Saving energy in the GFRP pultrusion process

This study addresses to the optimization of pultrusion manufacturing process from the energy-consumption point of view. The die heating system of external platen heaters commonly used in the pultrusion machines is one of the components that contribute the most to the high consumption of energy of pultrusion process. Hence, instead of the conventional multi-planar heaters, a new internal die heating system that leads to minor heat losses is proposed. The effect of the number and relative position of the embedded heaters along the die is also analysed towards the setting up of the optimum arrangement that minimizes both the energy rate and consumption. Simulation and optimization processes were greatly supported by Finite Element Analysis (FEA) and calibrated with basis on the temperature profile computed through thermography imaging techniques. The main outputs of this study allow to conclude that the use of embedded cylindrical resistances instead of external planar heaters leads to drastic reductions of both the power consumption and the warm-up periods of the die heating system. For the analysed die tool and process, savings on energy consumption up to 60% and warm-up period stages less than an half hour were attained with the new internal heating system. The improvements achieved allow reducing the power requirements on pultrusion process, and thus minimize industrial costs and contribute to a more sustainable pultrusion manufacturing industry.

Hybrid thermoset polymeric composites – an Innovation towards sustainability

In this study, a new waste management solution for thermoset glass fibre reinforced polymer (GFRP) based products was assessed. Mechanical recycling approach, with reduction of GFRP waste to powdered and fibrous materials was applied, and the prospective added-value of obtained recyclates was experimentally investigated as raw material for polyester based mortars. Different GFRP waste admixed mortar formulations were analyzed varying the content, between 4% up to 12% in weight, of GFRP powder and fibre mix waste. The effect of incorporation of a silane coupling agent was also assessed. Design of experiments and data treatment was accomplished through implementation of full factorial design and analysis of variance ANOVA. Added value of potential recycling solution was assessed by means of flexural and compressive loading capacity of GFRP waste admixed mortars with regard to unmodified polymer mortars. The key findings of this study showed a viable technological option for improving the quality of polyester based mortars and highlight a potential cost-effective waste management solution for thermoset composite materials in the production of sustainable concrete-polymer based products.

Innovative manufacturing process for hybrid pultruded products based on cork and polymeric pre-shapes

Pultruded products are being targeted by a growing demand due to its excellent mechanical properties and low chemical reactivity, ensuring a low level of maintenance operations and allowing an easier assembly operation process than equivalent steel bars. In order to improve the mechanical drawing process and solve some acoustic and thermal insulation problems, pultruded pipes of glass fibre reinforced plastics (GFRF) can be filled with special products that increase their performance regarding the issues previously referred. The great challenge of this work was drawing a new equipment able to produce pultruded pipes filled with cork or polymeric pre-shaped bars as a continuous process. The project was carried out successfully and the new equipment was built and integrated in the pultrusion equipment already existing, allowing to obtain news products with higher added-value in the market, covering some needs previously identified in the field of civil construction.

Assessing the eco-efficiency of a composite processing industry: evaluation and quantification of potential improvements’

In this study, an attempt was made in order to measure and evaluate the eco-efficiency performance of a pultruded composite processing company. For this purpose the recommendations of World Business Council for Sustainable Development (WCSD) and the directives of ISO 14301 standard were followed and applied. The main general indicators of eco-efficiency, as well as the specific indicators, were defined and determined. With basis on indicators’ figures, the value profile, the environmental profile, and the pertinent ecoefficiency’s ratios were established and analyzed. In order to evaluate potential improvements on company eco-performance, new indicators values and eco-efficiency ratios were estimated taking into account the implementation of new proceedings and procedures, both in upstream and downstream of the production process, namely: a) Adoption of new heating system for pultrusion die in the manufacturing process, more effective and with minor heat losses; c) Recycling approach, with partial waste reuse of scrap material derived from manufacturing, cutting and assembly processes of GFRP profiles. These features lead to significant improvements on the sequent assessed eco-efficiency ratios of the present case study, yielding to a more sustainable product and manufacturing process of pultruded GFRP profiles.

