DIOGO WIESE IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO DE TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS NO SETOR DE USINAGEM EM UMA EMPRESA PRODUTORA DE PEÇAS AUTOMOBILÍSTICAS

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1 1 DIOGO WIESE IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO DE TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS NO SETOR DE USINAGEM EM UMA EMPRESA PRODUTORA DE PEÇAS AUTOMOBILÍSTICAS JOINVILLE SC 2007

2 2 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA - UDESC CENTRO DE CIÊNCIAS TÉCNOLÓGICAS - CCT DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS DIOGO WIESE IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO DE TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS NO SETOR DE USINAGEM EM UMA EMPRESA PRODUTORA DE PEÇAS AUTOMOBILÍSTICAS Trabalho de graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Produção e Sistemas da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito para a obtenção do título de Engenheiro de Produção e Sistemas. Orientador: Profº. MSc. Nilson Campos JOINVILLE SC 2007

3 3 DIOGO WIESE IMPLANTAÇÃO DO CONCEITO DE TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS NO SETOR DE USINAGEM EM UMA EMPRESA PRODUTORA DE PEÇAS AUTOMOBILÍSTICAS Trabalho de graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Produção e Sistemas da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito para a obtenção do título de Engenheiro de Produção e Sistemas. Banca Examinadora Professor: Nilson Campos Professor: Régis Kovacs Scalice Professor: Ricardo Kirchhof Unfer Joinville, 15/05/2007

4 4 "Para implementar o Sistema Toyota de Produção em nosso próprio negócio, deve haver uma total compreensão de perdas. A menos que todas as fontes de perdas sejam detectadas e eliminadas o sucesso irá sempre tornar-se apenas um sonho". (OHNO, 1997)

5 5 RESUMO A busca cada vez mais acirrada pela redução dos custos internos de fabricação faz com que as empresas produtoras de insumos desenvolvam cada vez mais tecnologias e métodos otimizados nos processos produtivos internos. Estas metodologias e inovações acarretam diretamente no valor do preço a ser cobrado do cliente, que por sua vez, busca um preço menor pelos produtos que por eles são adquiridos sem perda de qualidade. No entanto, todas estas melhorias não podem ser desenvolvidas sem antes terem sido feitos diversos estudos, para se tornar viável a implantação das mesmas no chão de fábrica. O presente trabalho tem como objetivo apresentar uma melhoria para redução no tempo de setup na usinagem de camisas de cilindro. Este trabalho surgiu com a necessidade do aumento do tempo efetivo de máquina em produção no setor referido, devido a um aumento significativo de demanda do cliente. Com auxílio de pessoas que trabalham no setor e também de literaturas que relatam o tema, foram feitas diversas propostas de melhorias para o processo em questão. Todas estas melhorias foram implantadas para conseguir atender o aumento de demanda, sem aquisição de novas máquinas para estas operações e assim, cada vez mais atender as necessidades do cliente. PALAVRAS-CHAVE: Redução de setup. Otimizações de processo.

6 6 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 01 Torneamento Cilíndrico Externo Figura 02 Torneamento Cilíndrico Interno Figura 03 Sangramento Axial Figura 04 Torneamento Cônico Externo Figura 05 Torneamento Cônico Interno Figura 06 Torneamento de Faceamento Figura 07 Sangramento Radial Figura 08 Perfilamento Radial Figura 09 Perfilamento Axial Figura 10 Torneamento Curvilíneo Figura 11 Itens necessários para redução de estoque Figura 12 Layout da célula de usinagem de camisas de cilindro Figura 13 Foto de um modelo de camisa Figura 14 Placa com três castanhas Figura 15 Placa com duas castanhas Figura 16 Relatório da ovalização em uma placa com três castanhas Figura 17 Fixação da camisa com parte fixa o móvel (regulagem) Figura 18 Projeto da Castanha para todas as peças Figura 19 Regiões usinadas nas peças Figura 20 Ferramenta usinar face superior e diâmetro externo Figura 21 Ferramenta usinar face inferior Figura 22 Ferramenta usinar diâmetro interno Figura 23 Ferramenta usinar face superior e diâmetro externo Figura 24 Ferramenta usinar face inferior e diâmetro interno Figura 25 Dispositivos de controle atuais (máquina) Figura 26 Máquina tridimensional utilizada para a medição da peça Figura 27 Projeto do dispositivo de controle para medição da concentricidade. 56 Figura 28 Seqüência de usinagem antes das melhorias Figura 29 Seqüência de usinagem depois das melhorias Figura 30 Dispositivo de medição da concentricidade... 62

7 7 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 01 Esquema gráfico representado no SMED Gráfico 02 Bases para a implementação do SMED Gráfico 03 Quantidade de Setups Mensais (Célula) Gráfico 04 Faturamento por Célula Gráfico 05 Quantidade de Peças Mensais (Atual) Gráfico 06 Quantidade de Peças Mensais (Aumento do Cliente) Gráfico 07 Quantidade de Preparações Mensais Gráfico 08 Tempo Médio de Cada Preparação Gráfico 09 Tarefas mais Demoradas na Preparação Gráfico 10 Comparativo entre os tempo de troca de dispositivo antes e depois 58 das melhorias... Gráfico 11 Tempo das tarefas relacionadas à troca de ferramentas, antes e 60 depois das melhorias... Gráfico 12 Tempo relacionado à medição das peças, antes e depois das 62 melhorias... Gráfico 13 Tempo das preparações após as melhorias Gráfico 14 Quantidade de minutos com a máquina parada para realização 64 das preparações... Gráfico 15 Valor gasto com máquina parada Gráfico 16 Anexo Gráfico 17 Anexo

8 8 LISTA DE TABELAS Tabela 01 Ferramentas para se tornar uma empresa Lean Tabela 02 Interfaces em comum entre o JIT e o TQC Tabela 03 Seqüência de uma setup tanto na manufatura quanto na prestação 30 de serviços... Tabela 04 Comparativo entre os autores mencionados na revisão 34 bibliográfica... Tabela 05 Comparativo da quantidade de máquinas necessárias atualmente 43 e com o aumento proposto pelo cliente... Tabela 06 Cronograma de implantação das melhorias Tabela 07 Tabela comparativa entre a quantidade de máquinas necessárias 66 para à produção das peças antes e depois das melhorias...

