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Escola de Engenharia

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Hoje em dia as novas tecnologias de informação tornam-se cada vez mais importantes para uma empresa fazer frente ao mercado competitivo atual. Com o avanço tecnológico foi possível automatizar processos industriais, o que permitiu um melhor desempenho, maior produtividade e também a manutenção e implementação de programas de Qualidade Total. O uso de um sistema de informação capaz permitir a troca de informação de todos os postos de trabalho com um posto de supervisão, possibilita não só uma rapidez de comunicação entre os diversos sectores de uma empresa, como uma maior velocidade de processamento da informação relativa à Qualidade. Assim é possível disponibilizar de forma atempada e exata os dados da qualidade, permitindo a interação entre várias áreas da empresa.

Neste projeto é proposta uma aplicação de monitorização de processos produtivos, elaborada com a ferramenta LabVIEW, para a análise de vários factores de produção e para o controlo e melhoria da qualidade. O sistema deve incluir ferramentas para o apoio ao controlo estatístico de processos e para a monitorização da produção. Os testes do sistema de monitorização foram feitos numa hipotética simulação de um ambiente de produção com vários postos de trabalho e um posto de supervisão.

Palavras-chave: Qualidade Total, Sistema de Informação, LabVIEW, Controlo Estatístico de Processos

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! "<=>?@ABC?+No mercado competitivo atual, as empresas têm que fazer frente a três tendências para manterem e melhorarem a sua posição competitiva: o aumento da exigência em termos de qualidade por parte dos clientes; como resultado desse aumento, a essencial atualização das técnicas da qualidade; e finalmente fazer face aos custos de qualidade que se tornaram demasiado elevados. Com o avanço tecnológico passou a ser possível oferecer produtos com melhor funcionalidade e desempenho, e bastante mais complexos, o que significa uma maior probabilidade de ocorrerem problemas. Porém, os clientes esperam cada vez mais um produto fiável e sem defeitos, e esperam que o fabricante lhes garanta isso.

Por outro lado é importante ter em conta, o aproveitamento dos recursos de produção e o se o sistema de fabrico funciona da forma mais rentável. Outro factor importante da competitividade é a diminuição não só dos tempos de entrega, mas também do tempo de ciclo de produção.

Para poder responder a estas exigências torna-se essencial o uso de novas tecnologias para a recolha de informação da qualidade e a monitorização do sistema produtivo.

!D! !"#$%&$'()*+(,-"+Ao longo deste semestre foram abordados temas nestas Unidades Curriculares, que nos permitiram aplicar conhecimentos para o desenvolvimento deste projeto. Os pontos seguintes indicam os conhecimentos que vamos aplicar.

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A Qualidade é definida como: “A totalidade das propriedades e características do produto ou serviço que determinam a sua aptidão para satisfazer uma determinada necessidade”. O principio subjacente ao conceito Gestão da Qualidade Total é que a função qualidade deve intervir, de forma planeada e sistemática, em todas as fases do ciclo de vida do produto, desde a identificação dos requisitos até ao pós-venda. Assim no nosso sistema de monitorização vamos incorporar o Controlo Estatístico de Qualidade para saber se um processo de fabrico se encontra sob controlo, e para a garantia de uma melhoria continua da qualidade tentaremos implementar os diagramas de Pareto, para a identificação das causas.

!"!"6 738&)9*-/0+&+:0$.)040+1&+;)0<&--0-+=$13-.)*(*-+Os sistemas de produção são, muito sucintamente, organizações especializadas em produzir produtos para o nosso consumo, conseguindo-o com grande eficácia e eficiência. Assim, recebendo matérias primas, informação e mão de obra, o sistema de produção produz bens e serviços (e possivelmente resíduos). O nosso sistema de produção é orientada ao produto “flow shop” ou em linha, ou seja, este tipo de implantação permite grande volume de produção embora tenha pouca variedade no tipo de produtos e pouca flexibilidade. O tamanho do WIP – Work in Process ou Trabalho em Curso – também é reduzido, caso o sistema esteja balanceado, que é o que se pretende, potenciando assim a velocidade da produção. Este tipo de implantação como o próprio nome indica, funciona em linha, ou seja as máquinas e/ou operários são dispostos em linha de acordo com a sequência necessária para o fabrico do produto, produzindo apenas um tipo de produto, mas a grande velocidade, como por exemplo na industria automóvel.

