ISEP - DM – Engenharia Mecânica
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- Otimização do processo de Picking no armazém da Super Bock GroupPublication . PEREIRA, GABRIELA NEVES; Pereira, Marisa João GuerraA crescente competitividade dos mercados e a necessidade de melhoria contínua da eficiência operacional têm reforçado a importância da otimização dos processos logísticos, particularmente nas operações de armazenamento e preparação de encomendas. Neste contexto, o processo de picking assume um papel fundamental, uma vez que representa uma das atividades mais críticas e dispendiosas da gestão de armazéns, influenciando diretamente a produtividade, os custos operacionais e o nível de serviço prestado ao cliente. O presente trabalho foi desenvolvido no âmbito de um estágio curricular realizado na Rangel Logistics Solutions, nas instalações da Super Bock Group, tendo como principal objetivo analisar e identificar oportunidades de otimização na área de picking do armazém. Para tal, procedeuse à recolha e tratamento de dados operacionais obtidos através do sistema SAP, referentes aos movimentos de picking e à produtividade dos operadores. A metodologia adotada incluiu a aplicação da classificação ABC dos SKUs com base na frequência de visitas, a análise por tipologia de produto, a construção de heatmaps para representação visual da atividade operacional e a avaliação da complexidade das tarefas executadas pelos operadores. Estas abordagens permitiram caracterizar os padrões de movimentação dos produtos, identificar zonas de elevada atividade operacional e compreender os fatores que influenciam o desempenho do processo de picking. Os resultados obtidos evidenciam a existência de diferenças significativas na frequência de movimentação dos SKUs, bem como oportunidades de melhoria ao nível da organização do layout e da localização dos produtos. A utilização combinada das metodologias aplicadas permitiu fornecer uma visão detalhada da operação, contribuindo para a identificação de medidas suscetíveis de aumentar a eficiência operacional, reduzir deslocações desnecessárias e apoiar a tomada de decisão na gestão do armazém. Conclui-se que a aplicação de ferramentas de análise de dados e de metodologias de gestão logística constitui um importante suporte para a otimização das operações de picking, contribuindo para o aumento da produtividade e para a melhoria do desempenho global da cadeia de abastecimento.
- Estudo e implementação do Regulamento Máquinas no contexto da automação industrialPublication . PINHO, GONÇALO MARTINS; Santos, Adriano Manuel de Almeida; Pereira, Filipe Alexandre de SousaO Regulamento (UE) 2023/1230, publicado em junho de 2023 e aplicável a partir de 20 de janeiro de 2027, substitui a Diretiva 2006/42/CE e representa uma alteração profunda no quadro jurídico europeu de segurança de máquinas, ao introduzir requisitos específicos para software de segurança, cibersegurança, sistemas de aprendizagem autónoma e robótica colaborativa. A presente dissertação tem como objetivo estudar e aplicar este novo regulamento no contexto da automação industrial, analisar de forma estruturada os seus requisitos e traduzir em critérios concretos de conceção, integração e validação de sistemas. A metodologia adotada articula a análise regulamentar e normativa com o desenvolvimento de dois casos de estudo representativos de filosofias de segurança distintas: uma célula robotizada segregada, baseada em segregação física e controlo de acessos, e uma célula robotizada colaborativa, onde operador e robô partilham o mesmo espaço de trabalho em condições controladas. Para cada caso são identificados os limites do sistema, os modos de operação, os perigos, o nível de desempenho requerido das funções de segurança e a arquitetura de controlo correspondente. Os resultados demonstram que ambas as abordagens permitem atingir conformidade com o novo regulamento, embora com exigências técnicas e documentais distintas. A análise comparativa evidencia que a robótica colaborativa introduz maior complexidade na definição e validação das funções de segurança, o que exige uma integração mais rigorosa entre sensores, lógica de comando e comportamento do robô.