9 9 LISTA DE ABREVIAÇÕES CNC Comando numérico computadorizado JIT Just-in-Time M.O. Mão de obra MPT Manutenção produtiva total RAP Registro de acompanhamento de processo SMED - Single Minute Exchange of Dies STP Sistema Toyota de Produção TPE Tempo de preparação externo TPI Tempo de preparação interno TQC Controle de qualidade total TRF Troca rápida de ferramenta WIP Estoque em processo 3D Máquina de medição por coordenadas (tridimensional)

10 10 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO APRESENTAÇÃO DO TEMA OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS JUSTIFICATIVA DELIMITAÇÃO DO ESTUDO METODOLOGIA ESTRUTURA DE TRABALHO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA USINAGEM TORNEAMENTO MANUFATURA ENXUTA O SISTEMA JUST INTIME TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS (TRF) Proposta metodológica de redução de setup A filosofia SHINGO Proposta metodológica de redução de setup A filosofia MONDEM 30 (1984) Proposta metodológica de redução de setup A filosofia HAY (1992) Proposta metodológica de redução de setup A filosofia KANNENBERG 32 (1994) Proposta metodológica de redução de setup A filosofia BLACK (1998) METODOLOGIA PESQUISA-AÇÃO APRESENTAÇÃO DA EMPRESA FASE DO DIAGNÓSTICO FASE DE PESQUISA APROFUNDADA Melhoria no dispositivo de fixação das camisas (Grupo 01)... 48

11 Melhoria nas ferramentas de usinagem das camisas (Grupo 02) Melhoria no processo de medição das camisas (Grupo 03) FASE DA AÇÃO Implantação do dispositivo único para as camisas Implantação de ferramentas em comum para as camisas de cilindro Implantação do dispositivo de controle de concentricidade FASE DE AVALIAÇÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS ANEXOS... 71

12 12 1. INTRODUÇÃO Na atual realidade, em que todo setor de manufatura industrial sofre efeitos da globalização dos mercados consumidores, está ocorrendo uma forte concorrência para a redução dos preços de venda dos produtos produzidos por todos os tipos de indústrias de transformação. Com esta acirrada competitividade, estudos para redução de custos internos de fabricação são realizados. O mercado atual exige baixos preços e também um prazo de entrega cada vez menor dos produtos e as empresas buscam cada vez mais tornar estas exigências de seus clientes uma realidade nas empresas para conseguirem um diferencial competitivo perante suas concorrentes. Para conseguir um preço mais baixo e um tempo para entrega dos produtos menor, as empresas precisam investir em técnicas para redução do custo de fabricação destas peças em diversas frentes para atender os requisitos especificados pelos clientes, desde simples melhorias produtivas até grandes transformações em estruturas produtivas. Atender as necessidades dos clientes é essencial para a manutenção da empresa no mercado competitivo. Além de atender esta expectativa, o fornecedor que supera esta barreira esperada pelo cliente, tem uma vantagem muito grande perante seus concorrentes diretos. 1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA O tema deste trabalho de conclusão de curso é a redução do tempo de setup (troca rápida de ferramentas) através de diversas melhorias de processos e também de métodos de trabalho em uma célula de usinagem (torneamento). A redução deste tempo de setup de máquinas é essencial para a empresa ser competitiva na produção de seus produtos, por tratarem-se de comodities (produtos com baixo valor agregado).

13 OBJETIVO GERAL Otimizar o tempo de preparação de ferramentas no processo de torneamento de camisas de cilindros (célula dedicada para 5 modelos de peças), através de diversas melhorias realizadas no ambiente produtivo, objetivando reduzir o tempo de máquina parada entre a troca destes produtos nas máquinas estudadas. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS Os objetivos específicos deste trabalho são apresentados a seguir: Desenvolver uma metodologia de Troca Rápida de Ferramentas (TRF) baseada nas literaturas lidas; Melhorar o tempo de máquina parada para a troca de ferramentas; Estudar e avaliar melhorias a serem implantadas durante todo o processo de setup (gráficos); Desenvolver propostas viáveis e em comum acordo com todos os membros da equipe responsável pelo trabalho; Criar uma equipe para futuros trabalhos. 1.4 JUSTIFICATIVA Existem diversos obstáculos que precisam ser superados dentro de uma empresa para que a redução na troca de ferramentas seja por completo executada. Um exemplo prático é a do setup externo, que nada mais é do que a antecipação de uma atividade ou mais, enquanto a máquina está em produção e somente parar a

14 14 produção das peças quando estiver tudo feito externamente, com o intuito da redução do tempo efetivo de máquina parada para a troca de modelos de peça. Este trabalho, através das diversas melhorias listadas no tópico acima, vai mostrar a redução de custos de fabricação e também o aumento de produtividade que são atingidas com a implantação desta filosofia através de uma metodologia proposta. Os principais aspectos avaliados para este trabalho acontecer foram: muito tempo gasto com preparação, máquinas muito caras envolvidas neste processo e crescente aumento de demanda de todas as peças. 1.5 DELIMITAÇÃO DO ESTUDO O estudo das melhorias propostas neste trabalho são direcionadas para uma célula composta por três tornos horizontais com comando numérico computadorizado (CNC), destinados à usinar camisas de cilindros de diversos modelos (05 modelos) e tamanhos, fundidas com ferro fundido cinzento e produzidas para uma empresa fabricante de Motocicletas localizada no Brasil e líder nacional do segmento. Nesta célula serão realizadas diversas melhorias para a redução no tempo de preparação (setup) nas mesmas, visando absorver um aumento de demanda significativo imposto pelo cliente, sem que haja a necessidade de adquirir novas máquinas para a produção destes itens, proposta no início levantada pela gerência da empresa. 1.6 METODOLOGIA Na empresa onde este trabalho foi realizado, existe a consciência pela constante otimização de processos tanto na parte tecnológica quanto na área de qualidade, pois todos sabem que estas melhorias otimizam muito o resultado

