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Claudius Peters

Fabricante de equipamento pesado transforma a projeção generativa em realidade

O futuro da construção

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Fotos cortesia da LimbForge

Novas tecnologias de desenvolvimento do produto preparam uma empresa centenária para o futuro da indústria transformadora

A Claudius Peters, uma empresa com 113 anos no fabrico de equipamento para processamento de materiais volumosos, está a passar por uma fase de transformação para se tornar numa empresa digital do século XXI. A projeção generativa foi decisiva para a empresa, oferecendo uma forma nova e radical de abordar a projeção e a otimização do produto. Ao adaptar esta tecnologia (associada, normalmente, à impressão em 3D) aos métodos de fabrico tradicionais, a empresa está a desenvolver produtos mais rentáveis num mercado industrial que se preocupa com os preços. Utilizar a projeção generativa na indústria transformadora pesada ajuda a reduzir a quantidade de material, os custos energéticos e os prazos de entrega, tornando a Claudius Peters mais competitiva em tempos de mudança.

Uma empresa da velha guarda adere à mudança

A empresa de fabrico alemã Claudius Peters é um exemplo de "indústria pesada": produz maquinaria industrial de grandes dimensões e linhas de produção para os setores do cimento, do aço, do gesso e do alumínio. "Somos especialistas em lidar com materiais volumosos", afirma Thomas Nagel, diretor de operações na Claudius Peters (CP). Além da sede perto de Hamburgo, na Alemanha, a empresa tem 12 escritórios regionais no continente americano, na Europa e na Ásia.

Fundada em 1906, há mais de 100 anos que a CP fabrica produtos industriais de grandes dimensões e de capital intensivo, como faixas transportadoras, silos ou moinhos de trituração. Em vez de depender apenas da sua história respeitável, Nagel, na qualidade de diretor digital, está a ajudar a empresa a criar uma reputação como líder mundial na inovação digital. Em 2014, a Claudius Peters iniciou uma jornada rumo à inovação, com o objetivo de melhorar os resultados dos negócios, relacionados com os custos, a qualidade, a rapidez de entrega e a satisfação do cliente. Mas a empresa chegou à conclusão de que, para manter a competitividade no século XXI, é preciso mais do que apenas um novo software. Em 2018, a CP iniciou uma nova transformação para uma empresa mais ágil, na qual necessitou de novas capacidades digitais e de uma cultura com foco no projeto, na experimentação e na iteração.

Thomas Nagel, diretor de operações e diretor digital da Claudius Peters, na sede da empresa em Buxtehude, perto de Hamburgo, na Alemanha.

Começa a caminhada para a inovação

Trabalhar com parceiros tecnológicos como a Autodesk tem sido fundamental na caminhada para a inovação da Claudius Peters. A CP adotou novas ferramentas, incluindo o BIM 360 (inglês), para interligar processos desde as vendas, à engenharia, ao projeto, ao fabrico e à montagem. A empresa também encontrou novas formas de agilizar os processos de fabrico, através do Inventor e da análise do FEM (método de elemento finito). Para instalar as suas máquinas, a CP começou a utilizar digitalizações em 3D de captura da realidade com o ReCap e o Navisworks para recolher dados nas instalações do cliente e poder, em seguida, entregar rapidamente os ficheiros às equipas de engenharia e projeto na Alemanha. "Tal, permitiu que fizéssemos o nosso trabalho mais rapidamente, com maior qualidade e a um custo reduzido, resultando, assim, numa maior satisfação do cliente.", afirma Nagel.

“Mas a nossa inovação não acabou por aqui.", acrescenta. Inspirado por uma demonstração da projeção generativa no Fusion 360, Nagel organizou um workshop de quatro horas para que a equipa da CP pudesse aprender mais sobre esta tecnologia emergente.

O software de projeção generativa (inglês) da Autodesk assume os objetivos e as limitações do projeto e explora as possíveis variantes de uma solução de projeto, gerando rapidamente várias opções por onde escolher. Após fazer testes com algumas peças genéricas, a equipa decidiu tentar usar a projeção generativa para otimizar uma das peças de um dos produtos principais da CP no setor do cimento: um refrigerador de clínquer.

Nagel (à direita) analisa o projeto da peça do refrigerador de clínquer com a equipa da Claudius Peters.

O que é um refrigerador de clínquer?