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Como uma linha é dedicada a um produto, esta acaba quando deixa de ser necessário produzir esse produto, isto é, um novo produto implica uma nova linha de produção. Quando se projeta uma linha, um dos aspectos a ter em atenção é o seu equilíbrio, ou seja, os tempos de processamento dos postos de trabalho devem ser o mais próximo possível uns dos outros, em valor. Por outro lado também é igualmente importante que a taxa de produção da linha (quantidade produzida por unidade de tempo) seja adequada à procura que é necessário satisfazer.

!D- !"#$%&'()*+O objectivo deste trabalho tem por base o desenvolvimento de uma aplicação para monitorização de um sistema produtivo e a implementação de ferramentas estatísticas na área da qualidade. A aplicação deve ser capaz de recolher informações sobre o desempenho do processo produtivo, e recolher dados da qualidade para verificar se os processos estão sob controlo e caso não estejam possibilitar a identificação das causas para a ocorrência de variações.

!D5 !"#"$%&'()*+,*$-%.%/0,+Neste trabalho tivemos dificuldade em implementar em LabVIEW o uso das ferramentas da qualidade, por existir pouca informação online relacionada com o assunto. Numa das pesquisas encontramos informação sobre uma ferramenta adicional do LabVIEW, chamada SPC Tools, que permite o uso de vi’s já definidas para construir control charts, e diagramas de Pareto, mas era uma versão licenciada ao qual não tínhamos acesso. Outra limitação deste trabalho tem mais em conta os testes realizados, o sistema pôde apenas ser testado duma forma simulada e não num ambiente real de produção o que seria mais realista e interessante.

!D: !"#$%#%$&'()'*+,&#-$.)+

O presente relatório está organizado em 4 capítulos, no capítulo 1 apresenta-se uma breve introdução justificativa, uma contextualização como um enquadramento das Unidades Curriculares envolvidas e os objectivos traçados para o projeto. O capítulo 2 serve para apresentar os conceitos teóricos das temáticas abordadas, que apresenta conceitos abordados nas UC’s de SCPI e EGQ. O capítulo 3 é alusivo ao Sistema de Monitorização implementado, nele é explicado o funcionamento deste, é descrita a interface e contém um manual de utilização do sistema. Por fim o capítulo 4 traz os comentários sobre o trabalho realizado, bem como uma apreciação da ferramenta LabView.

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-D! !"#$%&&'()*+,-#./'!""#$%&'#(#))+A sigla OEE, em inglês, significa “Overall Equipment Effectiveness”, é um indicador de eficiência que foi desenvolvido pelo Japan Institute of Plant Maintenance. Esta métrica de performance baseia-se na multiplicação de três factores para determinar o seu resultado, Disponibilidade, Velocidade e Qualidade.

Para cálculo da Disponibilidade usa-se:

Em que o Tempo de Abertura é a diferença entre o Tempo de turno e as Paragens planeadas, e o Tempo de Funcionamento, é a diferença entre o tempo de Abertura e as Paragens não planeadas.

Um resultado baixo neste critério significa que há uma Perda de Disponibilidade, que se pode dever a avarias e/ou mudanças de ferramentas ou afinações das máquinas. Este resultado pode ser melhorado através de programas de redução de Setups (SMED). A Velocidade é obtida pelo,

em que o Tempo de Ciclo Ideal é o numero de peças que a máquina em questão consegue produzir por determinado período de tempo, em condições óptimas. Valores baixos neste quociente devem-se a Perdas na Velocidade, que podem ser originadas por pequenas paragens (obstruções, falhas de alimentação, sensores bloqueados, etc) e/ou velocidade reduzida no processo produtivo (cadência abaixo da capacidade da máquina, equipamento com desgaste, ineficiência do operador, etc). A solução pode passar pela manutenção da máquina ou substituição do operador caso a ineficiência passe por aí. Por último temos o calculo do parâmetro Qualidade,

Em que peças boas, é a diferença entre o número de peças produzidas e o número de peças defeituosas, resultando na percentagem de peças boas que o processo é capaz de produzir. Rejeições durante o arranque e/ou durante a produção, são os motivos para as Perdas na Qualidade. Concluindo, o OEE não mede o desempenho dos funcionários, pretende apenas avaliar a eficácia dos equipamentos e através dos dados, obter melhorias no aproveitamento da maquinaria.