15 15 financeiro da empresa devido a reduções significativas no custo de fabricação interno. Por buscar solucionar um problema através de técnicas e conceitos já estudados, este relatório é tido como uma pesquisa-ação, pois o pesquisador participa efetivamente do processo de construção de melhorias a serem implantadas na fábrica. Possui etapas bem claras de desenvolvimento: Fase exploratória; Fase de pesquisa aprofundada; Fase de ação; Fase de avaliação. 1.7 ESTRUTURA DE TRABALHO No primeiro capítulo do trabalho de conclusão de curso são apresentados os objetivos gerais do trabalho, objetivos específicos, a justificativa da escolha deste tema, a delimitação do trabalho além dos procedimentos metodológicos aplicados. O segundo capítulo apresenta a revisão da literatura de assuntos referentes ao tema geral do trabalho como: produção enxuta, troca rápida de ferramentas, conceitos sobre usinagem e torneamento, padronização e também outros pontos necessários para um bom entendimento sobre o assunto abordado no trabalho. O terceiro capítulo relata todas as fases da pesquisa relacionada com o tema base do trabalho de conclusão do curso. O quarto capítulo relata brevemente a empresa, local onde ocorreu o estudo, e também todos os passos das melhorias implantadas relatando todos as dificuldades e sucessos obtidos. Os demais capítulos apresentam as considerações finais, sugestões para trabalhos futuros e as referências utilizadas neste trabalho.

16 16 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Neste capítulo serão apresentados conceitos básicos sobre alguns pontos relevantes do trabalho como: usinagem (ênfase em torneamento), manufatura enxuta (lean manufacturing), troca rápida de ferramentas e sobre just-in-time. 2.1 USINAGEM Peças produzidas pelos processos de fundição, conformação ou até mesmo por soldagem, podem ser produzidas com o dimensional próximo as medidas finais, porém necessitam de operações complementares para alcançar o dimensional especificado para suas devidas aplicações. Estas operações de acabamento na peça para alcançar baixas tolerâncias dimensionais de produtos através de remoção de excesso de material causado pelos processos de formação do produto chamamse operações de usinagem. (DINIZ et al., 2003). Estes processos de usinagem são divididos em três categorias de acordo com STEMMER (1992): Processos de usinagem por corte da qual as mais usuais são o torneamento e o fresamento; Processos de usinagem por abrasão da qual são utilizados materiais abrasivos para a retirada de materiais. Ex. retificação e lapidação; Processos de usinagem não convencionais. Ex: processo elétrico, químico, térmico, hidrodinâmico e laser. As vantagens dos processos de usinagem são: Mais precisos que processos de conformação e fundição; Podem ser trabalhados para correções posteriores a tratamento térmico; Podem gerar superfícies com geometrias especiais;

17 17 Para lotes pequenos é mais fácil a produção do lote por usinagem. E suas desvantagens são: Um gasto maior de matéria-prima, energia e tempo de fabricação; Não altera a estrutura mecânica da peça e também suas propriedades. Desde a introdução das primeiras máquinas de usinagem em 1700, estes processos são indispensáveis para a produção de produtos variados. Segundo DINIZ et al. (2003), nos dias atuais, máquinas com comandos computadorizados de altíssimas velocidades de remoção de cavaco já são produzidas e industrializadas no mundo inteiro. Um processo de usinagem é basicamente composto pelos seguintes sistemas: ferramenta, máquina e a peça a ser usinada. O conhecimento profundo de cada um desses sistemas e o conhecimento da interação entre os mesmos, podem otimizar muito o tempo envolvido e o dinheiro gasto com a usinagem de um produto qualquer. O processo mais utilizado de usinagem é o CNC. O comando numérico - CNC - é hoje, segundo MACHADO (2006): o processo mais dinâmico de fabricação e o que trouxe maior impacto para a industrial mecânica no século XX, constituindo o maior desenvolvimento para a automatização de máquinas operatrizes de usinagem, além de infinitas outras aplicações possíveis em outras áreas da fabricação e outros processos. Essa tecnologia começou a ser desenvolvida em 1945 pelo empresário americano Dr. John T. Parson. Na necessidade de produzir hélices de helicópteros com maior rapidez e qualidade, Parson desenvolveu um método de posicionamento para fazer o contorno de difícil geometria das hélices, utilizando o conceito numérico de coordenadas em fresamento. Para aprimorar o conceito de comando numérico, foi criado um departamento de pesquisa e desenvolvimento que, de acordo com MACHADO (2006), foi um dos primeiros a utilizar as máquinas de cartões perfurados para realizar cálculos de engenharia aplicada. Devido ao sucesso da pesquisa, em 1948 o MIT (Massachusetts Institute of Technology), começou a desenvolver o conceito para aplicação em máquinas

18 18 operatrizes. Esses novos conceitos tinham como objetivo proporcionar maior agilidade de produção, possibilidade de usinar peças com alto grau de complexidade a um baixo custo de fabricação. Assim, em 1952 surge o primeiro centro de usinagem derivado de uma fresadora de três eixos (X, Y e Z) conhecida como Hydrotel TORNEAMENTO O processo de torneamento gera formas cilíndricas em uma peça, com o auxílio de uma ferramenta de corte usinando com uma única aresta e na maioria dos casos, a ferramenta é estacionária e a peça que sofre a rotação. Segundo a norma NBR , os conceitos básicos de torneamento são descritos abaixo: Torneamento é um processo mecânico de usinagem destinado a obter superfícies através de rotações com a ajuda de uma ou mais ferramentas monocortantes. Para isso a peça rotaciona em torno do eixo principal de rotação da máquina e a ferramenta se desloca simultaneamente segundo uma trajetória coplanar com o referido eixo. Pode ser dividido em retilíneo ou curvilíneo. O torneamento retilíneo é um processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, podendo ser: cilíndrico, cônico, radial e perfilamento. O processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória paralela ao eixo principal de rotação da máquina, chama-se torneamento cilíndrico, podendo ser externo (Figura 01) ou interno (Figura 02). Quando o torneamento cilíndrico visa à obtenção de um entalhe circular na face perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina, o torneamento é denominado sangramento axial (Figura 03) conforme DINIZ et al. (2003). Entende-se que o torneamento cônico é o processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, inclinada em relação ao eixo principal de rotação da máquina e também pode ser externo (Figura 04) ou interno (Figura 05).