New end-use application for GFRP recyclates as reinforcement for concrete-polymer materials’

Glass fibre-reinforced plastics (GFRP), nowadays commonly used in the construction, transportation and automobile sectors, have been considered inherently difficult to recycle due to both: cross-linked nature of thermoset resins, which cannot be remolded, and complex composition of the composite itself, which includes glass fibres, matrix and different types of inorganic fillers. Presently, most of the GFRP waste is landfilled leading to negative environmental impacts and supplementary added costs. With an increasing awareness of environmental matters and the subsequent desire to save resources, recycling would convert an expensive waste disposal into a profitable reusable material. There are several methods to recycle GFR thermostable materials: (a) incineration, with partial energy recovery due to the heat generated during organic part combustion; (b) thermal and/or chemical recycling, such as solvolysis, pyrolisis and similar thermal decomposition processes, with glass fibre recovering; and (c) mechanical recycling or size reduction, in which the material is subjected to a milling process in order to obtain a specific grain size that makes the material suitable as reinforcement in new formulations. This last method has important advantages over the previous ones: there is no atmospheric pollution by gas emission, a much simpler equipment is required as compared with ovens necessary for thermal recycling processes, and does not require the use of chemical solvents with subsequent environmental impacts. In this study the effect of incorporation of recycled GFRP waste materials, obtained by means of milling processes, on mechanical behavior of polyester polymer mortars was assessed. For this purpose, different contents of recycled GFRP waste materials, with distinct size gradings, were incorporated into polyester polymer mortars as sand aggregates and filler replacements. The effect of GFRP waste treatment with silane coupling agent was also assessed. Design of experiments and data treatment were accomplish by means of factorial design and analysis of variance ANOVA. The use of factorial experiment design, instead of the one-factor-at-a-time method is efficient at allowing the evaluation of the effects and possible interactions of the different material factors involved. Experimental results were promising toward the recyclability of GFRP waste materials as aggregates and filler replacements for polymer mortar, with significant gain of mechanical properties with regard to non-modified polymer mortars.

A case study on the improvement of eco-efficiency ratios: application to a composite processing industry

The World Business Council for Sustainable Development (WBCSD) defines Eco-Efficiency as follows: ‘Eco- Efficiency is achieved by the delivery of competitively priced-goods and services that satisfy human needs and bring quality of life, while progressively reducing ecological impacts and resource intensity throughout the life-cycle to a level at least in line with the earth’s estimated carrying capacity’. Eco-Efficiency is under this point of view a key concept for sustainable development, bringing together economic and ecological progress. Measuring the Eco-Efficiency of a company, factory or business, is a complex process that involves the measurement and control of several and relevant parameters or indicators, globally applied to all companies in general, or specific according to the nature and specificities of the business itself. In this study, an attempt was made in order to measure and evaluate the eco-efficiency of a pultruded composite processing company. For this purpose the recommendations of WBCSD [1] and the directives of ISO 14301 standard [2] were followed and applied. The analysis was restricted to the main business branch of the company: the production and sale of standard GFRP pultrusion profiles. The main general indicators of eco-efficiency, as well as the specific indicators, were defined and determined according to ISO 14031 recommendations. With basis on indicators’ figures, the value profile, the environmental profile, and the pertinent eco-efficiency’s ratios were established and analyzed. In order to evaluate potential improvements on company eco-performance, new indicators values and ecoefficiency ratios were estimated taking into account the implementation of new proceedings and procedures, both in upstream and downstream of the production process, namely: a) Adoption of new heating system for pultrusion die in the manufacturing process, more effective and with minor heat losses; b) Implementation of new software for stock management (raw materials and final products) that minimize production failures and delivery delays to final consumer; c) Recycling approach, with partial waste reuse of scrap material derived from manufacturing, cutting and assembly processes of GFRP profiles. In particular, the last approach seems to significantly improve the eco-efficient performance of the company. Currently, by-products and wastes generated in the manufacturing process of GFRP profiles are landfilled, with supplementary added costs to this company traduced by transport of scrap, landfill taxes and required test analysis to waste materials. However, mechanical recycling of GFRP waste materials, with reduction to powdered and fibrous particulates, constitutes a recycling process that can be easily attained on heavy-duty cutting mills. The posterior reuse of obtained recyclates, either into a close-looping process, as filler replacement of resin matrix of GFRP profiles, or as reinforcement of other composite materials produced by the company, will drive to both costs reduction in raw materials and landfill process, and minimization of waste landfill. These features lead to significant improvements on the sequent assessed eco-efficiency ratios of the present case study, yielding to a more sustainable product and manufacturing process of pultruded GFRP profiles.

