DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA PARA ANÁLISE OFF-LINE DO PROCESSO DE LAMINAÇÃO DE ACABAMENTO DE TIRAS A QUENTE

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* Contribuição técnica ao22° Seminário de Automação e TI,parte integrante da ABM Week, realizada
de 02 a 04 de outubro de 2018, São Paulo, SP, Brasil.
DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA PARA
ANÁLISE OFF-LINE DO PROCESSO DE LAMINAÇÃO DE
ACABAMENTO DE TIRAS A QUENTE *
Cristóvão Nery Giacomin1
Bruno Alves Resende2
Jonatas Venâncio Barbosa3
Geraldo Arruda Maia4
Samyla de Souza Dutra5
Resumo
A utilização de aplicativos computacionais para a simulação de processos é uma
prática bastante difundida na Usiminas. Seguindo essa tendência, está
emdesenvolvimento um software para simular a laminação de tiras a quentepara um
lote de produção programado ou parte dele. Neste trabalho é apresentado o
desenvolvimento da primeira etapa deste software, de execução em modo off-line,
do modelo de set updo Trem Acabador, no qual é possível simular a viabilidade de
laminação de todas as placas antes de entrar em produção, considerando a ordem
de programação. Na saída de resultados são apresentadas todas as variáveis
calculadas pelo modelo, bem como os alarmes de limitação de capacidade de
produção, o que suscita evitar instabilidades operacionais. Além disso, este
simulador possibilita realizar testes de condições de laminação ainda não
padronizadas, melhorando o planejamento de produção de novos produtos.
Palavras-chave:Programação de Laminação;Aplicativo Computacional; Software
simulação.
DEVELOPMENT OF AN OFFLINE ANALYSIS TOOL FOR A HOT STRIP MILL
PROCESS
Abstract
The use of computer applications for process simulation is a practice quite
disseminated atUsiminas. In this sense, is in developmenta software for hot rolling
simulation, for both a programmed production lot or for only part of this lot. In this
work it is presented the development of the first step of this software, consisting in
execute in off-line mode, of the setup model of the Finishing Mill, whereupon it’s
possible to simulated the rolling capacity of every slabs of any lot before entering in
production, considering the schedule sequence. It is displayed every variables
calculated by the model, as well as the alarms of capacity limitation, in this way
avoiding operational instabilities. Besides this, the simulator enables perform tests of
rolling conditions not yet standardized and improving the planning of new products
process.
Keywords: Rolling Sequence Programming; Computer Application; Simulation
Software.
1 Analista de Sistemas, MBA/FGV, Analista Processos, Ger. Técnica de Laminações, Usiminas,
Ipatinga, MG.
2 Engo. Mecânico, MSc., Pesquisador Sênior, Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Usiminas,
Ipatinga, MG.
3 Engo. Metalurgista, CQE/ASQ, Engo.Produção, Gerência Técnica de Laminações, Ipatinga, MG.
4 Engo. Metalurgista, CQE/ASQ, MBA/FGV; Gerência Geral de Laminação a Quente; Ipatinga, MG.
5 Engo. Computação, Estagiária, Centro de Pesquisa e Desenvolvimento Usiminas, Ipatinga, MG.

* Contribuição técnica ao22° Seminário de Automação e TI,parte integrante da ABM Week, realizada
de 02 a 04 de outubro de 2018, São Paulo, SP, Brasil.

* Contribuição técnica ao22° Seminário de Automação e TI,parte integrante da ABM Week, realizada
de 02 a 04 de outubro de 2018, São Paulo, SP, Brasil.
1 INTRODUÇÃO
Em 2010, os modelos de controle do Trem Acabador foram substituídos por outros
mais modernos,com alterações na filosofia de controle e nas formulações
matemáticas. Dessa forma, os valores calculados pelo modelooff-line da laminação
de acabamento,não mais correspondiam aos valores que estavam sendo praticados
na linha operacional, o que motivou a atualização deste simulador. Para a realização
dessa atualização, primeiramente foi necessário compreender os novos conceitos e
inovações implementadosnosoftware do novo modelo de controle. As rotinas de
cálculo e equações matemáticas foram implementadas em um software que permite
a realização de simulações do cálculo de set up do modelo de controle de forma off-
line [1], utilizando como base inicial de desenvolvimentoa estrutura do simulador
desenvolvido em etapas anteriores e ainda em uso na Linha de Tiras a
Quente (LTQ) [2]. A nova interface principal de entrada de dados do simuladorpara o
cálculo do set up, após a modernização,está mostrada na figura 1.
Figura 1.Janela de entrada de dados para a simulação do set up do Trem Acabador.
Uma demanda ainda almejada era a possibilidade de simular a laminação de um lote
programado antes de entrar em produção, com o intuito de antever possíveis
anormalidades não perceptíveis à programação, como efeitos indesejados de forma
e ou falhas imprevistas.
Sendo assim, esta contribuição tem como objetivo apresentar o desenvolvimento da
primeira etapa deste software, que simula, em modo off-line, o novo modelo de set
up para o Trem Acabador, considerando a ordem de laminação predefinida para um