19 19 No processo de torneamento radial a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea, perpendicular ao eixo principal de rotação da máquina. Quando o torneamento radial visa à obtenção de uma superfície plana é denominado faceamento (Figura 06). Quando o torneamento radial visa à obtenção de um entalhe circular é denominado sangramento radial (Figura 07) conforme DINIZ et al. (2003). O perfilamento é um processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória retilínea radial (Figura 08) ou axial (Figura 09), visando à obtenção de uma forma definida, determinada pelo perfil de uma ferramenta. Em relação ao torneamento curvilíneo (Figura 10), entende-se que é o processo de torneamento no qual a ferramenta se desloca segundo uma trajetória curvilínea. Quanto à finalidade, as operações de torneamento também podem ser divididas em torneamento de desbaste e acabamento. DINIZ et al. (2003). Em relação aos tipos de torneamento, as figuras abaixo ilustram os mesmos. Figura 01 Torneamento Cilíndrico Externo Figura 02 Torneamento Cilíndrico Interno Figura 03 Sangramento Axial Figura 04 Torneamento Cônico Externo

20 20 Figura 05 Torneamento Cônico Interno Figura 06 Torneamento de Faceamento Figura 07 Sangramento Radial Figura 08 Perfilamento Radial Figura 09 Perfilamento Axial Figura 10 Torneamento Curvilíneo 2.3. MANUFATURA ENXUTA A manufatura enxuta se fortaleceu Na falta de recursos naturais do Japão (período pós segunda guerra mundial). Neste período o custo de mão de obra era elevadíssimo (cerca de 5 vezes maiores que o valor da hora-máquina) e fez com que os japoneses começassem a estudar o assunto em questão com bastante ênfase. (SHINGO,1996). Com todos estes problemas encontrados no Japão, principalmente a escassez de recursos, muitos estudos foram implantados em indústrias japonesas,

21 21 sendo que a principal figura foi Taiichi Ohno, que elaborou estudos referentes à movimentação de um funcionário durante seu expediente de trabalho. Isto teve uma grande repercussão, pois trouxe grandes melhorias no custo de produção da Toyota Motors, rompendo diversos paradigmas que circundavam este assunto no mundo inteiro. As origens literárias do Sistema Toyota de Produção (STP) encontram-se calcadas em livros escritos por Shingeo Shingo e Taiichi Ohno. Estas obras relatam de forma prática a implantação de diversos estudos que, com o passar do tempo, tornaram-se referência para toda a indústria automobilística mundial. (ANTUNES, 1998) Para o mais perfeito entendimento do Sistema Toyota de Produção é necessário à compreensão do funcionamento da produção, que é definida por SHINGO (1996) como uma rede de processos e operações. O percurso que sofre a matéria-prima até virar estique intermediário e destes até se tornarem produtos acabados são definidos como processos, e a ação de fabricação destes produtos realizados pelo ser humano é denominado operação. Com este conceito fundamentado é possível fazer o estudo de melhoria de duas frentes: o processo e as operações. Segundo ANTUNES (1993) este entendimento permite: Compreender a lógica do sistema Toyota de produção; Esclarecer um método que possibilita a construção de outros sistemas complementares ao STP; Uma análise dos conceitos de perdas, propostas por Taylor, Ford, Ohno e Shingo. Segundo WOMACK & JONES (1996), há cinco pilares principais da manufatura enxuta. São eles: Especificar o valor; Identificar a cadeia de valor dos produtos e remover as etapas que geram desperdícios; Fazer com que as etapas que criam valor fluam;

22 22 Fazer com que a produção seja puxada pela demanda; Gerenciar para se buscar a perfeição. Conforme MIYAKE (1998) expõe na Tabela 01 para se tornar lean uma empresa precisa melhorar e implantar diversas ferramentas para atingir o efeito esperado por todos os colaboradores: Tabela 01 Ferramentas para se tornar uma empresa Lean 2.4. O SISTEMA JUST-IN- TIME Para KLIPPEL (2007), OHNO (1997), AMATO (1998) e VOKURKA (2000), o just-in-time (JIT) se apresenta como principal idéia para produzir somente o que é necessário, no momento necessário e na quantia exata. AMATO (1998) relata que: esta filosofia de produção cerne do sucesso do modelo japonês de gestão industrial, têm como idéia básica produzir somente o que for necessário, na quantidade e no momento certo. Segundo DAVIS (2001), o JIT é um conjunto de atividades projetado para atingir a produção em alto volume, utilizando estoques mínimos de matérias-primas, estoques intermediários e produtos acabados.

23 23 TUBINO (2000) comenta que alguns autores costumam apresentar separadamente os conceitos de JIT e TQC. Segundo o autor citado, o JIT seria uma filosofia voltada para otimização de processos e produtos e o TQC voltado para qualidade, porém o TQC e o JIT possuem algumas interfaces em comum conforme quadro mostrado na Tabela 02: Tabela 02 Interfaces em comum entre o JIT e o TQC SLACK (1999) comenta que: O JIT requer idealmente alto desempenho em todos os objetivos de desempenho da produção. a) a qualidade deve ser alta porque distúrbios na produção devidos a erros de qualidade irão reduzir o fluxo de materiais, reduzir a confiabilidade interna de fornecimento, além de gerar o aparecimento de estoques, caso os erros reduzam a taxa de produção em algum ponto de operação. b) a velocidade, em termos de rápido fluxo de materiais, é essencial, caso se pretenda atender à demanda dos clientes diretamente com a produção, ao invés de através dos estoques. c) a confiabilidade é um pré-requisito para um fluxo rápido, ou, olhando por outro lado, é muito difícil atingir fluxo rápido se o fornecimento de componentes ou os equipamentos não são confiáveis. d) a flexibilidade é especialmente importante para que se consiga produzir em lotes pequenos, atigindo-se fluxo rápido e lead time curtos. Esta referência faz-se às flexibilidades de mix e de volumes. PEINADO (1999) relata que apenas a implantação, do sistema Kanban está longe de ser suficiente, pois ele não reduz estoques, apenas limita seu nível