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-D- !"#$%"&'()*(+,-)./0-+Nesta secção serão apresentados alguns conceitos básicos necessários para a implementação de um sistema de monitorização de um sistema produtivo. Dada uma lista de operações para a produção de um determinado produto, pretende-se obter dados concretos para conseguir calcular a quantidade de operários necessários, tempo de ciclo, takt time, taxa de produção, produtividade e taxa de utilização da mão de obra. Assim, através da tabela de operações consegue-se obter a quantidade de operários necessários para o processo produtivo, através das seguintes formulas: Em que o Q é a quantidade de produtos que um funcionário consegue produzir, por dia, dado pela divisão do tempo total de trabalho diário (funcionário) pelo tempo necessário para produzir um produto (este valor é dado pela soma de todos os tempos de operação dados pela lista de operações). Obtido o Q, divide-se a quantidade de produtos pretendida (P) por este (Q) e obtém-se o número de operários necessários. Como estamos a trabalhar numa linha de produção, as operações tem que ser distribuídas pelos vários postos, tendo em atenção possíveis precedências de modo a conseguir produzir a quantidade necessária de produto no melhor tempo possível. O “takt time” – proveniente do alemão “taktzeit” em que o “takt” significa compasso e “zeit” significa tempo ou período - representa o ritmo a que o mercado pede produtos, ou seja, de quanto em quanto tempo (em média), o mercado pede uma unidade de produto. Este valor é dado por: Em que o Td é referente ao tempo de abertura (tempo de turno – paragens planeadas) e o P representa a procura diária (número de produtos que o mercado procura diariamente). O tempo de ciclo de um sistema produtivo determina o intervalo de tempo esse sistema produz um produto, esse valor deverá ser menor, ou no máximo, igual ao “takttime” e é igual ao tempo de ciclo do posto mais lento, isto é, que demora mais tempo a concluir a operação (posto de estrangulamento). Por exemplo (se forem 5 postos), O parâmetro “taxa de produção” indica a quantidade de produtos por unidade de tempo, que o sistema é capaz de produzir, ou seja, é dado pelo inverso do tempo de ciclo, Ou então, dividindo o numero de produtos produzidos num dia pelo tempo de trabalho. Neste contexto, o conceito de produtividade é dado pela quantidade de produtos produzida por operário e unidade de tempo, e obtém-se dividindo a taxa de produção pelo número de operários, Para finalizar, temos a taxa de utilização da mão-de-obra que indica a percentagem de utilização em determinado posto relativamente ao “takttime” do sistema produtivo, ou seja: Se pretendermos a taxa de utilização da mão-de-obra de todo o sistema, este é obtido pela média das taxas de utilização da mão-de-obra dos postos de trabalho que compõe o sistema:

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-D5 !"#$%&'()'*+),-()("+Atualmente as empresas procuram uma melhoria contínua: melhor qualidade do produto final, melhor qualidade do trabalho e dos processos executados. Procuram maneiras de se tornar competitivas, de obter maior proximidade com seus clientes, maior satisfação interna e externa, melhor desempenho financeiro e menor tempo para absorção de mudanças. Para isto, devem ser criados processos que melhorem o fluxo de trabalho das empresas, e isso pode ser alcançado através da Gestão da Qualidade. De acordo com Juran, a gestão da qualidade é baseada em três processos: Planeamento, Controlo e Melhoria.