- Análise analítica e computacional da estabilidade ao fogo de colunas SHS em aço carbono e inoxidávelPublication . SÔLHA, DIOGO ANDRÉ MESQUITA MOREIRA OSÓRIO; Fonseca, Elza Maria MoraisA presente dissertação de mestrado aborda o estudo computacional e analítico da estabilidade de colunas tubulares à compressão sob a ação do fogo, tendo sido avaliado o comportamento dos diferentes materiais em estudo, S235, EN 1.4401/1.4404 e EN 1.4462. Numa primeira fase, determinou-se a resistência à encurvadura linear elástica, a resistência plástica e a resistência à encurvada não linear, de acordo com as equações dos Eurocódigos, para a temperatura ambiente e para temperaturas elevadas até 800°C. De seguida, foram desenvolvidas metodologias computacionais para cada tipologia de coluna em análise. Os resultados para a resistência à encurvadura linear elástica mostraram que a diferença relativa entre a análise analítica e computacional permanece uniforme, sendo esta exclusivamente dependente da variação do módulo de elasticidade do material com a temperatura. A avaliação computacional da resistência plástica das colunas foi restrita pelo elevado tempo computacional necessário, contudo, concluiu-se que a metodologia implementada sobrestima a capacidade analítica das secções em estudo. Nesta investigação conclui-se que a formulação analítica tende a subestimar a resistência de encurvadura não linear das colunas com esbelteza generalizada superior a 1 e a sobrestimar as colunas mais compactas, à temperatura ambiente. Contudo, a 600°C registou-se uma inversão drástica de comportamento para o aço ao carbono S235, onde a formulação analítica subestimou significativamente a capacidade de carga de encurvadura não linear para colunas mais compactas. Por outro lado, as colunas de aço inoxidável mantiveram a tendência observada à temperatura ambiente, verificando-se alteração de comportamento apenas nas duas colunas mais compactas de EN 1.4462. Posteriormente, realizaram-se estudos térmicos e termomecânicos desacoplados, nos quais se validou a capacidade do gesso de atuar como barreira térmica, mitigando a degradação das propriedades mecânicas do aço quando exposto à ação da curva de incêndio padrão. Ficou evidenciada a importância da localização da proteção, sendo esta maximizada para a situação estudada, quando aplicada na extremidade encastrada da coluna, onde os esforços mecânicos são mais críticos. Por último, o campo de temperatura complexo, gerado pela proteção parcial do gesso, alertou para o fenómeno de migração da zona de falha mecânica, alargando perspetivas para os trabalhos futuros no âmbito do dimensionamento na segurança contra incêndios.
- Melhoria do SMED na Produção de Componentes pelo Processo de Injeção numa Empresa do Setor AutomóvelPublication . SANTOS, FILIPE MANUEL MARTINO DOS; Pereira, Marisa João GuerraA presente dissertação foi desenvolvida no âmbito de um estágio curricular realizado na INPLAS, tendo como finalidade apoiar a implementação da metodologia Single-Minute Exchange of Die (SMED) e dos princípios do Lean Manufacturing, com vista à redução dos tempos de setup, à padronização dos processos e à melhoria da eficiência operacional. O trabalho iniciou-se com uma revisão bibliográfica, abrangendo os temas do Lean Manufacturing, da metodologia Single- Minute Exchange of Die (SMED), de ferramentas complementares de melhoria contínua e de métodos de medição de desempenho. Subsequentemente, procedeu-se à análise da situação atual da empresa, das atividades desenvolvidas pela equipa SMED e dos processos produtivos associados. Com base nos problemas identificados e nas necessidades manifestadas pela organização, foram implementadas diversas ações de melhoria, nomeadamente a reorganização e reimplementação das check-lists SMED, a criação de uma nova área SMED, a melhoria do controlo visual e logístico dos moldes e do material de peças de reposição (MPR), bem como, a análise do sistema de abastecimento centralizado de matéria-prima, complementada por propostas de melhoria e pela implementação de controlos visuais. Os resultados obtidos evidenciaram uma melhoria na organização dos processos, um maior controlo sobre as atividades realizadas, a redução de desperdícios de tempo e a identificação de oportunidades de melhoria a explorar em intervenções futuras.