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conjunto de cilindros de trabalho do Trem Acabador, que na Usiminas denomina-se
Roll Chance.
2DESENVOLVIMENTO
Como a ferramenta de análise desenvolvida consiste em um software, é importante
ressaltar que esta foi desenvolvida seguindo o modelo incremental, baseado em
componentes [3]. A tecnologia utilizada no desenvolvimento foi a programação
orientada a objetos (POO) e a linguagem definida para implementação foi
VB.NET [4]. O desenvolvimento foi orientado por um conjunto de diretrizes de boas
práticas de programação conhecido como princípios SOLID [5]. O sistema foi
organizado utilizando o padrão arquitetônicode estrutura de bibliotecas de classes
MVC (Model-View-Control) [6].
O simulador existente, que processa uma única tirapor vez, foi implementadoem
uma plataforma já descontinuada utilizando a linguagem VB6. Desta forma, para
fazer uso dos cálculos desenvolvidos neste software sem realizar o processo de
migração para a plataforma definida de desenvolvimento, haviadois caminhos
básicos a serem seguidos: a migração completa ou realizar a migração do sistema
legado por meio do processo de encapsulamento.Neste caso, optou-se pelo
encapsulamento do software.
O processo de encapsular esse simulador consistiu em criar um sistema estruturado
em bibliotecas de classes com funcionalidades para organizar e selecionar os dados
necessários, executar o núcleo de cálculo do simulador existente, tendo um conjunto
de dados de entrada definido, e consultar os resultados gerados. Além de
alteraçõesno código simulador existente, desenvolvido em VB6, para possibilitar o
acesso as variáveis de entrada e depositar as de saída em arquivos externos. Estas
atividades anteriormente eram realizadas pelo usuário via interfaces gráficas. A
partir desta modificação, foi eliminado a necessidade de intervenção de um usuário
e o modelo tornou-se apto a ser executado automaticamente, para qualquer
quantidade de simulação. Esta implementação está ilustrada em um diagrama de
componentes mostrado na figura 2.
Figura 2.Diagrama de componentes projetado para migração do sistema legado em VB6 na
plataforma .NET.

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No novo simulador,os dados primários (PDI) relativos a cada tira e ao
sequenciamento de todas as tiras programadassão obtidos através de buscas na
base de dados do Planejamento e Controle de Produção (PCP), na rede
coorporativa. Os outros dados relativos ao processo são obtidos através de buscas
na base dos computadores de processo da LTQ, na rede da automação.
Para o projeto encapsulado, esses dados disponibilizados em arquivos de entrada,
são selecionados e organizados com critérios pré-estabelecidos. Tais critérios
consistem em verificar o modo de simulação e a temperatura de base na entrada do
aparador de ponta no início da laminação de acabamento. Foram definidos dois
modos de simulação denominados como “passado”, caso tenham sido laminadas, e
“futuro”caso nãotenham sido laminadas. Este trabalho tratou apenas do modo futuro.
No segundo critério, referente à temperatura de base, o sistema verifica se o seu
valor foi definido no arquivo de entrada. Caso tenha sido, o sistema considera esse
valor, caso contrário, o sistema verifica o modo de simulação. Sendo modo futuro,
esta temperatura deverá ser calculada por uma regressão linear. Em ambos os
casos o cálculo da temperatura de baseé realizado dentro do módulo encapsulado já
alterado.
No modelo encapsulado, foi definido que para a simulação em modo futuro, como
não existem dados registrados, a previsão da temperatura de base(TS tail)é
calculada por uma regressão linear através da equação (1).
 = +
   +20 (1)
Onde:
-Valor da temperatura prevista da base no inicio de laminação (°C);
 -Valor da temperatura medida do topo da tira (°C);