24 24 máximo. O autor sugere que além da implantação do sistema, há outros itens que precisam ser analisados para redução dos estoques, conforme é possível visualizar na Figura 11. Figura 11 Itens necessários para redução de estoque MARTIL (2006) considera o JIT uma filosofia de aplicação no mundo inteiro e é comumente associado à: produção sem estoques, sem desperdício, melhorias contínuas de processo e os principais objetivos são: Redução do nível de inventário; Redução nos tempos de preparação (setup); Redução ao tamanho mínimo de lote; Liberação para a produção através do conceito de puxar estoques; Flexibilidade de manufatura pela redução dos tamanhos de lotes. MINADEO (2007) comenta que: O objetivo fundamental do JIT é a manutenção contínua do processo de produção, a redução dos estoques, e trazer à tona os diversos problemas camuflados pela existência dos estoques, cujos principais problemas são:a) qualidade; b) quebra de máquinas; c) preparação de máquinas: quando uma máquina é utilizada para processar mais de um item, torna-se necessário preparar a máquina para cada mudança. Esta preparação representa custos referentes ao período inoperante do equipamento, à mão de obra empregada, à perda de material no início das operações. Custos maiores exigem rateamento por uma quantidade maior de peças e necessidade de lotes grandes

25 25 MINADEO (2007) também escreve que o JIT que é um sistema que objetiva a contínua busca pela otimização de processos, reduzindo desperdícios, e que todas as operações que não agregam valor sejam eliminadas, algumas metas que relacionadas no estudo do JIT estão listadas abaixo: Zero de estoques; Zero de lead times; Zero de tempo de setups; 2.5. TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS (TRF) O sistema de troca rápida de ferramentas (TRF) foi desenvolvido no início da década de 50, onde Shingeo Shingo elaborou um trabalho para otimização de prensas de estampagem de corpo na empresa Mazda da Toyou Kogyo em Hiroshima, operação gargalo anteriormente ao estudo. Shingo foi encarregado do estudo visando à melhoria do processo para melhorar a eficiência das máquinas. Logo no primeiro dia de estudos do grupo foi verificado por Shingo, no momento da troca das matrizes da prensa, a falta de um último parafuso para prender a matriz na máquina. Este parafuso foi localizado pela equipe de preparação de máquinas quase uma hora mais tarde. Posteriormente, Shingo buscou soluções para que este problema não ocorresse mais. Segundo SHINGO (2000), estabelecemos um processo de seleção cuidadosa e colocamos os parafusos necessários em caixas específicas. Também melhoramos o procedimento geral ao realizar todas as atividades possíveis em setups externos Depois deste acontecimento, foi claramente visto que setups precisam ser divididos em externos e internos e a partir deste caso foi começado a dar mais importância para o tempo perdido em uma máquina entre o término de produção de um produto e o início de produção de um outro produto (redução de setup). Entende-se por setup interno, todas as operações que podem somente ser realizadas quando a máquina está parada e por setup externo aquelas operações que podem ser realizadas quando a máquina está em operação.

26 26 A segunda experiência relacionada a TRF ocorreu na Mitsubishi Heavy Industries, quando Shingo sugeriu a redução de tempo de setup onde posteriormente as melhorias, foi alcançado 40% de aumento de produtividade e a primeira conversão de setup interno em externo conforme relatado por SHINGO (2000). O terceiro estudo foi realizado em 1969, numa fábrica de carrocerias da Toyota Motor Company, onde Shingo e sua equipe separaram o setup em interno e externo e com isso conseguiu reduzir o tempo de preparação de 4 horas para 90 minutos, em seis meses de trabalhos. Não satisfeita, a direção da empresa colocou como meta a redução de setup para apenas 3 minutos. Conforme SHINGO (2000), foi relatada uma proposta para redução da preparação e o autor citado comentou que Por um instante fiquei pasmo com o que foi exigido, com isso pensou: Por que não converter tempo de preparação interno (TPI) em tempo de preparação externo (TPE). Após mais um trimestre a redução foi conseguida para três minutos. Depois destas experiências foi criado o conceito SMED (Single Minute Exchange of Dies), que nada mais é do que o tempo decorrido entre a saída do último produto A da máquina, até a saída do primeiro produto B com qualidade conforme mostrado no Gráfico 01. Gráfico 01 Esquema gráfico representado no SMED

27 27 A grande idéia da TRF (troca rápida de ferramentas) é a redução e otimização dos setups. Na prática, a redução de setups é dividida em estratégias e técnicas práticas de implantação. Esta divisão parte da proposta de SHINGO (1996, 2000), designada SMED, comparando-a a idéia de outros autores: MONDEM (1983), HAY (1992), KANNENBERG (1994) e BLACK (1998) Proposta metodológica de redução de setup A filosofia SHINGO. SHINGO (1996, 2000) define a TRF como, primeiramente, algo estratégico em uma instituição, posteriormente técnicas práticas de implantação destes conceitos além de técnicas para análise e apoio as melhorias. Dois grupos de estratégias são levantados para redução no tempo de troca de ferramentas: Estratégias envolvendo habilidades onde as pessoas que detêm o conhecimento empírico no processo de preparação da máquina (operador ou preparador); Estratégias envolvendo tamanho do lote devido aos tempos altos de setup, empresas preferem fazerem muitas peças em cada preparação (estoque). A TRF permite a redução dos custos de setups. Conforme SHINGO (2000) o processo de melhoria de setup é dividido em quatro etapas: Estágio Preliminar é analisar e estudar toda a operação de setup atual nos mínimos detalhes com o auxílio dos operadores. Nesta tarefa, algumas maneiras para abordar esta questão podem ser a cronoanálise da operação, entrevistas ou até mesmo a filmagem da operação. Estágio 1 são divididas as operações de setup entre internos e externos, onde o autor menciona a possibilidade de, já neste estágio, o ganho de 30 a 50% de tempo na preparação;