- Dimensionamento de um reator de leito fluidizado borbulhante para produção de bio-óleo a partir da biomassaPublication . FONSECA, DANIEL CARLOS; Ribeiro, Albina Maria de Sá; Pimenta, Maria Paula NetoEsta dissertação apresenta o dimensionamento de um reator de leito fluidizado borbulhante para a produção de bio-óleo a partir da pirólise rápida de biomassa de eucalipto. A motivação principal do trabalho insere-se no contexto da transição energética e da crescente necessidade de desenvolver tecnologias de conversão de biomassa capazes de produzir vetores energéticos renováveis com potencial para substituir, parcial ou totalmente, os combustíveis fósseis em aplicações de produção de calor e geração de energia. Num primeiro momento, procedeu-se à caracterização da biomassa, com particular enfoque no eucalipto, pela sua elevada disponibilidade em Portugal, produtividade florestal e ampla documentação na literatura. A biomassa é caraterizada em termos da sua composição elementar, da análise próxima, e das suas principais propriedades termoquímicas relevantes para processos de pirólise. Em seguida, foi efetuada uma revisão do estado da arte sobre a pirólise rápida de biomassa, os tipos de reatores mais utilizados e os fatores operacionais que influenciam os rendimentos em bio-óleo, carbonizado e gás. A parte central do trabalho é dedicada ao estudo da fluidização e ao dimensionamento de um reator de leito fluidizado borbulhante. Para tal foram aplicadas correlações empíricas com o objetivo de definir as condições de operação, nomeadamente a velocidade superficial do gás e de dimensionar os principais componentes do reator, incluindo a altura da zona do leito e o distribuidor de gás. Com base em balanços de massa e de energia, e depois de definidas todas as correntes do processo foi determinada a potência térmica requerida e definiu-se o aproveitamento energético dos produtos da pirólise. Os resultados obtidos indicaram que, para as condições de operação de 500 °C e uma alimentação de 2 kg/h de biomassa seca é necessário um caudal de azoto de 1,13 L/s pré aquecido a 500 °C. O diâmetro do reator foi fixado em 76 mm e tendo-se obtido uma altura da zona do leito entre 157 mm e 925 mm fixou-se para altura do reator 500 mm. O distribuidor foi dimensionado com 13 orifícios. De acordo com o balanço de energia obteve-se uma potência térmica de 2 kW, para manter as condições de operação, sendo também necessário 0,3 kW para pré aquecer o azoto. O estudo demonstra que o dimensionamento proposto é tecnicamente viável e que o reator de leito fluidizado borbulhante constitui uma solução com potencial para a valorização energética da biomassa de eucalipto, contribuindo para a diversificação das fontes de energia renovável e para a redução das emissões associadas ao uso de combustíveis fósseis.
- The influence of leadership and organizational culture in operational performancePublication . OLIVEIRA, ANDRÉ JOAQUIM PEREIRA; Sá, José Carlos Vieira deOperational Excellence has become a strategic priority for organizations seeking to sustain longterm performance and efficiency in volatile industrial environments. While continuous improvement models like Lean Management provide framework guidelines, implementations frequently fail due to insufficient focus on human and cultural dynamics. This dissertation investigates the interaction between leadership styles (authentic, transformational, and transactional), organizational culture typologies, and employee behaviors, assessing their downstream effects on operational performance. Utilizing a sequential mediation framework based on the Shingo principles, this research examines a cross-border empirical sample of sixteen (n = 16) industrial and manufacturing organizations distributed evenly between Portugal and Ireland and tries to answer to the following research question “Which leadership style most strongly fosters employee commitment towards enhanced operational performance?”. Methodological triangulation was maintained by conducting semi-structured interviews across distinct organizational tiers within each organization, with qualitative data subsequently processed using webQDA thematic coding. The empirical findings reveal that authentic and transformational leadership styles act as critical catalysts that positively shape organizational culture and drive employee commitment. This behavioral alignment sequentially mediates and optimizes operational performance indicators, particularly in quality, productivity, and delivery metrics. Conversely, transactional frameworks demonstrate limitations in sustaining long-term continuous improvement. This study contributes a novel, empirical validation of the Shingo model's behavioral dimensions, providing industrial managers with a practical, human-centric roadmap to bridge the gap between technical Lean tools and sustainable operational excellence.