 -Derivada que representa o valor da queda de temperatura da tira em função do tempo;
tempo - Tempo decorrido entre a passagem do topo pelo pirômetro e a base nessa mesma
posição (s).
A derivada presente na equação foi obtida através de uma regressão linear realizada
utilizando dados históricos de produção. A perda de temperatura do material entre o
último passe de desbaste e o pirômetro de entradado Trem Acabador está
relacionada, principalmente, com a espessura e a temperatura do esboço. Sendo
assim foram coletados dados reais das variáveis de espessura do esboço,
temperatura de topo do esboço no pirômetro de entrada do Trem Acabador e a
derivada tempo/temperatura relativos a 38.939 tiras, no período de 3 meses.A
relação gráfica entre o valor real da derivada e o valor calculado pela regressão
linear, obtidos com o programa STATGRAPHICS 5.1, está mostrado na figura 3.

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Figura 3.Resultado gráfico da relação entre os valores reais e os valores calculados pela regressão
da derivada da temperatura pelo tempo.
A partir da regressão realizada foi determinada a relação entre a derivada 
com a
espessura (gauge) e a temperatura do esboço (TS nose), conforme mostra a
equação2.

 =0,524173 +31,36    0,00138455   (2)
As equações (1) e (2) foram validadas utilizando dados de três meses decorrentes a
partir de agosto de 2017, onde maior erro encontrado entre a temperatura calculada
pela equação e a temperatura real da base foi de 30ºC.Para maior consistência,
possíveis outliers (temperatura de base maior que a de topo e tempo de laminação
acima de 200s) foram removidos.
2.1 Desenvolvimento doSoftware
O projeto do simulador de Capacidade de Laminação faz parte de um programa de
desenvolvimento, que gerenciará outros simuladores relativos ao processo de
laminação de tiras. Por este motivo esta plataforma foi denominada “Plataforma Mill
Simulator LTQ Ipatinga”, cuja interface principal está mostrada na figura 4.

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Figura 4. Interface principal da Plataforma doMill Simulator.
Sendo o simulador de “Capacidade de Laminação” um projeto dentro deste contexto,
foram desenvolvidas as bibliotecas de objetos para implementação das interfaces
gráficas prototipadas para este simulador e para implementação dos controles
necessários deste projeto. O diagrama de componentes principal está disposto na
figura 5.
Figura 5.Diagrama de componentes para o novo simulador.

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2.2Resultados daSimulação
Todas as opções de simulação são definidas na interface de entrada de dados do
simulador, inclusive a programação que se deseja simular. Esta pode
serselecionada a partir de um intervalo desejado de datas onde esteja contida.A
interface de entrada de dados do simulador está mostrada na figura 6.
Figura 6.Interface de entrada de dados do simulador de Capacidade de Laminação.
Nesta interface, todos os dados referentes a cada sequência (tira) a ser simulada
estão contidos em um conjunto de dados denominado intercalamento. No caso, as
informações mostradas na caixa “Intercalamentos”, na figura 6, são os valores
retornados para o intervalo de data definido na caixa “Período de busca” na mesma
figura 6.
Os valores de PDI definidos são carregados em uma lista com todas as sequências
que estão programadas para este intercalamento. Isto é realizado após serem
definidos quais intercalamentos deseja-se simular e disparar esta execução através
do botão “Buscar dados PDI sequências”. Realizado com sucesso o carregamento
dos dados das sequências, é iniciada a busca dos valores de adaptivos, para cada
família de material, na base de dados do computador de processo. Estes dados são
fundamentais para o modelo matemático e devem ser os mais atualizados
possíveis.Pois são responsáveis por resultados mais precisos dos cálculos dos
modelos de carga e de abertura das cadeiras. Este processo é iniciado ao clicar no
botão “Busca Adaptivos”. As flexibilidades deste simulador são as possibilidades de
experimentar condições de resfriamentos entre cadeiras existentes, testar intervalos
entre tiras, condições operacionais das cadeiras de laminação e a possibilidade de
alterar qualquer dos valores de adaptivo de cada sequência individualmente.
Quando trata-se de condições operacionais das cadeiras do Trem Acabador,
entende-se que esta pode ser desativada para simular uma condição especial na
linha, a possibilidade de alterar as condições de disponibilidade do resfriamento
entre cadeiras, descarepação de entrada e diâmetro dos cilindros de trabalho e
encosto. Estas variáveis são muito dinâmicas no processo de laminação de

