Departamento de Engenharia Mecânica e Gestão Industrial (DEMGI)
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- 3D Map and DGPS Validation for a Vineyard Autonomous Navigation SystemPublication . Contente, Olga; Aranha, José; Martinho, José; Morgado, José Francisco; Reis, Manuel; Fereira, Paulo; Morais, Raul; Lau, NunoAn autonomous DGPS navigation system must use an accurate threedimensional (3D) digital map. However, it is crucial to validate it using data collected in the field. One possible way to validate the map is to employ a vehicle driven by an expert to ensure that the trajectory is plotted within the boundaries of navigation paths. It is essential to take this care, especially when the terrain is very highly uneven and small differences in position may correspond to large vertical deviations. A small navigation error can result in a serious fall, which may damage or even destroy the vehicle. In the Douro Demarcated Region, in northern Portugal, the vineyard is planted on narrow terraces built on steep hills along the winding Douro River. This paper presents the results of a dynamic trajectory survey obtained from a real navigation procedure, carried out by an expert driving an instrumented tractor during the spraying of the vineyard. The results were obtained using a DGPS (accuracy = 2 cm) and compared to an existing Digital Elevation Model (DEM) of the vineyard already created by the authors’ work group, with an average accuracy of 10 cm. The results are shown in a C# developed interface with OpenGL facilities, which enable the viewing of the 3D vineyard details. The results confirm the validation of the methodology previously adopted for map extraction and respective equipment selection. The trajectory of the tractor, including some maneuvers, is drawn within the inner and outer edges of each terrace or path that exists in the vineyard. The interface can also be used as an important tool in path planning to automatically extract the topology of the vineyard and to select the best path to carry out some vineyard tasks.
- A circularidade e a indústria automóvelPublication . Teixo, Fábio Rodrigues; Carreto, Rui Filipe Cardoso; Vaz, Paulo Joaquim AntunesEsta dissertação, intitulada "A Circularidade e a Indústria Automóvel", baseia-se na análise de como é que a evolução da economia e design circular estão a influenciar a indústria automóvel. A necessidade de evolução no campo da sustentabilidade faz com que sejam adotadas novas estratégias que são abordadas nesta dissertação. A crescente preocupação com a sustentabilidade ambiental e as obrigatoriedades cada vez mais rigorosas, têm impulsionado a necessidade de repensar os processos produtivos da indústria, fazendo com que haja redução do desperdício, reciclagem de materiais e reutilização de componentes. Durante a dissertação serão abordados temas como design sustentável, design circular, economia circular, evolução do mundo automóvel no mundo, Europa e Portugal, a influência da legislação na evolução sustentável e, por fim, um estudo de caso com foco nas marcas BMW e Tesla. O estudo de caso procura fazer uma comparação entre duas empresas com abordagens distintas à sustentabilidade. A BMW segue o conceito "Secondary First", que ressalva o uso de materiais reciclados, fábricas inteligentes e parcerias estratégicas para a reciclagem de baterias. Já a Tesla adota uma estratégia verticalizada, incorporando a produção, reciclagem e reutilização de baterias nas suas Gigafactories, promovendo uma maior eficiência produtiva e energética. A análise comparativa revela que, enquanto a BMW aposta na economia circular através da inovação nos materiais e na digitalização da produção, a Tesla diferencia-se pelo controlo total da cadeia de valor e pela integração de processos sustentáveis no fabrico dos seus veículos elétricos. Apesar das discrepâncias nas estratégias, ambas as marcas demonstram que a sustentabilidade e a regularidade são elementos cruciais para o futuro da indústria automóvel. A dissertação analisa os principais desafios e oportunidades de implementação da economia circular no setor, destacando as limitações tecnológicas, os custos elevados e a necessidade de infraestruturas adequadas para a reciclagem de baterias. A economia circular não é somente uma necessidade ambiental, mas também uma estratégia competitiva indispensável para o crescimento sustentável da indústria automóvel.