28 28 Estágio 2 são feitas analises para transformar setups internos em externos; Estágio 3 após feitas as divisões de setups externos e internos, são realizados estudos para otimizar estes tempos de preparação. Estes estágios mostram que TRF são compostas por duas ações principais: análise e implantação. Para implantação destas melhorias são utilizadas oito técnicas: Separar operações externas e internas; Transformar setup interno em externo; Padronizar as operações do setup; Utilizar fixadores funcionais ou não usar nenhum fixador; Utilizar dispositivos intermediários para eliminar ajustes; Utilizar operações paralelas; Otimizar operações; Mecanizar as operações. SHINGO (1996) afirma que se o método just-in-time, ponto chave do sistema Toyota de produção, não teria sido desenvolvido se o TRF não existisse. Para o autor, o TRF começa primeiramente no ambiente estratégico, e somente depois entram em cena o desenvolvimento e aplicações dos conceitos com o intuito de implantar seus conceitos e técnicas. Resumidamente para SHINGO as bases para a implantação do SMED são mostradas com detalhes no Gráfico 02:

29 29 Gráfico 02 Bases para a implementação do SMED Ainda SHINGO (1996), comenta que o SMED se baseia no fato de que os setups internos e externos ainda não estejam implantados, e então a primeira etapa seria analisar o setup e todos os pontos de possíveis ganhos de tempo (esta operação é muito importante que seja realizada com os operadores e preparadores envolvidos com o equipamento). Com este passo feito é separado todos os pontos que podem ser divididos em setup interno e externo. O próximo ponto é a transformação de todas as etapas possíveis em setups externos e também a eliminação do maior número possível de ajustes. Por fim cada operação definida como interna e externa é treinada para ser com mais facilidade executada. Ao atingir tais objetivos, consegue-se minimizar o estoque e flexibilizar a produção a ponto de permitir ajustes de acordo com a modificação da demanda, fazendo com que seja possível à produção em pequenos lotes. Na Tabela 03 SHINGO (1996) mostra esquematicamente a seqüência de um setup tanto na manufatura de produtos quanto na prestação de serviços.

30 30 Tabela 03 Seqüência de uma setup tanto na manufatura quanto na prestação de serviços Proposta metodológica de redução de setup segundo MONDEM (1983). O modelo proposto pelo autor MODEM (1983), segue o mesmo princípio abordado por SHINGO, diferenciando as estratégias e técnicas de implantação. MODEM (1983) define o TRF em três estratégias e seis técnicas. O autor considera a diferenciação entre preparação interna e externa como o conceito mais importante para a realização do TRF. Posteriormente a eliminação dos ajustes, que consomem em média 60% do tempo total do setup interno. Nestes ajustes, segundo o autor, já deve ser observado nas etapas de projeto. O terceiro

31 31 passo seria a busca pela padronização das ferramentas (posição diferenciada em relação a SHINGO), buscando a intercambialidade de ferramentas. Quanto às técnicas, o autor cita seis como as principais para realização das melhorias: A padronização de função e conversão de setup interno em externo; Padronização das peças necessárias do equipamento; Utilização de fixadores rápidos; Utilização de ferramenta de fixação suplementar; Operações paralelas; Mecanização Proposta metodológica de redução de setup segundo HAY (1992). O modelo proposto pelo autor HAY (1992) segue técnicas diferenciadas dos autores citados anteriormente, sendo mais abrangente, iniciando com o compromisso da alta administração da empresa junto ao projeto o que pelo autor é considerado um fator crítico para o sucesso da implantação da TRF. A segunda etapa é a escolha do processo a ser melhorado, sendo nestas proposta considerada o melhor retorno frente ao impacto potencial da melhoria a ser atingida. O terceiro passo é a definição da equipe multidisciplinar a ser responsável pela melhoria a ser desenvolvida. O quarto passo será a capacitação da equipe com treinamentos sobre conceitos em TRF, e também todos os objetivos da melhoria que será realizada no processo. As demais etapas definidas pelo autor são bastante parecidas com as dos demais autores já mencionados no trabalho, sendo que os principais são: separação de setup em interno e externo, conversão de setup interno para externo, a eliminação dos ajustes. A última etapa é garantir a fluência das operações de setup eliminando os problemas encontrados na realização das atividades, tais como a falta de ferramentas, dispositivos ou elementos de fixação.

32 Proposta metodológica de redução de setup A filosofia KANNENBERG (1994). KANNENBERG (1994), da mesma maneira que HAY (1992), propõe um modelo de implantação da TRF bastante semelhante conforme os pontos listados. O primeiro passo é a criação de um ambiente favorável para implantação da técnica começando pelo convencimento da alta direção da empresa. O autor divide seus métodos nos níveis estratégico, tático e operacional. No nível estratégico, o autor vê a necessidade de observar a aderência do método ao sistema produzido em visão em longo prazo. Os três passos propostos são: a obtenção do comprometimento da alta direção, promover a formação de uma equipe responsável pelo planejamento e controle da implantação e por fim uma avaliação do processo produtivo quanto à visão do futuro e crescimento. No nível tático, é necessário, segundo o autor, a difusão das políticas da empresa a médio e longo prazo, em especial quanto a investimentos, projetos de produtos, definição de metas e treinamento. O nível operacional não difere das técnicas já propostas por SHINGO (1996, 2000) e MONDEM (1983) Proposta metodológica de redução de setup A filosofia BLACK (1998). A abordagem proposta por BLACK (1998), consiste no estudo de tempos e movimentos aplicados ao problema de redução do tempo de setup. O autor divide sua metodologia de implantação em sete etapas, destacando os seguintes passos: 1. Diagnosticar a situação vigente (através de estudos de tempos e movimentos); 2. Separação do setup interno do externo; 3. Migração de atividades para o setup externo 4. Racionalização das atividades internas;

33 33 5. Análise dos métodos utilizados; 6. Padronização e eliminação de ajustes; 7. Eliminação do setup quando possível. Assim como os outros autores, BLACK (1998) sugere diversas técnicas específicas a serem aplicadas para a implementação da redução de setup. Para a análise do método existente o autor propõe a elaboração de um check-list objetivando a racionalização da análise. Outras propostas são a utilização de filmagens, para cálculo de tempos de movimentos. Na tabela 04 há um comparativo do trabalho desenvolvido por todos os autores mencionados nesta revisão bibliográfica.