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acabamento. Isto posto,inicia-se a simulação da programação de laminação, e seus
resultados são exibidos nas interfaces de saída de resultados do simulador de
Capacidade de Laminação mostradas nas figuras 7, 8 e 9.
Figura 7.Interface de resultado de cálculo das variáveis de controle por sequência.
Figura 8.Interface para demonstração gráficados resultados e limites de engenharia por cadeira de
uma sequência, evidenciando o gráfico de força de laminação.

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Figura 9.Interface para demonstração gráfica das variáveis calculadas pelo modelo por cadeira para
análise da chance.
A saída de resultados foi dividida em quatro partes:a primeira, para reportar os
valores calculados de cada sequência, como feito no simulador antigo; a segunda,
onde são evidenciadas as sequências que apresentaram qualquer alarme de
anormalidade; a terceira,onde é possível avaliar graficamente as variáveis
calculadas e mostrar a primeira parte considerando os limites de engenharia quando
existem para topo e base; a última, que possibilita avaliar de forma geral o
comportamento de todas as variáveis calculadas pelo modelo para todas as
cadeiras, que foram externadas, com a possibilidade de relacioná-las livremente
para análise e estudo do comportamento destas variáveis quando relacionadas.
3 CONCLUSÃO
O simulador desenvolvido permite realizar o cálculo da laminação de acabamento e
seus principais parâmetros de controle. Além disso, permite o fácil acesso ao
usuário e flexibilidade em relação aos cálculos que podem ser realizados.
Sendo assim, o simulador mostrou-se uma ferramenta útil, ágil e versátil para
conhecer como se comportará o processo dada a realidade do novo modelo de
controle on-line, considerando agora uma programação de laminação em modo
futuro.
As aplicações práticas deste simulador são inúmeras. Destaca-se a possibilidade de
avaliação da viabilidade de laminação de um lote sem uma ou mais cadeiras de
laminação, avaliando-se assim os impactos referentes à capacidade dos motores
das demais cadeiras, bem como dando subsídios para análise dos resultados de
perfil e forma esperados. Além deste, há a possibilidade de avaliar o cumprimento
das restrições de sequência de programação anterior à sua produção, no ato de
formação do lote de materiais a serem produzidos, garantindo assim uma maior
estabilidade para o processo de laminação.

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É importante ressaltar que esta ferramenta possibilita visualizar de maneira
antecipada os resultados calculados do processo de laminação de acabamento e o
impacto que estas condições trariam ao processo ou à qualidade do material.
Agradecimentos
Gostaria de agradecer a todas as pessoas que tiveram participação ativa neste
projeto, e não estão relacionadas como autores.
REFERÊNCIAS
1 RESENDE, B.A.; GIACOMIN, C. N.; SANTOS, A. A. Desenvolvimento de simulador
matemático para o cálculo de set up do trem acabador da Usiminas. LIII Congresso
de Laminação, Rio de Janeiro, RJ, Outubro, 2016.
2 GIACOMIN, C.N.; SOUZA, A. L.; MARÇÃO, P.F. Aplicativo de Simulação
Computacional do Cálculo de Set Up do Trem Acabador de Tiras a Quente da
Usiminas. IX Seminário de Automação de Processos, Curitiba, PR, Outubro,
2005, 9p.
3 PRESSMAN, R.S. Engenharia de Software: Uma Abordagem Profissional. 7.ed. São
Paulo: AMGH, 2011. 773p.
4 DEITEL, H.M.; DEITEL, P.J.; NIETO, T.R. Visual Basic .NET Como Programar. São
Paulo: Education, 2004. 1026p.
5 ANICHE, M. Orientação a Objetos e SOLID para Ninjas: Projetando classes flexíveis.
1ed.São Paulo: Casa do Código, 2015. 166p.
6 ENGHOLM, H. Engenharia de Software na Prática. São Paulo: Novatec. 440p