- Adaptive and Scalable Database Management with Machine Learning Integration: A PostgreSQL Case StudyPublication . Abbasi, Maryam; Bernardo, Marco V.; Vaz, Paulo; Silva, José; Martins, Pedro; ANTUNES VAZ, PAULO JOAQUIM; Silva, JoséThe increasing complexity of managing modern database systems, particularly in terms of optimizing query performance for large datasets, presents significant challenges that traditional methods often fail to address. This paper proposes a comprehensive framework for integrating advanced machine learning (ML) models within the architecture of a database management system (DBMS), with a specific focus on PostgreSQL. Our approach leverages a combination of supervised and unsupervised learning techniques to predict query execution times, optimize performance, and dynamically manage workloads. Unlike existing solutions that address specific optimization tasks in isolation, our framework provides a unified platform that supports real-time model inference and automatic database configuration adjustments based on workload patterns. A key contribution of our work is the integration of ML capabilities directly into the DBMS engine, enabling seamless interaction between the ML models and the query optimization process. This integration allows for the automatic retraining of models and dynamic workload management, resulting in substantial improvements in both query response times and overall system throughput. Our evaluations using the Transaction Processing Performance Council Decision Support (TPC-DS) benchmark dataset at scale factors of 100 GB, 1 TB, and 10 TB demonstrate a reduction of up to 42% in query execution times and a 74% improvement in throughput compared with traditional approaches. Additionally, we address challenges such as potential conflicts in tuning recommendations and the performance overhead associated with ML integration, providing insights for future research directions. This study is motivated by the need for autonomous tuning mechanisms to manage large-scale, hetero geneous workloads while answering key research questions, such as the following: (1) How can machine learning models be integrated into a DBMS to improve query optimization and workload management? (2) What performance improvements can be achieved through dynamic configuration tuning based on real-time workload patterns? Our results suggest that the proposed framework significantly reduces the need for manual database administration while effectively adapting to evolving workloads, offering a robust solution for modern large-scale data environments.
- AI-Powered Data Management to Optimize Data Collection and Processing in a Painting LaboratoryPublication . Pereira, Maria Teresa Ribeiro; Pereira, Marisa João Guerra; Tavares, Miguel Guedes; Guimarães, André; Vilarinho, HermilioIndustrial laboratories often remain under-digitized compared to production lines, creating a gap between data acquisition and analytical intelligence, critical for advanced quality control. This study addresses this gap by proposing and validating a novel framework that combines Low-Code digitalisation tools with Machine Learning (ML) and Causal Inference to optimise data collection and analysis in an automotive painting laboratory. A Microsoft Power Apps-based platform was developed in order to digitalise all measurement records, eliminating manual transcription errors (previously ≈ 40.01%) and reducing data-handling time by up to 34% of an operator’s shift, while enabling centralised, traceable storage and Power BI integration. Four datasets were used to assess predictive capacity with Random Forest, XGBoost and Neural Networks; Random Forest consistently provided the most stable results—Mean Absolute Error (MAE) of 0.972, Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of 16.45%, and Root Mean Square Error (RMSE) of 1.307. Causal models (Linear Regression, DoWhy, Causal Forest, Double Machine Learning) consistently identified ultrafiltrate I solid content of the electrodeposition process as a dominant causal factor for defects. This study provides a novel framework that bridges digitalisation and ML-based causal reasoning in laboratory settings, offering a scalable approach that can be extended and replicated in other industrial sectors, aiming to develop smart, data-driven quality control systems.
- AI-Powered Data Management to Optimize Data Collection and Processing in a Painting LaboratoryPublication . Pereira, Teresa; Oliveira, Marisa; Tavares, Miguel; Guimarães, AndréIndustrial laboratories often remain under-digitized compared to production lines, creating a gap between data acquisition and analytical intelligence, critical for advanced quality control. This study addresses this gap by proposing and validating a novel framework that combines Low-Code digitalisation tools with Machine Learning (ML) and Causal Inference to optimise data collection and analysis in an automotive painting laboratory. A Microsoft Power Apps-based platform was developed in order to digitalise all measurement records, eliminating manual transcription errors (previously ≈ 40.01%) and reducing data-handling time by up to 34% of an operator’s shift, while enabling centralised, traceable storage and Power BI integration. Four datasets were used to assess predictive capacity with Random Forest, XGBoost and Neural Networks; Random Forest consistently provided the most stable results—Mean Absolute Error (MAE) of 0.972, Mean Absolute Percentage Error (MAPE) of 16.45%, and Root Mean Square Error (RMSE) of 1.307. Causal models (Linear Regression, DoWhy, Causal Forest, Double Machine Learning) consistently identified ultrafiltrate I solid content of the electrodeposition process as a dominant causal factor for defects. This study provides a novel framework that bridges digitalisation and ML-based causal reasoning in laboratory settings, offering a scalable approach that can be extended and replicated in other industrial sectors, aiming to develop smart, data-driven quality control systems.