GFRP waste reinforced polymer mortars: a new waste management solution for GFRP scrap material

To date, glass fibre reinforced polymer (GFRP) waste recycling is very limited and restricted by thermoset nature of binder matrix and lack of economically viable enduse applications for the recyclates. In this study, efforts were made in order to recycle grinded GFRP waste proceeding from pultrusion production scrap, into new and sustainable composite materials. For this purpose, GFRP waste recyclates, a mix of powdered and fibrous materials, were incorporated into polyester based mortars as fine aggregate and filler replacements, at different load contents (between 4% up to 12% of total mass) and particle size distributions. Potential recycling solution was assessed by mechanical behaviour of resultant GFRP waste modified polymer mortars. Test results revealed that GFRP waste filled polymer mortars present improved flexural and compressive behaviour over unmodified polyester based mortars, thus indicating the feasibility of GFRP waste reuse in concrete-polymer composites.

PLSR Models for Mechanical Strengths of Concrete Composite Materials Reinforced with Pultrusion Wastes

In this paper, we present two Partial Least Squares Regression (PLSR) models for compressive and flexural strength responses of a concrete composite material reinforced with pultrusion wastes. The main objective is to characterize this cost-effective waste management solution for glass fiber reinforced polymer (GFRP) pultrusion wastes and end-of-life products that will lead, thereby, to a more sustainable composite materials industry. The experiments took into account formulations with the incorporation of three different weight contents of GFRP waste materials into polyester based mortars, as sand aggregate and filler replacements, two waste particle size grades and the incorporation of silane adhesion promoter into the polyester resin matrix in order to improve binder aggregates interfaces. The regression models were achieved for these data and two latent variables were identified as suitable, with a 95% confidence level. This technological option, for improving the quality of GFRP filled polymer mortars, is viable thus opening a door to selective recycling of GFRP waste and its use in the production of concrete-polymer based products. However, further and complementary studies will be necessary to confirm the technical and economic viability of the process.

Acqusition and data analysis of the eco-efficiency for the establishment of indicators parameters for industrial environmental sustainability

The industrial activity is inevitably associated with a certain degradation of the environmental quality, because is not possible to guarantee that a manufacturing process can be totally innocuous. The eco-efficiency concept is globally accepted as a philosophy of entreprise management, that encourages the companies to become more competitive, innovative and environmentally responsible by promoting the link between its companies objectives for excellence and its objectives of environmental excellence issues. This link imposes the creation of an organizational methodology where the performance of the company is concordant with the sustainable development. The main propose of this project is to apply the concept of eco-efficiency to the particular case of the metallurgical and metal workshop industries through the development of the particular indicators needed and to produce a manual of procedures for implementation of the accurate solution.

Aplicação da metodologia de “lean management” no processo de desenvolvimento de produto

O presente trabalho de dissertação teve como objetivo a implementação de metodologias de Lean Management e avaliação do seu impacto no processo de Desenvolvimento de Produto. A abordagem utilizada consistiu em efetuar uma revisão da literatura e levantamento do Estado da Arte para obter a fundamentação teórica necessária à implementação de metodologias Lean. Prosseguiu com o levantamento da situação inicial da organização em estudo ao nível das atividades de desenvolvimento de produto, práticas de gestão documental e operacional e ainda de atividades de suporte através da realização de inquéritos e medições experimentais. Este conhecimento permitiu criar um modelo de referência para a implementação de Lean Management nesta área específica do desenvolvimento de produto. Após implementado, este modelo foi validado pela sua experimentação prática e recolha de indicadores. A implementação deste modelo de referência permitiu introduzir na Unidade de Desenvolvimento de Produto e Sistemas (DPS) da organização INEGI, as bases do pensamento Lean, contribuindo para a criação de um ambiente de Respeito pela Humanidade e de Melhoria Contínua. Neste ambiente foi possível obter ganhos qualitativos e quantitativos nas várias áreas em estudo, contribuindo de forma global para um aumento da eficiência e eficácia da DPS. Prevê-se que este aumento de eficiência represente um aumento da capacidade instalada na Organização, pela redução anual de 2290 horas de desperdício (6.5% da capacidade total da unidade) e pela redução significativa em custos operacionais. Algumas das implementações de melhoria propostas no decorrer deste trabalho, após verificado o seu sucesso, extravasaram a unidade em estudo e foram aplicadas transversalmente à da organização. Foram também obtidos ganhos qualitativos, tais como a normalização de práticas de gestão documental e a centralização e agilização de fluxos de informação. Isso permitiu um aumento de qualidade dos serviços prestados pela redução de correções e retrabalho. Adicionalmente, com o desenvolvimento de uma nova ferramenta que permite a monitorização do estado atual dos projetos a nível da sua percentagem de execução (cumprimento de objetivos), prazos e custos, bem como a estimação das datas de conclusão dos projetos possibilitando o replaneamento do projeto bem como a detecção atempada de desvios. A ferramenta permite também a criação de um histórico que identifica o esforço horário associado à realização das atividades/tarefas das várias áreas de Desenvolvimento de Produto e desta forma pode ser usada como suporte à orçamentação futura de atividades similares. No decorrer do projeto, foram também criados os mecanismos que permitem o cálculo de indicadores das competências técnicas e motivações intrínsecas individuais da equipa DPS. Estes indicadores podem ser usados na definição por parte dos gestores dos projetos da composição das equipas de trabalho, dos executantes de tarefas individuais do projeto e dos destinatários de ações de formação. Com esta informação é expectável que se consiga um maior aproveitamento do potencial humano e como consequência um aumento do desempenho e da satisfação pessoal dos recursos humanos da organização. Este caso de estudo veio demonstrar que o potencial de melhoria dos processos associados ao desenvolvimento de produto através de metodologias de Lean Management é muito significativo, e que estes resultam em ganhos visíveis para a organização bem como para os seus elementos individualmente.

