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Title: Controle preditivo neural aplicado a processos de secagem e cura de pintura automotiva.
Other Titles: Neural predictive control applied to automotive paint drying and curing processes.
???metadata.dc.creator???: CAVALCANTE, Esley Silva.
???metadata.dc.contributor.advisor1???: VASCONCELOS, Luis Gonzaga Sales.
???metadata.dc.contributor.referee1???: BRITO , Romildo Pereira.
???metadata.dc.contributor.referee2???: RAMOS, Wagner Brandão Ramos.
???metadata.dc.contributor.referee3???: NEVES, Thiago Gonçalves das.
Keywords: Indústria Automotiva;Processo de Pintura;Estufas de Secagem e Cura;Redes Neurais Artificiais;Controle Preditivo Neural;Automotive Industry;Painting Process;Drying and Curing Ovens;Artificial Neural Networks;Neural Predictive Control;Industria Automotriz;Proceso de pintura;hornos de secado y curado;Redes Neuronales Artificiales;Control Predictivo Neuronal;Industrie automobile ;Processus de peinture ;Fours de séchage et de durcissement ;Réseaux de neurones artificiels ;Contrôle prédictif neuronal
Issue Date: 27-Jun-2023
Publisher: Universidade Federal de Campina Grande
Citation: CAVALCANTE, Esley Silva. Controle preditivo neural aplicado a processos de secagem e cura de pintura automotiva. 2023. 144 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química, Centro de Ciências e Tecnologia, Universidade Federal de Campina Grande, Paraíba, Brasil, 2023.
???metadata.dc.description.resumo???: No processo de pintura automotiva, manter condições operacionais ideais nas estufas de secagem e cura é crucial para garantir pinturas de alta qualidade, especialmente no que diz respeito aos perfis de temperatura de partes específicas da carroceria. Esse trabalho apresenta uma metodologia para desenvolver e implementar um sistema de Controle Preditivo Neural (NNPC) para os processos de secagem e cura de pintura em uma estufa automotiva utilizada na etapa de eletrodeposição (estufa Elpo), com o objetivo de proporcionar melhorias no controle de temperatura das partes da carroceria. Para treinar as Redes Neurais Artificiais (RNA) nas várias zonas da estufa Elpo, um conjunto de dados foi gerado usando um modelo fenomenológico baseado nos primeiros princípios. Para tanto, distúrbios aleatórios foram aplicados às variáveis de entrada do modelo (velocidade do transportador e temperaturas das zonas), a fim de obter a resposta dinâmica das variáveis de saída do processo (temperaturas em partes específicas da carroceria). Os conjuntos de dados foram então divididos em conjuntos de treinamento (80%), validação (10%) e teste (10%), e o treinamento das RNAs foi realizado utilizando o algoritmo backpropagation. O NNPC implementado utiliza o conjunto de RNA treinadas para a predição dos valores futuros das temperaturas em posições específicas da carroceria (variáveis controladas). Para determinar os sinais ótimos de controle (variáveis manipuladas) um otimizador baseado no modelo de Controle Preditivo Generalizado (GPC) foi utilizado, e a função objetivo foi minimizada através do Algoritmo de Otimização de Colônia de Formigas (ACO). Através de simulações de quatro cenários operacionais com distúrbios aplicados nas variáveis de entrada, os resultados demonstram o desempenho satisfatório do NNPC, mantendo as temperaturas das partes da carroceira efetivamente próximas aos setpoints predefinidos. Com isso, conclui-se que a utilização do NNPC oferece um melhor controle de temperatura para as partes da carroceria, mitigando problemas de pintura, reduzindo retrabalhos e custos operacionais.
Abstract: In the automotive painting process, maintaining optimal operating conditions in drying and curing ovens is crucial to ensure high-quality paint finishes, particularly for specific car body-in-white (BIW) parts' temperature profiles. This study presents a methodology for developing and implementing a Neural Network Predictive Control (NNPC) system for painting drying and curing processes in an automotive oven used in the electrodeposition stage (Elpo oven), aiming to improve temperature control for BIW parts. To train the Artificial Neural Networks (ANN) in the various zones of the Elpo oven, a dataset was generated using a phenomenological model based on first principles. Random disturbances were applied to the input variables (conveyor speed and zone temperatures) to capture the dynamic response of the output variables (temperature in specific BIW parts). The dataset was then split into training (80%), validation (10%), and test (10%) sets, and the ANN were trained using the backpropagation algorithm. The implemented NNPC utilizes the trained ANNs to predict future temperature values in specific BIW parts (controlled variables). To determine the optimal control signals (manipulated variables), an optimizer based on the Generalized Predictive Control (GPC) model was employed, and the objective function was minimized using the Ant Colony Optimization Algorithm (ACO). Through simulations of four operational scenarios with applied disturbances to the input variables, the results demonstrate satisfactory performance of the NNPC, effectively maintaining the temperatures of BIW parts close to predefined setpoints. Thus, it is concluded that the use of NNPC offers improved temperature control for BIW parts, mitigating painting issues, reducing rework and operating costs.
Keywords: Indústria Automotiva
Processo de Pintura
Estufas de Secagem e Cura
Redes Neurais Artificiais
Controle Preditivo Neural
Automotive Industry
Painting Process
Drying and Curing Ovens
Artificial Neural Networks
Neural Predictive Control
Industria Automotriz
Proceso de pintura
hornos de secado y curado
Redes Neuronales Artificiales
Control Predictivo Neuronal
Industrie automobile 
Processus de peinture 
Fours de séchage et de durcissement 
Réseaux de neurones artificiels 
Contrôle prédictif neuronal
???metadata.dc.subject.cnpq???: Engenharia Química
URI: http://dspace.sti.ufcg.edu.br:8080/jspui/handle/riufcg/32289
Appears in Collections:Doutorado em Engenharia Química.

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