- Análise comparativa do Lean e Análise de Valor - aplicação prática da metodologia de Análise na indústria da cortiçaPublication . Barroso, Carolina da Silva; Gaspar, Daniel Augusto Estácio Marques Mendes; Lopes, Maria Odete MonteiroO mercado crescente da indústria da cortiça evolui com produtos inovadores que respondem às necessidades dos clientes, e por sua vez, as organizações esforçam-se para oferecer as melhores soluções com uma maior rentabilidade. O objetivo principal do trabalho foi a implementação da metodologia de Análise de Valor a um produto específico na empresa Amorim Cork Flooring, concretamente no desenvolvimento de pavimentos de cortiça com um novo acabamento final mais sustentável, criando mais valor para o produto, reduzindo custos, tempos e desperdícios. Desta maneira optou-se por aplicar esta análise ao Hydrocork pela necessidade de o alterar, a fim de permitir a inclusão de materiais ambientalmente sustentáveis e a remoção do PVC da sua composição. Com a Análise de Valor, procura-se aprimorar as características do produto, tornando-o mais eficiente, durável, seguro e com melhor desempenho. Simultaneamente, as modificações propostas direcionam o produto para uma abordagem mais sustentável, alinhando-o com a procura do mercado e as preocupações ambientais atuais. A implementação dos princípios Lean pode estabelecer uma base sólida para a aplicação da Análise de Valor, uma vez que a redução de desperdícios desempenha um papel fundamental na maximização do valor. Adicionalmente, a Análise de Valor pode aprofundar ainda mais a análise dos processos Lean, identificando áreas específicas de melhoria que, de outra forma, poderiam passar despercebidas. A aplicação prática da metodologia de Análise de Valor na Amorim Cork Flooring foi bem sucedida resultando em melhorias na qualidade, eficiência e custos do produto em estudo. A equipa envolvida demonstrou um entendimento profundo das necessidades dos clientes e uma abordagem mais crítica na avaliação das características de valor. A metodologia de Análise de Valor demonstrou o seu potencial na melhoria dos produtos, alinhados com as necessidades do mercado e da empresa e orientados para a maximização do valor.
- Análise da Caracterização Territorial, Geográfica, Demográfica e Socioeconómica da Região Dão LafõesPublication . Guimarães, André; Manuel Nogueira Reis, Pedro; Charrua-Santos, FernandoPretende-se com o presente documento caracterizar territorialmente, geograficamente, demograficamente e socioeconomicamente a Região Dão Lafões. A análise efetuada possibilitou a caracterização territorial da região, identificando-se os diversos municípios que a integram, assim como a sua área territorial. Também foi efetuado um estudo geográfico, com a indicação da localização geográfica da região e dos seus municípios. Geograficamente, foi possível observar a evolução da população e a densidade populacional ao longo dos últimos anos. Na análise socioeconómica foi efetuada uma revisão de diversos indicadores relevantes, tais como: o Poder de Compra per capita, o Valor Acrescentado Bruto, o Produto Interno Bruto, o Produto Interno Bruto per capita, a Produtividade do Trabalho e o Emprego, tanto para Região Dão Lafões como da Região Centro e de Portugal. Foi também estudado o tecido empresarial e económico da Região Dão Lafões e da Região Centro, comparativamente a Portugal. Após este estudo, foi possível identificar alguns problemas e fragilidades da Região Dão Lafões, obtendo-se um guião de prioridades. Constatou-se que esta região do interior, apresenta um tecido empresarial dinâmico, moderno e inovador com valências para acompanhar a evolução das regiões vizinhas. Contudo, esta deve ser revitalizada para aumentar a sua competitividade empresarial, sendo assim capaz de acompanhar e se integrar nos desafios da Indústria 4.0.
- Análise da competitividade e da gestão de operações nos serviços - Estudo de casoPublication . Lopes, Rúben Francisco Oliveira; Almeida, António José Teixeira deO setor dos serviços, ou setor terciário, é aquele que em Portugal, à imagem do que se passa em grande parte de todos os países desenvolvidos, maior expressão e influência possui ao nível do tecido empresarial e consequentemente em termos económico-financeiros dos mesmos. A intangibilidade do próprio conceito e o facto de cada pessoa possuir uma ideia muito própria do que é um serviço com qualidade, faz com que todas as empresas deste setor devam possuir uma preocupação constante relativamente à melhor maneira de prestar um serviço de qualidade, eficiente e eficaz em termos operacionais, para com isso manter o seu nível de competitividade num grau elevado e assim subsistir no seio de uma conjuntura cada vez mais concorrencial e onde apenas os mais fortes sobrevivem. O objetivo desta dissertação passa por analisar de que maneira as empresas que se dediquem à prestação de serviços, podem aumentar a sua competitividade e eficiência operacional, através da aplicação de ferramentas e conceitos estratégicos, tipicamente utilizados em cenários de produção. A ideia passa por resumir e compreender o pensamento estratégico que deverá estar subjacente à criação ou reformulação de um modelo de negócio de empresas do setor terciário, de modo a que conclusões resultantes de análises às envolventes exteriores e interior das empresas, possam estar o mais possível compatibilizadas e alinhadas com a estratégia operativa. O trabalho apresentado, encontra-se dividido em três secções essenciais, começando com uma revisão bibliográfica onde serão abordados alguns dos principais conceitos de análise e gestão relacionados com a análise estrutural, qualidade e processos operacionais que servirão de base para o resto do trabalho. De seguida será apresentada uma análise do setor de atividade económica dedicada aos serviços de reparação e manutenção de veículos automóveis, onde se irá analisar o estado em que o setor automóvel em Portugal e o setor que se dedica à sua reparação e manutenção se encontram. Para terminar, será apresentado o estudo de caso de uma empresa dedicada a serviços de reparação e manutenção automóvel, na qual serão aplicadas a grande maioria das ferramentas e conceitos abordados na primeira parte, bem como a aplicação do modelo das 5 forças de Porter )1979(, no qual será incluída uma sexta força, tendo em vista a obtenção de um valor de atratividade global no panorama das oficinas multimarca independentes da região onde a empresa em estudo se insere. Além disto será também efetuada uma comparação com a média do setor apresentada na secção intermédia, para posteriormente ser elaborada uma estratégia e sugeridas algumas vias de desenvolvimento. Concluiu-se que a atratividade do setor de negócio dedicado à reparação e manutenção automóvel é relativamente neutra e que a empresa se encontra acima da média do setor, a nível nacional, através da análise dos mais variados indicadores produtivos, económico-financeiros e competitivos.