Field experiments for marine casualty detection with autonomous surface vehicles

In this paper we present a set of field tests for detection of human in the water with an unmanned surface vehicle using infrared and color cameras. These experiments aimed to contribute in the development of victim target tracking and obstacle avoidance for unmanned surface vehicles operating in marine search and rescue missions. This research is integrated in the work conducted in the European FP7 research project Icarus aiming to develop robotic tools for large scale rescue operations. The tests consisted in the use of the ROAZ unmanned surface vehicle equipped with a precision GPS system for localization and both visible spectrum and IR cameras to detect the target. In the experimental setup, the test human target was deployed in the water wearing a life vest and a diver suit (thus having lower temperature signature in the body except hands and head) and was equipped with a GPS logger. Multiple target approaches were performed in order to test the system with different sun incidence relative angles. The experimental setup, detection method and preliminary results from the field trials performed in the summer of 2013 in Sesimbra, Portugal and in La Spezia, Italy are also presented in this work.

Master's in Autonomous Systems: An Overview of the Robotics Curriculum and Outcomes at ISEP, Portugal

Robotics research in Portugal is increasing every year, but few students embrace it as one of their first choices for study. Until recently, job offers for engineers were plentiful, and those looking for a degree in science and technology would avoid areas considered to be demanding, like robotics. At the undergraduate level, robotics programs are still competing for a place in the classical engineering graduate curricula. Innovative and dynamic Master's programs may offer the solution to this gap. The Master's degree in autonomous systems at the Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), Porto, Portugal, was designed to provide a solid training in robotics and has been showing interesting results, mainly due to differences in course structure and the context in which students are welcomed to study and work.

Scalable Intelligence for Scheduling Systems

A personalização é um aspeto chave de uma interação homem-computador efetiva. Numa era em que existe uma abundância de informação e tantas pessoas a interagir com ela, de muitas maneiras, a capacidade de se ajustar aos seus utilizadores é crucial para qualquer sistema moderno. A criação de sistemas adaptáveis é um domínio bastante complexo que necessita de métodos muito específicos para ter sucesso. No entanto, nos dias de hoje ainda não existe um modelo ou arquitetura padrão para usar nos sistemas adaptativos modernos. A principal motivação desta tese é a proposta de uma arquitetura para modelação do utilizador que seja capaz de incorporar diferentes módulos necessários para criar um sistema com inteligência escalável com técnicas de modelação. Os módulos cooperam de forma a analisar os utilizadores e caracterizar o seu comportamento, usando essa informação para fornecer uma experiência de sistema customizada que irá aumentar não só a usabilidade do sistema mas também a produtividade e conhecimento do utilizador. A arquitetura proposta é constituída por três componentes: uma unidade de informação do utilizador, uma estrutura matemática capaz de classificar os utilizadores e a técnica a usar quando se adapta o conteúdo. A unidade de informação do utilizador é responsável por conhecer os vários tipos de indivíduos que podem usar o sistema, por capturar cada detalhe de interações relevantes entre si e os seus utilizadores e também contém a base de dados que guarda essa informação. A estrutura matemática é o classificador de utilizadores, e tem como tarefa a sua análise e classificação num de três perfis: iniciado, intermédio ou avançado. Tanto as redes de Bayes como as neuronais são utilizadas, e uma explicação de como as preparar e treinar para lidar com a informação do utilizador é apresentada. Com o perfil do utilizador definido torna-se necessária uma técnica para adaptar o conteúdo do sistema. Nesta proposta, uma abordagem de iniciativa mista é apresentada tendo como base a liberdade de tanto o utilizador como o sistema controlarem a comunicação entre si. A arquitetura proposta foi desenvolvida como parte integrante do projeto ADSyS - um sistema de escalonamento dinâmico - utilizado para resolver problemas de escalonamento sujeitos a eventos dinâmicos. Possui uma complexidade elevada mesmo para utilizadores frequentes, daí a necessidade de adaptar o seu conteúdo de forma a aumentar a sua usabilidade. Com o objetivo de avaliar as contribuições deste trabalho, um estudo computacional acerca do reconhecimento dos utilizadores foi desenvolvido, tendo por base duas sessões de avaliação de usabilidade com grupos de utilizadores distintos. Foi possível concluir acerca dos benefícios na utilização de técnicas de modelação do utilizador com a arquitetura proposta.