Desde os seus primórdios, o setor do cimento tem sido um dos alicerces da Claudius Peters. Os fabricantes de cimento misturam pedra britada e aquecem-na dentro de um forno a 1450 °C, fundindo as pequenas partículas em pedaços, chamados "clínquer" (uma espécie de cimento numa fase básica do fabrico). O clínquer a ferver é colocado num dispositivo de arrefecimento, uma máquina de grandes dimensões com 50 por 25 metros. O ar arrefece o clínquer até aos 100 °C, à medida que passa pelo refrigerador. Em seguida, é moído e misturado com outros ingredientes para formar o cimento.

A CP iniciou o fornecimento de refrigeradores clínquer ao setor no início da década de 1950, produzindo mais de 700 dispositivos ao longo de 60 anos. Mas a produção de clínquer consome muita energia, tornando o setor do cimento um dos maiores emissores de gases CO2 do mundo.

No início dos anos 2000, a CP começou a desenvolver um refrigerador de clínquer pensado para poupar energia: o refrigerador ETA, nome inspirado pelo símbolo grego “η” (“eta”), que simboliza a eficiência energética. "Uma das maiores vantagens do nosso refrigerador ETA é a sua grande eficiência térmica." refere Nagel. "Esta poupança energética pode ajudar a reduzir o impacto negativo da produção de cimento no ambiente." Hoje, o principal negócio da CP é substituir os refrigeradores de clínquer existentes por refrigeradores ETA, para aumentar a eficiência das fábricas de cimento.

O refrigerador ETA na fábrica de cimento Holcim Untervaz, na Suíça, é uma máquina de grandes dimensões, com quase metade do tamanho de um campo de futebol. Imagem cedida pela Claudius Peters.

A projeção generativa produz resultados surpreendentes

A CP decidiu utilizar a projeção generativa para otimizar uma das peças do refrigerador ETA, ou seja, uma peça em metal maciço, recentemente reprojetada para remover o material em excesso através de métodos de projeção tradicionais. Cada um dos refrigeradores tem 50 a 60 peças deste estilo, juntas numa linha de transporte que move o clínquer derretido pelo refrigerador ETA. "Esta peça fundida tem sido otimizada vezes sem conta", afirma Maximilian Lerch, engenheiro de projeto da CP. "O objetivo era reduzir o peso e o respetivo custo do metal. Uma otimização do peso, por mais pequena que fosse, teria um grande impacto.

“Foi muito interessante ver todos os engenheiros reunidos em volta do ecrã do computador, a observar a projeção generativa a criar uma peça forte e otimizada, a partir de quase nada, apenas as limitações", acrescenta Lerch. "Todas as iterações que são necessárias para chegarmos à melhor solução são feitas pelo software."

Após esta primeira sessão de quatro horas com a projeção generativa, a equipa chegou ao primeiro resultado: "Demos-lhe o nome de «peça alienígena»", continua Nagel. "O resultado foi surpreendente. Como é que poderia ser tão diferente da nossa peça otimizada? E ainda ser 30 a 40% mais leve?"

Os primeiros resultados do processo de projeção generativa deram origem à «peça alienígena» (à direita), que era completamente diferente da peça de transporte original do refrigerador ETA (à esquerda) e da peça tradicional otimizada (ao centro).

A projeção generativa produz resultados surpreendentes

A CP decidiu utilizar a projeção generativa para otimizar uma das peças do refrigerador ETA, ou seja, uma peça em metal maciço, recentemente reprojetada para remover o material em excesso através de métodos de projeção tradicionais. Cada um dos refrigeradores tem 50 a 60 peças deste estilo, juntas numa linha de transporte que move o clínquer derretido pelo refrigerador ETA. "Esta peça fundida tem sido otimizada vezes sem conta", afirma Maximilian Lerch, engenheiro de projeto da CP. "O objetivo era reduzir o peso e o respetivo custo do metal. Uma otimização do peso, por mais pequena que fosse, teria um grande impacto.

“Foi muito interessante ver todos os engenheiros reunidos em volta do ecrã do computador, a observar a projeção generativa a criar uma peça forte e otimizada, a partir de quase nada, apenas as limitações", acrescenta Lerch. "Todas as iterações que são necessárias para chegarmos à melhor solução são feitas pelo software."

Após esta primeira sessão de quatro horas com a projeção generativa, a equipa chegou ao primeiro resultado: "Demos-lhe o nome de «peça alienígena»", continua Nagel. "O resultado foi surpreendente. Como é que poderia ser tão diferente da nossa peça otimizada? E ainda ser 30 a 40% mais leve?"