- Análise e Criação de Valor em Ambiente IndustrialPublication . Simões, Patrícia Geraldo; Paiva, Luís Manuel Gonçalves; Gaspar, Daniel Augusto Estácio Marques MendesNum mundo globalizado, o mercado procura soluções inovadoras que respondam às suas necessidades e, por sua vez, as organizações dedicam os seus esforços no sentido de garantir as melhores soluções que acrescentem valor e assegurem elevados níveis de rentabilidade. A presente tese de mestrado teve como objetivo um estudo e avaliação das potencialidades da norma de Gestão do Valor, que proporcionou a seleção e a aplicação, num caso real, de uma das suas abordagens, neste caso, a metodologia de Engenharia do Valor. A realização do trabalho permitiu avaliar a implementação da metodologia, seguindo as diretrizes da norma de Gestão do Valor e o desenvolvimento de um esquema e roteiros próprio das fases da Análise do Valor (AV) / Engenharia do Valor (EV) para futuras aplicações. Foi fundamental a dinamização de uma equipa de trabalho na organização em estudo, com vista ao desenvolvimento do processo criativo da conceção e desenvolvimento de um produto e da aplicação das metodologias da Análise e Criação de Valor, quando enquadrados no âmbito em ambiente industrial. O resultado da aplicação prática da metodologia de Engenharia do Valor, no desenvolvimento de um produto, permitiu a sua conceção, com base na relação entre o desempenho das funções e os custos e recursos necessários à sua realização, ou seja, o seu Valor.
- Aplicação da metodologia DMAIC numa empresa produtora de componentes em borrachaPublication . Almeida, Ricardo Jorge Sá; Vaz, Paulo Joaquim AntunesAo longo das últimas décadas assistimos ao grande desenvolvimento da indústria, desta forma as empresas conseguem que o produto final tenha mais qualidade e um custo cada vez mais reduzido. As metodologias lean foram implementadas no núcleo industrial e empresarial de forma crescente dando-se a rutura com o tipo de produção que era praticada na época, esta era baseada em grandes volumes e pouco flexível. Os responsáveis e engenheiros da Toyota começaram a desenvolver procedimentos e ferramentas que permitissem obter uma produção lean, “magra”, com zero desperdícios e altamente flexível. Nos últimos anos um novo paradigma ganhou forma, tendo como principais objetivos a interação entre equipamentos, a recolha e análise de dados em tempo real e em qualquer lugar do planeta, marcou o início da quarta revolução industrial, esta nova metodologia foi designada pelo governo alemão de indústria 4.0. Nesta dissertação o principal objetivo foi a reorganização do layout do departamento de manutenção, assim como, a melhoria do processo de gestão das spare parts e a criação de fluxos para a reparação de equipamentos e ferramentas. Para que tal fosse possível foi utilizada a ferramenta DMAIC, esta subdivide o processo de resolução de problemas em cinco etapas, tais como: Definir, Medir, Analisar, Melhorar, Controlar. Esta ferramenta é simples de aplicar e de fácil compreensão. Em suma, com a aplicação desta ferramenta foi possível uma redução do número de deslocações e da distância percorrida, deste modo o tempo necessário para a sua realização também diminuiu. As spare parts estão mais organizadas, cada bancada de trabalho possui as peças de substituição de maior consumo. Para comprovar todas as melhorias apresentadas anteriormente verificou-se que houve um aumento da pontuação obtida nas auditorias mensais 5’S.