes equipamentos de comunicação encontram-se ligados a uma enorme variedade de sensores, que analisam diferentes recursos, podendo estes variar entre caudalímetros, sensores de fluxo-magnético, contadores de energia elétrica entre outros. Estes equipamentos de leitura registam os valores dos consumos de equipamentos dispersos por toda da fábrica, nomeadamente das prensas hidráulicas, da estação de tratamento de águas residuais, fornos de cozedura de peças, entre muitos outros. Deste modo, a plataforma desenvolvida tem como ponto central uma base de dados, elaborada em Microsoft SQL Server, de modo a armazenar de forma simples e organizada, todas as informações referentes aos equipamentos que se pretendem analisar, bem como os seus consumos. Por forma a utilizar a base de dados e a recolher os dados dos consumos dos equipamentos em questão, de uma forma mais eficiente, foram desenvolvidos dois programas, no Microsoft Visual Studio em linguagem C#, denominados Configurador de Sistema e Sistema de Aquisição de Dados. Através desta plataforma é possível selecionar quais os equipamentos e os recursos energéticos que se pretendem analisar, independentemente se os equipamentos aos quais estejam associados, sejam de comunicação ou de leitura de dados. Com a implementação da solução apresentada é, agora, possível ter um maior conhecimento sobre os consumos específicos de cada equipamento da fábrica. Esta solução possibilita que, a partir do departamento de manutenção, se possa adquirir e monitorizar os dados de consumos de todos os equipamentos, permitindo assim uma melhor e mais eficiente análise da utilização dos recursos, bem como prever possíveis problemas de funcionamento dos equipamentos em questão. The project developed in partnership with Ria Stone, aimed to develop a solution that would allow, from the maintenance department, the acquisition and monitoring of energy consumption of any equipment used in the factory. The solution presented should be able to communicate with several different devices, such as Programmable Logic Controller of different brands, data loggers or electricity meters with integrated communication protocols. These communication equipments are connected to a huge variety of sensors, which can analyze different resources, such as flowmeters, magnetic-flow sensors, electricity meters, among others. These reading devices record the consumption of scattered equipment throughout the factory, namely the hydraulic presses, the wastewater treatment plant, parts cooking ovens, between others. Thus, the developed platform has as its central point a database elaborated in Microsoft SQL Server, wich allows to store, in a simple and organized way, all the information related to the equipment to be analyzed, as well as its consumptions. In order to use the database and collect data on the consumptions of the equipment in question more e ciently, two programs were developed in Microsoft Visual Studio in C# language, named System Configurator and Data Acquisition System. With the implementation of the presented solution it is now possible to have a better knowledge about the specific consumptions of each equipment of the factory and also to acquire and monitorize the consumption data of all equipment. This leads to a better and more e cient analysis of resource usage and also prevents and predicts possible malfunctions of that equipment. Mestrado em Engenharia Mecânica

No advento da Indústria 4.0 a rastreabilidade consolidou o seu lugar como ferramenta indispensável à otimização dos processos e à tomada de decisão. Na transição para este novo paradigma, muitas empresas têm de modificar os processos internos e o equipamento que possuem sob pena de não se conseguirem adaptar às novas exigências do mercado e da indústria. Este é um desafio recorrente em indústrias centenárias como é o caso da Vista Alegre. O presente trabalho é um protótipo de uma solução pensada para a rastreabilidade das peças de uma linha de produção na unidade fabril da Vista Alegre, em que é desenvolvido um sistema invisível de leitura de códigos. É ensaiada a leitura das marcações, o tratamento e armazenamento da informação ao longo das fases de produção e a visualização dos dados. São exploradas e desenvolvidas tecnologias para leitura de códigos, criação e utilização de bases de dados, criação de dashboards e agilização dos fluxos de informação. A tecnologia desenvolvida permite abrir portas para novos desenvolvimentos nas técnicas de rastreabilidade industrial. In the advent of Industry 4.0, traceability has consolidated its place as an indispensable tool for process optimization and decision-making. In the transition to this new paradigm, many companies must modify the internal processes and equipment they have under penalty of not being able to adapt to the new demands of the market and industry. This is a recurring challenge in centuries-old industries such as Vista Alegre. The present work is a prototype of a solution designed for the traceability of the products of a production line in the Vista Alegre manufacturing unit, in which an invisible code reading system is developed. The reading of the markings, the processing and storage of the information throughout the production phases and the visualization of the data are tested. Technologies are explored and developed for reading codes, creating and using databases, creating dashboards and information flow support. The technology developed allows to open doors to new developments in industrial traceability techniques. Mestrado em Engenharia Mecânica

With the technological evolution, more and more low-cost and highly exible development solutions are appearing on the market, making them extremely interesting tools to be used in a multitude of projects. Two of this devices, a Raspberry Pi and a audio card, were chosen in order to undertake the main objective of this project, which is the development of a low-cost spectrum analyzer to be used in vibration analysis. The main purpose of the created solution is to tackle the already commercial avaible devices that are excessively expensive and have little flexibility. The data acquisition is done using the audio card and all the signal analyzer algorithms are run by the Raspberry Pi, being both controlled through a graphic interface also developed within this project. After conducting a few tests it was possible to perceive the capabilities and limitations of the solution created, as well as some possible problems. The solution showed promising despite some of its limitations. Com a evolução tecnológica, estão constantemente a aparecer soluções de desenvolvimento altamente flexíveis e de baixo custo no mercado, sendo estas ferramentas extremamente interessantes para serem utilizadas numa infinidade de projectos. Duas dessas ferramentas foram escolhidas - um Raspberry Pi e uma placa de áudio e por foma a cumprir o objectivo principal deste projecto, que é o desenvolvimento de um analisador de espectro de baixo custo para ser utilizado na análise de vibrações. Um dos objectivos da solução criada é concorrer com as ferramentas disponíveis no mercado, que são excessivamente onerosas e possuem pouca flexibilidade. A aquisição de dados é feita usando a placa de áudio e todos os algoritmos implementados são executados pelo Raspberry Pi. De notar que ambos os dispositivos são controlados através de uma interface gráfica, também desenvolvida no âmbito do projecto apresentado. Após a realização de alguns testes, foi possível perceber as capacidades e as limitações da solução criada, bem como alguns possíveis problemas. A solução desenvolvida mostrou-se promissora, apesar de algumas limitações. Mestrado em Engenharia Mecânica