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Publicação
Product optimization using decision support tools
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Resumo(s)
The transition to a circular economy is currently a strategic priority in various industrial sectors, with the aim of increasing resource efficiency, reducing environmental impact, and extending product life cycles. However, the practical application of circularity principles to the redesign of existing industrial equipment remains a significant challenge. A review of the state of the art revealed an important gap: the lack of structured and integrative frameworks that guide product development and optimization, reconciling environmental, functional, and economic criteria. In this context, this work aims to develop and apply a circularity framework to support the redesign process of existing industrial equipment, specifically a stone cutting machine. The proposed framework is based on Lean Design-for-X principles and consolidated product engineering practices, combining digital tools, namely Solidworks and its simulation and sustainability modules, technical approaches gathered from the literature, and quantitative criteria for assessing structural, environmental, and economic performance. The methodology adopted followed an iterative approach, based on computer-aided engineering analyses and
finite element simulations, applied to the redesign of two critical structural components, the vertical supports and longitudinal beam. Several geometric and material alternatives were studied and designed aiming to improve stress distribution, reduce total mass, lower manufacturing costs, and minimize the environmental footprint, while ensuring that the company's functional requirements were met, namely structural integrity, displacement limits, and production feasibility. The results obtained demonstrated that the application of the
framework allowed balanced solutions to be achieved, integrating structural performance, sustainability, and comparative analysis of material costs. The final selection of configurations resulted directly from the framework-guided process, which provided clear criteria for evaluating the different alternatives in relation to the project objectives. Both the longitudinal beam and the vertical supports were optimized to ensure structural robustness and production efficiency, exploring more sustainable material options and proposals to improve the energy
efficiency of the equipment, while remaining within the functionality and manufacturing parameters stipulated by the company. This research thus validated the practical applicability of the proposed framework and confirmed its usefulness as a tool to support the development of more circular and sustainable solutions, also contributing to increasing the competitiveness of products in the market by assisting, from the design and conception phase, in the creation of efficient solutions aligned with current environmental and economic requirements. In practical terms, the requirements initially defined by the company were met, including aspects
related to structural performance, reduction of environmental impacts, and cost containment. In addition, the framework has broad potential for application to other types of equipment and industrial sectors, enabling companies to implement circular economy strategies from the early stages of design and redesign.
A transição para uma economia circular constitui atualmente uma prioridade estratégica em diversos setores indústrias, com o objetivo de aumentar a eficiência dos recursos, reduzir o impacto ambiental e prolongar o ciclo de vida dos produtos. No entanto, a aplicação prática de princípios de circularidade ao redesign de equipamentos industriais existentes continua a representar um desafio significativo. A revisão do estado da arte revelou uma lacuna importante: a inexistência de frameworks estruturados e integradores que orientam o desenvolvimento e a otimização de produtos, conciliando critérios ambientais, funcionais e económicos de forma equilibrada. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver e aplicar uma framework de circularidade para apoiar o processo de redesign de um equipamento industrial existente, concretamente uma máquina de corte de pedra. A framework proposta baseia-se em princípios Lean Design-for-X e em práticas consolidada de engenharia de produto, combinando ferramentas digitais, nomeadamente o Solidworks e os seus módulos de simulação e sustentabilidade, abordagens técnicas recolhidas da literatura e critérios quantitativos para avaliação de desempenho estrutural, ambiental e económico. A metodologia adotada seguiu uma abordagem iterativa, com base em análises de engenharia assistida por computador e simulações de elementos finitos, aplicadas ao redesign de dois componentes estruturais críticos, os suportes verticais e viga longitudinal. Diversas alternativas geométricas e materiais foram estudadas e projetados com o objetivo de melhorar a distribuição de tensões, reduzir a massa total, diminuir os custos de fabrico e minimizar a pegada ambiental, assegurando simultaneamente que os requisitos funcionais da empresa fossem cumpridos, nomeadamente a integridade estrutural, os limites de deslocamento e a viabilidade de produção. Os resultados obtidos demonstraram que a aplicação da framework permitiu alcançar soluções equilibradas, integrando desempenho estrutural, sustentabilidade e analise comparativa de custos de materiais. A seleção final das configurações resultou diretamente do processo guiado pela framework, que forneceu critérios claros para avaliar as diferentes alternativas em função dos objetivos do projeto. Tanto a viga longitudinal como os suportes verticais foram otimizados por forma a assegurar a robustez estrutural e a eficiência de produção, explorando opções de materiais mais sustentáveis e propostas para melhorar a eficiência energética do equipamento, mantendo-se dentro dos parâmetros de funcionalidade e de fabrico estipulados pela empresa. Esta investigação permitiu, assim, validar a aplicabilidade prática da framework proposta e confirmar a sua utilidade como ferramenta de apoio ao desenvolvimento de soluções mais circulares e sustentáveis, contribuindo também para aumentar a competitividade dos produtos no mercado ao auxiliar, desde a fase de projeto e conceção, a criação de soluções eficientes e alinhadas com a exigências ambientais e económicas atuais. Em termos práticos, os requisitos definidos inicialmente pela empresa foram cumpridos, incluindo aspetos relacionados com o desempenho estrutura, a redução de impactos ambientais e contenção de custos. Para alem disso, a framework apresenta um potencial alargado de aplicação a outros tipos de equipamentos e setores industriais, permitindo às empresas implementar estratégias de economia circular desde as fases iniciais design e redesign.