Estratificação da interação com o utilizador em ambientes de Realidade Virtual

A evolução tecnológica tem sido de tal ordem que a realidade virtual deixou de ser um mero conceito que apenas é possível de implementar recorrendo a máquinas com um poder de processamento muito elevado. Tendo em conta o potencial da realidade virtual e a não existência de boas práticas na criação da interface de um sistema que use este conceito, pretende-se, nesta dissertação, fazer um estudo sobre como pode ser analisada e estruturada a componente de interação através da estratificação de níveis de interação para as diferentes operações do sistema pretendido. Por forma a ser possível, posteriormente, comparar cada um dos sistemas relativamente à interação, foram estipulados um conjunto de ações/operações que teriam de ser passíveis de executar em cada um, bem como, um tema base, uma aplicação de realidade virtual de simulação de espaço aplicada ao sector mobiliário. Depois de implementados os sistemas, estes foram apresentados a um conjunto de pessoas que foram inquiridas sobre os mesmos, por forma a avaliar a interação com cada um. Através dos resultados obtidos da avaliação dos inquéritos entregues, foi possível concluir que, para uma grande parte das operações implementadas, existe uma preferência para que a realização da operação seja o mais similar à sua execução num contexto real.

Análise e implementação de melhorias no serviço Pós-Venda na área automóvel

No âmbito da unidade curricular de Dissertação/Projeto/Estágio, pertencente ao segundo ano do Mestrado em Engenharia Mecânica – Ramo de Gestão Industrial do Instituto Superior de Engenharia do Porto, o presente trabalho foi desenvolvido no Grupo JAP, Grupo do setor automóvel, desenvolvido especificamente no serviço pós-venda. Numa realidade bastante diferente de outros tempos onde havia grandes margens com a venda de produtos, hoje a realidade é bem diferente. Num contexto de competição global onde as margens são mais reduzidas, o serviço pós-venda, onde o cliente é acompanhado desde da compra até o fim de vida do produto, constitui uma fonte de receitas relevante bem como um diferenciador chave dentre as empresas de revenda automóvel. Por estas razões, são cada vez mais as empresas que seguem a filosofia Lean, orientando toda a sua estrutura produtiva no sentido de atingir zero desperdícios, sem interferir com a qualidade do produto final. A realização deste projeto teve como objetivo o desenvolvimento e adequação de ferramentas de melhoria e apoio ao serviço pós-venda no Grupo. Com a elaboração deste trabalho, pretende-se fazer uma análise a todo o processo do serviço pós-venda, identificando os problemas que ocorrem ao longo do processo e desenvolver um plano de ações de melhoria, utilizando para isso as ferramentas da metodologia Lean. Em primeiro lugar, fez-se uma análise do processo do serviço pós-venda e do serviço do armazém de peças, onde foram identificados alguns pontos de melhoria e recolhidos as primeiras informações para uma análise mais aprofundada de cada problema. Posteriormente, estabeleceu-se um plano de ações para eliminar ou minimizar os desperdícios encontrados no processo, aumentar a produtividade e a qualidade do serviço prestado ao cliente, e procedeu-se à implementação das melhorias. Após a implementação das melhorias, fez-se uma avaliação das mesmas e constatou-se um aumento de produtividade, uma redução de desperdícios e um aumento dos índices de qualidade. Em suma uma melhoria no serviço prestado ao cliente.