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103Outubro,
2013
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Utilizando Delineamento de Composto Central para otimização do processo
Delineamento de Experimentos (DOE) é um conjunto de técnicas que giram em torno do estudo da influência de diferentes variáveis do
resultado de uma experiência controlada.
Na maior parte dos casos, envolve a identificação das variáveis ou fatores que afetam um produto ou processo de forma independente, e em
seguida, estuda os seus efeitos sobre a variável dependente ou de resposta.
Neste artigo, iremos apresentar um exemplo de como utilizar Design de Composto Centrais no DOE++, para determinar a configuração dos
fatores que resultariam em um ótimo valor de resposta.
Um experimento é conduzido para determinar o fator ótimo de um processo de soldagem de arco submerso aplicado ao aço.
Quatro fatores irão afetar a Resistencia à tração das partes soldadas: corrente, voltagem, stick out e o ângulo.O objetivo é determinar as
configurações que irão maximizar a resistência à tração. A tabela a seguir exibe as configurações iniciais do processo de soldagem:
Tabela 1: Código dos níveis para cada variável
Modelo
A equação polinomial de segunda ordem é utilizada para expressar a tração como uma função de variáveis independentes
Ao qual y representa Resistencia a tração (kgf)
Os coeficientes de resposta da equação de superfície podem ser determinados com a aplicação do software DOE++.
Crie o Experimento
No DOE ++, crie um projeto e adicione um fólio padrão que use o design Composto Central. Use as configurações mostradas a seguir.
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Clique no botão Propriedades dos Fatores e digite as configurações iniciais, como mostrado a seguir.
A folha de dados a seguir mostra a tabela de projeto resultante (usando valores codificados) e do correspondente efeito dos fatores sobre a
resistência à tração.
O projeto usa 31 diferentes combinações escolhidas de forma aleatória. O efeito de cada combinação é gravado na coluna "Tensão".
Resultados e Discussão
A análise estatística indica que o modelo é adequado, não possuindo significativa falta de ajuste e com um valor muito satisfatório para o R-Qdr
(0,985). Quanto mais próximo o valor à unidade, melhor o modelo empírico se ajusta aos dados reais.
Os efeitos da corrente, tensão, stick out e ângulo na tensão da solda também são mostrados na tabela de Informações de Regressão e nos
seguintes gráficos 3D.
Figura 1: Gráficos de RSM e Contorno da Corrente e Voltagem
Figura 2: Gráficos de RSM e Contorno da corrente e sitck out
Figura 3: Gráficos de RSM e Contorno para corrente e Ângulo
Otimização
Clique no ícone de configurações de otimização no painel de controle
Na tela de configurações de resposta, utilize as configurações exibidas abaixo
Clique em Ok para fechar a janela e plotar a solução otimizada, conforme a figura abaixo.
Portanto, as configurações ideais para o processo são: corrente = 300 ampères, tensão= 30 volts, stick out = 45 milímetros e o ângulo= 63,255
graus. Embora a configuração ideal do ângulo seja de 63,255 graus, é muito difícil de configurá-lo para este valor, assim os engenheiros de
processo decidiram usar 60 graus como a configuração final.
Para estimar a resistência a tração da solda para estas configurações, utilize a ferramenta Predição. Insira os valores das configurações
otimizadas conforme abaixo e clique em calcular. A resistência à tração da solda foi estimada em 7.716,9811 kgf.
Referências:
Sathavornvichit, N., Bookkamana, P., and Plubin, B. "Central Composite Design in Optimization of the Factors of Automatic Flux Cored Arc
Welding for Steel ST37" in Proceedings IMT-GT Regional Conference on Mathematics, Statistics and Applications, Penang, Malaysia 2006.
Myer, R. and Montgomery, D.C., Response Surface Methodology, New York: John Wiley, 2002.
Box, G.E.P., Hunter, W.G., Hunter, J.S., Statistics for Experimenters, New York: John Wiley, 1978.
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