  • No processo de produção do cimento, o clínquer a ferver é transferido do forno para o refrigerador ETA, que consegue processar até 13 000 toneladas métricas de clínquer por dia.

  • As faixas transportadoras movem o clínquer através do refrigerador ETA, onde o ar arrefece a pedra fundida até aos 100 °C.

  • Cada um dos refrigeradores ETA tem cerca de 60 peças de transporte, colocadas nas faixas transportadoras, que movem o clínquer a ferver através do refrigerador.

  • A peça de transporte original (à esquerda) foi reprojetada em 2016 e tem sido instalada e testada em 14 refrigeradores de clínquer.

  • O projeto da nova peça (à direita), baseada na projeção generativa, é 50% mais leve do que o original, fornecendo uma poupança significativa no custo dos materiais e a nível energético.

  • Os processos de renderização mostram a evolução da peça do refrigerador de clínquer, desde o seu projeto geométrico original pesado (na fila de cima, à esquerda) às iterações geradas através da projeção e da engenharia inversa.

Imagem cedida pela Claudius Peters

Adaptar uma peça de projeção generativa ao fabrico tradicional

Os engenheiros mais céticos da Claudius Peters fizeram cálculos e análises FEM na «peça alienígena» e ficaram surpreendidos ao descobrir que era mais eficaz do que a versão da peça otimizada de forma tradicional. A equipa começou a analisar o projeto para perceber como proceder ao seu fabrico. "Normalmente, a projeção generativa utiliza a impressão 3D ou outros métodos de fabrico complementares para criar o produto.", refere Nagel. "O nosso setor não irá utilizar peças impressas em 3D. É demasiado caro!" Mas utilizando ideias de projeção generativa e de otimização tradicional, "foi possível proceder à engenharia inversa da peça, em apenas uma semana, para podermos fabricá-la através de métodos de fabrico tradicionais."

Com o Inventor e a análise FEM, a equipa testou diferentes soluções de fabrico com a fundição da Claudius Peters. “Decidimos mudar de uma peça fundida para uma solução com soldagem e chapas de corte a laser." afirmou Nagel. "Tornámos a peça 25% mais leve, mais rápida de produzir e com um custo mais eficiente." A equipa continua a estudar as opções de projeto para a peça de transporte, tentando encontrar mais oportunidades de melhoria e ainda mais reduções nos custos. "Deve seguir para produção muito em breve", acrescentou Nagel. “Espera-se que a peça esteja operacional em algum lugar do mundo dentro de um ano."

Um soldador fabrica o protótipo para a nova peça de transporte, com engenharia inversa, utilizando ideias da projeção generativa, do projeto tradicional e os dados fornecidos pela fundição.

Aproveitar as vantagens da projeção generativa

A peça criada através da projeção generativa da CP pode fazer com que a empresa, em última instância, poupe uma quantia significativa de dinheiro em cada um dos refrigeradores de clínquer que instala. Com o peso da peça de transporte reduzido em cerca de 20 kg, a empresa prevê uma poupança de cerca de 100 € em cada peça, multiplicado por 60 ou mais peças em cada um dos refrigeradores. Além disso, menos peso também significa menores custos de envio. "Desde o primeiro protótipo que desenvolvemos, acreditámos que a projeção generativa nos iria ajudar a alcançar melhores valores para os nossos produtos e a tornar-nos mais competitivos.", diz Nagel.

A projeção generativa também oferece uma maior sustentabilidade. "Podemos mudar de uma peça fundida mais pesada numa fundição na Índia ou na Turquia para uma peça mais leve. Um projeto de soldagem que podemos, inclusive, fazer no nosso workshop.", afirma Nagel. "Poupamos ao nível do material, da energia, do tempo de transporte e no que diz respeito a outros efeitos negativos para o meio ambiente."

A Claudius Peters chegou a um ponto em que a projeção generativa está a tornar-se num processo padrão para a otimização de peças existentes ou projeção de peças novas. "No futuro, vamos tentar descobrir mais peças onde possamos aplicar as otimizações e as reduções de material.", refere Nagel. "Tentaremos verificar, peça por peça, se a projeção generativa terá as mesmas vantagens positivas."

Maximilian Lerch, engenheiro de projeto, trabalha numa versão criada com engenharia inversa da peça criada com projeção generativa, que pode ser fabricada com métodos de fabrico tradicionais.

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