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O Planeamento da Qualidade envolve conhecer o que o cliente deseja e as suas necessidades, e conseguir traduzi-los em características mensuráveis para poder geri-las de forma eficaz. É então necessário identificar quais as normas da qualidade que são necessárias para o projeto e determinar de que forma é possível satisfaze-las. Este é um dos processos chave quando se trata de definir os planos de uma empresa e durante o desenvolvimento do plano de gestão de produção. O planeamento da qualidade envolve estabelecer metas de qualidade, identificar os clientes, determinar suas necessidades, desenvolver características dos produtos que atendam às necessidades dos clientes, desenvolver processos que sejam capazes de produzir as características do produto, estabelecer controles de processos e transferir os planos resultantes para as forças operacionais (JURAN, 1997).

6">"6 :0$.)040+1(+23(4*1(1&+O controlo da qualidade é um processo através do qual se mede o desempenho do sistema de produção em termos de qualidade, compara-se com aquilo que se pretende atingir e depois é feita uma ação corretiva no caso de o desempenho observado não for o que se pretendia. As técnicas de controlo da qualidade podem assumir diversas formas, podendo ter um formato mais “administrativo”, por exemplo: o controlo de dados e documentos; ou um formato mais técnico, por exemplo: o Controlo Estatístico do Processo (CEP). O CEP consiste no uso de métodos estatísticos para avaliar um processo de forma a atingir e manter um processo sob controlo. Uma ferramenta bastante útil para controlar os processos são as cartas de controlo, estas servem para perceber se um processo é ou não estável e se está ou não em condições de poder satisfazer as especificações. Os gráficos de controlo são constituídos pelos valores recolhidos das amostras, por uma linha central e pelos limites de controlo. Valores fora dos limites de controlo, indicam uma variação no processo, que pode ocorrer devido a causas aleatórias (inerentes ao processo) ou causas assinaláveis(entendidas como causas identificadas que provocam situações de funcionamento anormais). Um processo está sob controlo se estiver a operar apenas na presença de causas de variação aleatórias, que são as que importam identificar. Os gráficos podem ser de variáveis contínuas ou discretas, no nosso sistema de monitorização vamos usar gráficos de variáveis discretas, mais concretamente gráficos c, de contagem de defeitos na amostra. O gráfico c é utilizado considerando o número de defeitos por subgrupos, em que todos estes são do mesmo tamanho, isto é, têm o mesmo número de itens. Os limites e a linha central são obtidos da seguinte forma:

em que ! é obtido através de:

, sendo !!! !!!! ! !! o número de defeitos em cada uma das ! amostras.

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Apesar das cartas de controlo serem uma ferramenta útil no CEP, o seu uso isolado não é suficiente para atingir os objectivos. As cartas de controlo permitem apenas detetar a presença de causas assinaláveis, para resolver o problema associado às causas encontradas é necessário aplicar outras ferramentas com vista à melhoria da qualidade.

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A melhoria da qualidade tem como objectivo atingir níveis de desempenho significativamente melhores do que os anteriores, ou seja estabelecer um melhor Status Quo eliminando os chamados problemas crónicos. Para implementar a melhoria da qualidade é preciso identificar a causa dos problemas, encontrar soluções para resolve-los, verificar que essas soluções são as melhores e manter uma mentalidade de melhoria contínua. Uma ferramenta bastante útil na identificação das principais causas de um problema é o diagrama de Pareto. O diagrama de Pareto tem o objetivo de compreender a relação ação/benefício, ou seja, dá prioridade à ação que traz melhores resultados. O diagrama é composto por um gráfico de barras que ordena as frequências das ocorrências em ordem decrescente, e permite a localização de problemas vitais e a eliminação de futuras perdas. Mostra ainda a curva de percentagens acumuladas.!O diagrama baseia-se no princípio de que a maioria das perdas tem poucas causas, ou, que poucas causas são vitais, a maioria é vulgar. Para construir um diagrama de Pareto são feitos os seguintes passos:

• Deve-se decidir previamente que tópicos são avaliados, (por ex. avaliar o tipo de defeitos), determinar a unidade de medida (no caso do nosso projeto seria a frequência da ocorrência) e determinar o período durante o qual se vão recolher dados;

• Após a recolha dos dados são construídos os gráficos de barras, com a ocorrência de cada tipo de defeitos ordenada por ordem decrescente;

• Por fim é construída a curva de Pareto que liga os pontos das percentagens acumuladas de cada defeito, e são identificados os defeitos que ficam à esquerda do valor de 80% de percentagem acumulada. Essas são as causas que interessam identificar e corrigir.