- Estudo numérico da propagação da fratura num suporte de um Dispositivo de Proteção Lateral com recurso a Métodos sem MalhaPublication . ALVES, BRUNO MIGUEL FERREIRA; Belinha, Jorge Américo de Oliveira PintoEsta dissertação de mestrado apresenta o estudo numérico de propagação de fratura num suporte de fixação vertical de um Lateral Protection Device (LPD) aplicado a veículos pesados de mercadorias. Um LPD constitui um componente mecânico crítico no âmbito da segurança rodoviária passiva, projetado de acordo com o Regulamento n.º 73 da United Nations Economic Commission for Europe (UNECE) para mitigar as consequências de colisões laterais e evitar o esmagamento de peões, ciclistas e motociclistas sob a estrutura do veículo pesado. Face à severidade operacional do setor automóvel, o componente pode estar sujeito a severos fenómenos de concentração de tensões. A simulação numérica através do tradicional método dos elementos finitos apresenta limitações, nomeadamente a dependência de uma malha com conectividade fixa e a necessidade de algoritmos de reconstrução de malha computacionalmente onerosos para simular a propagação de fissuras. Como alternativa para superar estes obstáculos, neste trabalho investigam-se os Métodos sem Malha, com foco no método Radial Point Interpolation Method (RPIM) e o Natural Neighbour Radial Interpolation Method (NNRPIM). Assim, o objetivo principal consiste em prever e analisar de forma rigorosa as trajetórias de fratura e a distribuição dos campos de tensão no suporte estrutural elaborado sob diferentes cenários de solicitação. Procura-se, deste modo, validar a eficiência e a fiabilidade dos métodos sem malha na análise de componentes da indústria automóvel. A metodologia adotada compreendeu a implementação numérica e paramétrica de diferentes casos de estudo no software computacional Finite Element and Meshless Analysis Software (FEMAS), integrando pré-fendas nas faces inferior e superior da peça. Além do método dos elementos finitos, foram aplicados o Radial Point Interpolation Method (RPIM) e o Natural Neighbour Radial Interpolation Method (NNRPIM), formulados sob o princípio dos trabalhos virtuais. A direção e o avanço autónomo da fratura foram definidos pelo critério da Tensão Tangencial Máxima. Os resultados geométricos demonstram uma forte correspondência na propagação das trajetórias da fratura geradas pelas abordagens sem malha e o modelo de referência em elementos finitos. Na análise dos campos de tensão, constatou-se que o desempenho dos métodos sem malha face ao método dos elementos finitos, proporciona uma maior nitidez cromática, mapeando o nível de tensões e a transição de tensões de forma contínua, fluida e suave. Conclui-se que os métodos sem malha assumem-se como alternativas computacionais robustas, viáveis e precisas. A supressão de restrições de conectividade fixa baseada em elementos permitiu capturar a descontinuidade física da fratura de forma contínua e automatizada, mitigando o custo computacional associado a processos de construção de malha sucessivos. Por fim, o estudo paramétrico evidenciou que a localização da pré-fenda imposta condiciona não só a magnitude dos picos de tensão, mas também a estabilidade do componente.
- Avaliação do comportamento de compósitos à fluência e à relaxaçãoPublication . AZEVEDO, ANA CRISTINA FARIA RODRIGUES DE; Castro, Manuel Jorge Dores de; Magalhães, António GonçalvesA presente dissertação avalia o comportamento à fluência e à relaxação de polímeros e compósitos de matriz termoplástica reforçados com fibra de carbono, com o objetivo de compreender a resposta viscoelástica destes materiais e a adequação de modelos lineares à sua representação. Para o efeito, foi realizada uma revisão bibliográfica sobre materiais compósitos, mecanismos de deformação dependentes do tempo, processamento de matrizes termoplásticas e modelos viscoelásticos clássicos. Foram também desenvolvidos e analisados modelos baseados em associações de molas e amortecedores, recorrendo a transformadas de Laplace para a sua aplicação aos ensaios experimentais. A componente experimental incluiu a caracterização mecânica de polietileno teraftalato, policarbonato e compósitos reforçados com fibra de carbono, obtidos por pultrusão e por compressão, seguida da realização de ensaios de fluência e relaxação em tração e flexão. Os resultados mostraram que o modelo generalizado de Maxwell permite aproximar adequadamente a resposta experimental, sobretudo para pequenas deformações. Verificou-se ainda que o reforço reduz a evolução viscoelástica quando contribui diretamente para a rigidez do provete, enquanto orientações menos favoráveis tornam o comportamento mais dependente da matriz e da qualidade de consolidação.