34 34 Fonte O autor Tabela 04 Comparativo entre os autores mencionados na revisão bibliográfica

35 35 3. METODOLOGIA DA PESQUISA A metodologia da pesquisa que será utilizada neste trabalho é a pesquisaação, que se trata de uma pesquisa com base empírica e é realizada em estreita associação com uma ação ou até mesmo uma resolução de algum problema em comum, onde o pesquisador e os membros participantes da situação estão envolvidos de modo a cooperar ou participar das decisões tomadas. (THIOLLENT, 1997.) Segundo GIL (2007) seu planejamento tem algumas diferenças básicas em relação às outras pesquisas existentes, não somente como sua flexibilidade, mas sobretudo, porque além de todos os aspectos referentes à pesquisa, este modelo também envolve a ação do pesquisador e dos grupos interessados. O pesquisador funcionário da empresa na qual foi realizado o trabalho, atua no setor de engenharia de processos, desenvolvendo atividades no que se diz respeito a otimizações de processos produtivos em produção e também na implantação de novos processos produtivos de usinagem de ferro fundido. Durante toda a elaboração do trabalho o pesquisador coordenou a equipe designada para a melhoria do tempo de setup nos tornos horizontais CNC, auxiliando na busca pelas soluções mais viáveis a serem implantadas. Nas literaturas não há um modelo rígido para os passos a serem seguidos em uma pesquisa-ação, porém THIOLLENT (1997) relata que existem pelo menos quatro grandes fases na pesquisa-ação, que podem ser observados e tidos como um método contínuo. São elas: Fase Exploratória os participantes da pesquisa-ação, começam a desvendar todos os problemas e determinar possíveis ações futuras; Fase de Pesquisa Aprofundada no qual os problemas são estudados de uma forma mais intensa com o auxílio de coleta de dados, para a solução posterior dos mesmos; Fase de Ação é a definição dos objetivos, através de ações práticas (concretas), aprovadas por todas as partes envolvidas no processo;

36 36 Fase de Avaliação na qual os principais objetivos são: redirecionar os passos e compilar todos os conhecimentos adquiridos durante todo o processo da pesquisa-ação. GIL (2007) considera nove as principais etapas de uma pesquisa ação: Fase exploratória; Formulação do problema; Construção de hipóteses; Realização do seminário; Seleção da amostra; Coleta de dados; Análise e interpretação dos dados; Elaboração do plano de ação; Divulgação dos resultados. O presente estudo contemplou os seguintes passos, seguindo a metodologia de THIOLLENT (1997): Diagnóstico (Fase Exploratória): Nesta etapa será determinado as peças que mais influenciam no faturamento do setor, para saber quais são as máquinas que deverão ser utilizadas no trabalho. Também são analisadas a quantidade do número de setups realizados em cada célula e são estudados e levantados todos os passos para a realização de um setup atualmente na máquina escolhida, onde os membros da equipe já mencionam possíveis pontos para serem mais aprofundados no próximo passo (possíveis melhorias). Após estes levantamentos são feitos estudos mais detalhados para a realização das melhorias nos pontos com possíveis potenciais de ganho. Definição das melhorias e priorização da implantação (Fase de pesquisa aprofundada):

37 37 Após o levantamento dos possíveis pontos de melhorias estes são listados e discutidos, sendo que estas melhorias deverão ser sempre relacionadas, levantando-se a possibilidade de transformação do setup interno em um setup externo. São feitas as distinções de melhorias em imediatas e das que necessitam de algum tempo para a implantação. Também serão agrupados nas etapas que mais influenciam no tempo total de preparação da máquina, para que sejam focadas as melhorias. Implantação das melhorias definidas (Fase de Ação): As melhorias são efetivamente colocadas em prática, mostrando todos os ganhos que estas estarão influenciando no futuro. Nesta fase também serão feitos todos os treinamentos necessários para que estas otimizações sejam implantadas com sucesso e utilizadas por todos os colaboradores envolvidos. Avaliação dos resultados (Fase de Avaliação): Tem como objetivo quantificar e evidenciar os ganhos obtidos com todas as melhorias implantadas, sendo mostrado de várias formas a viabilidade das melhorias como: entrevista com os envolvidos, quantificação em tempo e dinheiro de quanto foi ganho com estas melhorias, isto tudo de forma bastante clara para que a direção da empresa possa ver um possível retorno destas melhorias.

38 38 4. PESQUISA-AÇÃO 4.1. APRESENTAÇÃO DA EMPRESA A empresa foco da pesquisa-ação é uma indústria metalúrgica, presente na cidade de Joinville há 59 anos. Hoje é considerada a terceira maior fundição de ferro fundido do mundo com capacidade produtiva para produzir cerca de 500 mil toneladas de ferro por ano. Grande parte da produção da empresa é constituída de componentes desenvolvidos sob encomenda para o setor automotivo, que engloba caminhões, ônibus, utilitários, automóveis, tratores e outras máquinas agrícolas. São peças para sistemas de propulsão, freio, transmissão e direção, e eixo e suspensão, que suportam e absorvem todos os esforços mecânicos ao longo da vida de um veículo. A empresa em questão também produz e comercializa conexões de ferro maleável, granalhas de ferro e aço e perfis contínuos de ferro, produtos que atendem à indústria da construção civil, a de mármores e granitos e de segmentos diversos da engenharia industrial, entre outros. A Usinagem, processo de beneficiamento mecânico, é um setor da empresa em questão, que compreende, entre outros, operações de torneamento, fresamento, mandrilamento, furação, rosqueamento e brunimento. A usinagem, da empresa, está preparada para produzir peças automotivas usinadas, especialmente blocos e cabeçotes de motor e peças automobilísticas especiais, sendo assim fornece produtos diretamente à linha de montagem de seus clientes. Para isso, dispõe de equipamentos modulares de controle numérico, que funcionam em conceito de células flexíveis e linhas de usinagem. Atualmente a usinagem da empresa usina apenas cerca de um terço do que é fundido na mesma. Porém, existe uma grande tendência do mercado das indústrias automobilísticas em comprar produtos acabados de seus clientes, o que pode fazer com que a área de usinagem da empresa se torne em um setor com grandes perspectivas futuras.