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Temos duas aplicações com objectivos diferentes, uma para fazer a supervisão dos postos de trabalho e outra onde é possível que os vários postos de trabalho introduzam informação para ser transmitida ao posto de supervisão.

Aplicação de Supervisão – Aba 1 – Setup Inicial onde são introduzidos os dados iniciais.

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Nesta página do programa é onde se introduzem os dados iniciais para o que se pretende supervisionar, assim, vai ser descrito o que se pretende para cada campo:

• Tempo total por turno – Introduzir o valor do tempo total por cada turno, em horas.

• Nº de Pausas – Introduzir numero de pausas planeadas durante cada turno.

• Tempo de pausa – Introduzir o tempo de pausa, em minutos.

• Nº de turnos por dia – Introduzir o número de turnos que há por dia de trabalho.

• Tempo total da operação – Introduzir o tempo total da operação, em segundos.

• Paragens não planeadas – Introduzir tempo de possíveis paragens não planeadas, em segundos.

• Procura – Introduzir valor da procura em unidades de produto.

• Tamanho do Lote – Introduzir número de peças por cada lote produzido.

• Em endereços dos postos, cada caixa de texto serve para introduzir o IP do respectivo posto.

Quanto aos aspectos da Qualidade a Observar, existe a possibilidade de observação de até 3 atributos em que se pode definir o Limite Superior e Limite Inferior de Especificação (LSE e LIE), caso não seja para atribuir, deixa-se a 0.

Pode definir-se também o intervalo entre amostras e o tamanho de cada amostra, assim como o inicial.

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Aplicação de Supervisão – Aba 2 – Mostra os dados recolhidos em cada posto

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Na parte mais à esquerda é-nos devolvido através de indicadores, os valores da Disponibilidade, Velocidade, Qualidade, OEE, Nº de Postos, Taxa de Produção Objectivo, taxa de Produção Real, WIP e Total de Peças defeituosas.

Ao lado, surgem-nos os Postos de 1 a 4, onde é mostrado em cima o Operário, a Designação que mostra qual a operação que é feita nesse posto (fresadora, estação de corte, etc), o turno, que varia entre 1 e 3 e o tempo de ciclo (em segundos).

Quando o Posto está a enviar dados de amostra, o led “Receber dados de Amostra” mantem-se ligado como aviso.

Se for caso disso, a Quantidade de Defeitos e Origem Provável (1,2 e 3) mostrarão o número de defeitos e a sua origem (dados provenientes dos postos), mostrando também a Produção que se refere ao número de produtos produzidos (em tempo real) e também o número de peças Defeituosas.

A direita aparece o Buffer que no caso do Posto 1 vai ser o tamanho do lote, e, nos restantes mostra a quantidade de produto em fila de espera para ser processado.

Para finalizar, tem o e os Limites Superiores e Inferiores de Controlo, calculados através deste.

O Botão STOP no canto inferior esquerdo serve para parar a aplicação em qualquer momento e o led redondo ao lado da denominação do Posto (Posto 1, Posto 2, etc) tem a finalidade de transmitir ao supervisor que foi premido o botão EMERGÊNCIA no Posto respectivo.