A transição para uma economia circular constitui atualmente uma prioridade estratégica em diversos setores indústrias, com o objetivo de aumentar a eficiência dos recursos, reduzir o impacto ambiental e prolongar o ciclo de vida dos produtos. No entanto, a aplicação prática de princípios de circularidade ao redesign de equipamentos industriais existentes continua a representar um desafio significativo. A revisão do estado da arte revelou uma lacuna importante: a inexistência de frameworks estruturados e integradores que orientam o desenvolvimento e a otimização de produtos, conciliando critérios ambientais, funcionais e económicos de forma equilibrada. Neste contexto, o presente trabalho tem como objetivo desenvolver e aplicar uma framework de circularidade para apoiar o processo de redesign de um equipamento industrial existente, concretamente uma máquina de corte de pedra. A framework proposta baseia-se em princípios Lean Design-for-X e em práticas consolidada de engenharia de produto, combinando ferramentas digitais, nomeadamente o Solidworks e os seus módulos de simulação e sustentabilidade, abordagens técnicas recolhidas da literatura e critérios quantitativos para avaliação de desempenho estrutural, ambiental e económico. A metodologia adotada seguiu uma abordagem iterativa, com base em análises de engenharia assistida por computador e simulações de elementos finitos, aplicadas ao redesign de dois componentes estruturais críticos, os suportes verticais e viga longitudinal. Diversas alternativas geométricas e materiais foram estudadas e projetados com o objetivo de melhorar a distribuição de tensões, reduzir a massa total, diminuir os custos de fabrico e minimizar a pegada ambiental, assegurando simultaneamente que os requisitos funcionais da empresa fossem cumpridos, nomeadamente a integridade estrutural, os limites de deslocamento e a viabilidade de produção. Os resultados obtidos demonstraram que a aplicação da framework permitiu alcançar soluções equilibradas, integrando desempenho estrutural, sustentabilidade e analise comparativa de custos de materiais. A seleção final das configurações resultou diretamente do processo guiado pela framework, que forneceu critérios claros para avaliar as diferentes alternativas em função dos objetivos do projeto. Tanto a viga longitudinal como os suportes verticais foram otimizados por forma a assegurar a robustez estrutural e a eficiência de produção, explorando opções de materiais mais sustentáveis e propostas para melhorar a eficiência energética do equipamento, mantendo-se dentro dos parâmetros de funcionalidade e de fabrico estipulados pela empresa. Esta investigação permitiu, assim, validar a aplicabilidade prática da framework proposta e confirmar a sua utilidade como ferramenta de apoio ao desenvolvimento de soluções mais circulares e sustentáveis, contribuindo também para aumentar a competitividade dos produtos no mercado ao auxiliar, desde a fase de projeto e conceção, a criação de soluções eficientes e alinhadas com a exigências ambientais e económicas atuais. Em termos práticos, os requisitos definidos inicialmente pela empresa foram cumpridos, incluindo aspetos relacionados com o desempenho estrutura, a redução de impactos ambientais e contenção de custos. Para alem disso, a framework apresenta um potencial alargado de aplicação a outros tipos de equipamentos e setores industriais, permitindo às empresas implementar estratégias de economia circular desde as fases iniciais design e redesign.
Descrição
Palavras-chave
Circularity Design-for-X Lean Design-for-X product development product optimization structural analysis Stone Cut Mill Master Desenvolvimento do produto Otimização de produto Circularidade Análise estrutural