39 FASE DE DIAGNÓSTICO O setor onde foi realizada a melhoria de redução do tempo de preparação de máquinas foi na Unidade de Usinagem de Peças, local onde o pesquisador exerce uma função técnica e também por se tratar do único local na empresa (Usinagem) onde existam preparações constantes. Nas demais unidades da Usinagem são produzidos cabeçotes e blocos de motores que trabalham sob o conceito de linha de produção com a quantidade de setups bastante reduzidos. O setor estudado possui cerca de 50 máquinas de usinagem onde são produzidos cerca de 90 modelos diferentes de peças (conceitos de células flexíveis). Para analisar a célula onde deveria se concentrar o esforço para a redução do tempo de setup, o pesquisador realizou dois levantamentos para a escolha do conjunto de máquinas, conforme Gráficos 03 e 04. Quantidade de Setups Mensais (Célula) Quantidade Camisas Volantes Cubos de Roda Célula Coletores Munhões Suportes Gráfico 03 Quantidade de Setups Mensais (Célula) Conforme o Gráfico 03, a célula de usinagem de camisas de cilindro é a que possui o maior número de setups por mês (média), chegando a meses onde o número de preparações chegou a 21 mudanças de produto.

40 40 Faturamento por Célula 600,00 500,00 400,00 Faturamento (R$) 300,00 200,00 100,00 0,00 Camisas Volantes Munhões Cubos de Roda Coletores Suportes Células Gráfico 04 Faturamento por Célula No Gráfico 04 é possível observar, também, que o faturamento mensal da Unidade é mais influenciado pela célula de Camisas de Cilindro, chegando na casa dos R$ ,00 mensais perante valores menores das demais células do setor. Após estes dois levantamentos terem sido feitos, ainda houve uma outra indicação de que a célula de usinagem de camisas de cilindro fosse a célula onde a pesquisa-ação deveria ocorrer. O cliente solicitou um aumento significativo de peças para início de produção na metade de Conforme observa-se nos Gráficos 05 e 06, todos os modelos de peça sofreram um pedido de aumento do cliente, que tornaram a célula uma restrição produtiva do setor, pois antes do aumento a produção era realizada no regime de quatro turnos de trabalho, e após o aumento de demanda, esta célula necessitará de diversas melhorias para a fabricação destes produtos ou senão precisará da aquisição de mais um equipamento para a usinagem destes itens e horas extras dos funcionários.

41 41 Quantidade de Peças Mensais (Atual) Quantidade Código da Peça Gráfico 05 Quantidade de Peças Mensais (Atual) Quantidade de Peças Mensais (Aumento do Cliente) Quantidade Código da Peça Gráfico 06 Quantidade de Peças Mensais (Aumento do Cliente) Com todos estes indícios a célula camisas de cilindro foi à escolhida para ser desenvolvido o trabalho de redução do tempo de setup na Usinagem. A célula de camisas de cilindro é composta por três tornos horizontais CNC, onde trabalham três operadores por turno e o layout atual da célula pode ser percebido na figura 12. Nesta célula são produzidos cinco tipos de camisas de

42 42 cilindro para motocicletas. Na Figura 13 é observado um dos modelos de peça que são usinadas as faces superiores, inferiores bem como diâmetro externo e interno. Figura 12 - Layout da célula de usinagem de camisas de cilindro Figura 13 Foto de um modelo de camisa A Tabela 05 mostra a situação em que a célula de usinagem se encontraria caso não fosse feito nenhuma melhoria na célula, ou seja com três máquinas

43 43 dedicadas à produção de camisas, consideranda uma eficiência de produção de 85% (consideradas perdas de manutenção e produção). A necessidade da compra de mais um torno para está operação, não era descartada pela gerência da empresa. Situação Atual Código das Peças Quantidade de Peça/ Mês Padrão de Peças/ Hora Horas/ Mês Horas Necessárias 1881 Horas de Preparação 45 Horas Disponíveis por Máquina 720 Quantidade de Máquinas 2,68 Situação Após Aumento de Demanda Código das Peças Quantidade de Peça/ Mês Padrão de Peças/ Hora Horas/ Mês Horas Necessárias 2115 Horas de Preparação 45 Horas Disponíveis por Máquina 720 Quantidade de Máquinas 3,00 Tabela 05 Comparativo da quantidade de máquinas necessárias atualmente e com o aumento proposto pelo cliente O primeiro passo para a execução deste trabalho foi a escolha de uma equipe multidisciplinar para a realização desta tarefa. Esta equipe foi formada pelo pesquisador (técnico de processos), um preparador de máquinas, um operador de máquinas, um técnico de qualidade, um mecânico de manutenção e um líder de atividade. Esta equipe se reuniu uma vez por semana, durante três meses realizando toda a análise da situação e como primeira atividade realizou-se um levantamento da quantidade de preparações que eram realizadas mensalmente nestas três máquinas. Estes resultados estão mostrados no Gráfico 07.

44 44 Quantidade de Preparações Mensais Quantidade jul/06 ago/06 set/06 out/06 nov/06 dez/06 jan/07 fev/07 Média Mês Gráfico 07 Quantidade de Preparações Mensais Após chegar a uma média de quase 18 preparações mensais, foram analisados os tempos médios gastos pelos preparadores para realizarem estas tarefas no mesmo período de tempo estudado, ou seja, o tempo de máquina parada entre a última peça boa de um modelo até a primeira peça boa do outro modelo preparado. O Gráfico 08 mostra estes tempos. Tempo Médio de Cada Preparação Quantidade de Preprações :30 à 1:00 1:00 à 1:30 1:30 à 2:00 2:00 à 2:30 2:30 à 3:00 3:00 à 3:30 3:30 à 4:00 Tempo (Horas) Gráfico 08 Tempo Médio de Cada Preparação

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