- A hierarchical data-driven approach for last-mile delivery route planning using LSTM-based district sequencingPublication . VAZ, ANA RITA SIMÕES DO PAÇO E; Ramos, António José Galrão; Salimi, FarzamLast-mile delivery route planning in large-scale urban contexts is a complex problem, where direct optimisation at the stop level can become computationally demanding and difficult to interpret operationally. This dissertation develops and evaluates an integrated hierarchical data-driven approach to route planning, combining capacity-based grouping, LSTM-based district sequencing, and stop-level route construction. The study uses historical operational data from a parcel delivery company operating in the Porto region, structured according to a three-level district hierarchy. The use of historical routes is motivated by the assumption that they contain not only spatial visitation patterns but also tacit knowledge accumulated by drivers through daily operational experience. After data preparation, cleaning and validation, the final dataset comprised 507 624 records, 8 236 routes and 156 operational days. The proposed grouping strategy generated capacity-compatible groups while preserving the hierarchical district structure, producing 701 groups across the 17 test days, all respecting the maximum vehicle capacity. District sequencing was formulated as a hierarchical sequential prediction task, with independent LSTM models trained at the L1, L2, and L3 levels. The results showed that the model was especially effective at the most aggregated level and remained competitive at lower levels. The final integrated solution transformed the generated groups into complete stop-level routes, combining learned historical patterns with spatial continuity rules. Compared with the historical routes, the proposed solution reduced the estimated total distance, although the CVRP baseline produced lower distances by directly optimising at the stop level. Overall, the results show that the proposed approach delivers a fast, modular, and interpretable solution to large-scale last-mile delivery planning, balancing capacity feasibility, territorial coherence, and historical operational knowledge.
- Análise estrutural de um quadro tubular de um veículo de Fórmula SAE recorrendo ao método dos elementos finitosPublication . SEABRA, ABEL JOAQUIM MACHADO; Belinha, Jorge Américo de Oliveira Pinto; Rodrigues, Daniel do Espírito SantoNas competições de Formula Student, não basta a equipa construir um quadro tubular seguro, é obrigatório prová-lo matematicamente. O regulamento exige a submissão de uma Structural Equivalency Spreadsheet (SES), um documento onde a equipa deve demonstrar, através de cálculo estrutural, que o seu chassis iguala ou supera a rigidez e resistência de uma estrutura de referência definida pelo regulamento, sob pena de reprovação técnica antes mesmo do carro chegar à pista. Este contexto é precisamente onde a análise estrutural deixa de ser uma boa prática para se tornar um requisito de admissão à competição, que o Método dos Elementos Finitos (MEF) se torna indispensável. Só através da simulação numérica é possível prever, com rigor suficiente, o comportamento de uma estrutura tubular irregular sujeita a carregamentos combinados de impacto, torção e flexão. Este trabalho desenvolve-se ao longo de duas vertentes complementares. A primeira consiste numa revisão estruturada do estado da arte dos métodos numéricos de análise estrutural não linear aplicada a estruturas tubulares, abrangendo formulações incrementais-iterativas, não linearidade geométrica, não linearidade material e fenómenos de instabilidade estrutural. A segunda frente consiste na aplicação prática destes conceitos à análise e otimização de um chassis tubular para um protótipo Formula Student Eléctrico, através de simulação por elementos finitos utilizando o software SolidWorks Simulation. O modelo foi discretizado com elementos de viga e sujeito a um estudo de convergência de malha, fixando o tamanho global do elemento em 10 mm como um compromisso entre precisão e custo computacional. Foram realizadas análises estáticas de impactos frontal e lateral, análises de rigidez torcional nos eixos dianteiro e traseiro, e análises modais com o chassis livre e carregado. O chassis original, com um peso de 56 kg, demonstrou estar estruturalmente sobredimensionado em todos os cenários de carga analisados, com valores de tensão combinada máxima muito abaixo do limite de cedência do material, apresentando níveis de tensão muito baixos nos seus membros. Consequentemente, foi realizada uma otimização geométrica da estrutura, resultando numa redução de massa de 16 kg em comparação com o chassis original. Isto foi alcançado sem comprometer a integridade estrutural do chassis e sem modi car a triangulação. Embora se tenha observado uma diminuição na rigidez torcional, o seu valor continua a ser considerado ótimo pela literatura.