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5D- !"#$"#%&'%$()*)+,"+Aplicação de Utilizador (Posto) – Aba de Produção

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Neste posto Para além da caixa operário e Designação já descritas em cima, temos o botão giratório de seleção de turno e o de ligado/desligado e serve como o nome indica, para ligar e desligar a máquina. O botão de carga é usado para selecionar a percentagem da carga a que a máquina está a produzir, mostrando esse valor na caixa Capacidade Produtiva. Por baixo é mostrado o tempo de Ciclo em segundos e à direita disso, o Produção que mostra o número de produtos processados pela máquina e em Posto define-se o número do Posto em que estamos a trabalhar. Em IP Posto e IP Server, é para configurar o IP do próprio posto e do servidor para comunicarem entre si e é mostrado o endereço no indicador em baixo: Endereço de rede do Posto e do Server. O Botão EMERGÊNCIA é para ser pressionado em caso de emergência, mostrando ao Supervisor que algo está errado.

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Nesta aba, Atributo 1, 2 e 3 é uma caixa apenas indicadora e mostra-nos quais os atributos a verificar e os Limites Superiores e Inferiores de Especificação mostra-nos os valores máximos e mínimos admitidos em cada Atributo.

Se for detectada alguma irregularidade, deve ser incrementado o contador Qtd que mostra a quantidade de erros ou defeitos e se possível, especificar a Origem Provável, na caixa respectiva, assim como colocar o número da amostra na caixa Nº da Amostra, devendo também incrementar o número de Peças Defeituosas.

O selector Enviar Amostra, serve para mostrar à aplicação Supervisão que estão a ser enviados de amostras analisadas.

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Neste trabalho apresentado foi desenvolvida uma aplicação que permitiu recolher alguns dados quanto aos processos de produção. Fomos capazes de obter informações relativas ao desempenho do sistema de produção interagindo com outros postos de trabalho. Por outro lado não implementámos eficazmente como desejávamos a possibilidade de verificar as cartas de controlo relativas aos processos supervisionados, nem uma funcionalidade que permitisse construir de imediato um gráfico de Pareto. Quanto à ferramenta LabVIEW que foi utilizada para implementação das aplicações, surgiram algumas dificuldades na utilização e na adaptação a esta ferramenta.

Como na ferramenta LabVIEW as aplicações são criadas essencialmente a nível “gráfico”, isto é, de forma bastante diferente dos hábitos de programação que trazemos da licenciatura, onde programávamos com código de um nível mais baixo, isto causou alguns problemas de adaptação e de habituação a esta nova forma de encarar a concepção de aplicações. Consideramos que provavelmente para alguém que não tenha muita experiência em linguagens de programação mais tradicionais, será relativamente fácil e intuitivo fazer aplicações simples em LabVIEW. Mas para programadores que já tenham tido algum tipo de experiência com linguagens de programação tradicionais, dá a sensação que não conseguimos ter tanto controlo e facilidade de criar aplicações mais complexas como é o caso das aplicações que foram criadas neste projeto integrado.

Objectivamente, tivemos dificuldades e exigiu muito estudo a forma como se encara a implementação da comunicação por data socket em LabVIEW, pois encontramos problemas principalmente na sincronização das várias ligações e na leitura das várias data sockets das aplicações dos postos de trabalho.

Também tivemos um problema muito estranho a lidar com arrays no LabVIEW. Para o cálculo do gráfico de controlo da qualidade !, tentamos colocar cada valor total de defeitos encontrados numa amostra em posições diferentes de um array, de seguida fazemos a soma dos valores do array e dividimos esse valor pelo número da amostra e assim obtínhamos o valor de !, que corresponderia ao valor de LC no gráfico e, partir desse valor é fácil calcular os valores dos LSC e LIC. O problema com que nos deparámos foi que não conseguimos guardar nas posições corretas do array os valores retirados do total do número de defeitos. Tentamos inclusive, colocar a manipulação do array dentro de um case structure onde só seria indexado o valor de defeitos no array quando o controlo enviar amostra da aplicação posto de trabalho fosse ativada, mas mesmo assim não conseguimos.

Como não conseguimos calcular corretamente os valores dos limites de controlo dos gráficos ! dos vários postos de trabalho, acabamos por também não representar esses gráficos usando o LabVIEW.

De uma forma geral achamos interessante e intuitiva em muitos casos a implementação de aplicações em LabVIEW mesmo tendo em conta as dificuldades com que nos fomos deparando ao longo do desenvolvimento das aplicações deste projeto integrado.!!

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