8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

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1 8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007 PROCESSO DE REESTRUTURAÇÃO DE UMA MÁQUINA DE ENSAIOS MECÂNICOS Eng. Rodrigo Moreira Gonçalves, Prof. Dr. Clovis Corrêa Bucich Rhodes S/A, Av. Rhodes n o 1, , Cambuí, MG, Brasil, Universidade Federal do Rio de Janeiro, CT, sala F-106, Cidade Universitária, , Rio de Janeiro, RJ, Brasil rodrigo_ufsj@yahoo.com.br, laboratorio@rhodes.ind.br, clovis@pep.ufrj.br RESUMO Este trabalho relata as etapas do processo de reestruturação de uma máquina para ensaios mecânicos. Ele inclui uma crítica do processo e as recomendações para laboratórios de ensaios que apresentam necessidades semelhantes às do laboratório onde se desenrolou este processo. A máquina destinava-se originalmente a determinados ensaios de cadeiras para escritório, e o laboratório necessitou adaptá-la aos requisitos da norma brasileira NBR 13962, os quais a máquina, de origem estrangeira, não atendia. O processo incluiu inicialmente o estudo da norma e a eleição dos ensaios para os quais a máquina poderia ser adaptada, bem como a interação com fabricantes de atuadores, sensores e equipamentos de controle. Foi necessário reprogramar inteiramente os comandos da máquina, o que incluiu a concepção do diálogo com o operador, o desenho das telas de menus e os procedimentos para apresentação e registro de resultados. Foram praticadas alterações na estrutura da máquina, de modo a receber os novos acessórios que se fizeram necessários. Após modificada, a máquina foi calibrada, com sucesso, segundo as exigências da Rede Brasileira de Calibração, o que conferiu confiabilidade ao processo. A crítica a este empreendimento cobre os aspectos técnicos e econômicos envolvidos, e aponta os principais entraves que foi necessário superar. PALAVRAS CHAVE Ensaios; metrologia; laboratório; mobiliário.

2 INTRODUÇÃO Este trabalho teve início a partir do desafio que o Laboratório de Ensaios Rhodes enfrentou, em busca da acreditação pelo Inmetro Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial, segundo a norma NBR ISO/IEC Requisitos Gerais para Competência de Laboratório de Ensaios e Calibração [1]. O Laboratório de Ensaios Rhodes realiza ensaios atendendo a norma técnica brasileira NBR 13962, que trata dos requisitos e métodos de ensaios para cadeiras de escritório [2]. O grande desafio teve início a partir do estudo e da interpretação minuciosa da norma utilizada. Através desse estudo foi possível realizar um levantamento e avaliação dos equipamentos de ensaios que tínhamos em nosso estabelecimento Máquinas de Ensaios de Compressão equipamento para teste de cadeiras e seus componentes. Para nos aprofundarmos na interpretação desta norma, realizamos um contato com o comitê técnico CB-15 da ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, através do qual fomos então convidados a participar da revisão da norma NBR Essa participação nos permitiu interagir de forma cautelosa para reestruturar o equipamento de ensaios, com o objetivo de atender aos critérios descritos na norma que estava sendo revisada. Sob esse novo enfoque, a máquina de ensaios passou por uma avaliação de não conformidades quanto ao atendimento dos requisitos da norma. As não conformidades identificadas foram analisadas, para que o equipamento fosse reestruturado com o objetivo de garantir qualidade e confiabilidade nos ensaios ali realizados, de acordo com os critérios estabelecidos pela NBR13962 [3]. As seções seguintes descrevem vários aspectos da reestruturação do equipamento, estabelecem uma comparação entre suas potencialidades antes e depois da intervenção, tratam dos aspectos econômicos do empreendimento, e resumem, ao final, o que se logrou obter desta experiência. REESTRUTURAÇÃO DA MÁQUINA Estrutura básica e acessórios Para atender aos requisitos dos ensaios propostos pela norma NBR13962, o equipamento passou inicialmente por uma reestruturação dimensional. Foram criados vários dispositivos mecânicos para garantir o posicionamento e a aplicação de cargas nos pontos específicos da cadeira a ser ensaiada, através de cilindros atuadores. Foram usinados em nylon diversos acessórios, descritos na norma como superfícies de carregamento. Eles são utilizados na extremidade dos cilindros atuadores para a aplicação de cargas durante o ensaio. De acordo com a norma, estes acessórios devem atender a critérios dimensionais, e devem ser calibrados. A figura 1 mostra quatro superfícies de carregamento, cuja descrição e dimensões estão adiante, transcritas da norma NBR a) b) c) d) Figura 1 Quatro superfícies de carregamento

3 a) Superfície de Carregamento do Assento objeto rígido e liso com formato anatômico, com 390mm ± 15mm de largura e 490mm ± 15mm de comprimento. b) Superfície Pequena de Carregamento objeto circular rígido e liso com 200mm ± 1mm de diâmetro, com face em calota esférica com raio de 300mm ± 1mm e borda arredondada com raio de 12mm ± 1mm. c) Superfície de Carregamento Local objeto cilíndrico rígido e liso, com 100mm ± 1mm de diâmetro, com uma face plana e bordas arredondadas com raio de 12mm ± 1mm. d) Superfície de Carregamento do Encosto objeto retangular rígido e liso com 200mm ± 1mm de altura e 250mm ± 1mm de largura, com face curva ao longo da largura, de curvatura cilíndrica, convexa, de 450mm ± 1mm de raio, bordas arredondadas com raio de 12mm ± 1mm. As figuras 2 e 3 mostram alguns dos acessórios mencionados, acoplados a cilindros atuadores, durante a execução de ensaios. O posicionamento dos cilindros atuadores, juntamente com as superfícies de carregamento, possibilita a aplicação da carga no ponto exato da superfície do corpo de prova, conforme requisito da norma técnica. Na figura 2, se pode ver também, encostado aos rodízios da cadeira, o travamento que impede o deslocamento da mesma, e é igualmente um acessório prescrito pela norma. Figura 2 Atuação no assento e no encosto Figura 3 Atuação no apóia-braço Sistema eletro-pneumático A reestruturação dos comandos eletro pneumáticos do equipamento foi conseguida através de trabalho conjunto com fornecedores de equipamentos para automação industrial. As empresas Automatron Tecnologia Industrial [4] e Festo Automação Ltda. [5] tiveram atuação importante nesta etapa. O início destas atividades foi traçado através da verificação das não conformidades do equipamento que tínhamos em mãos. Foram observados os seguintes pontos falhos: Perda de carga no fluxo de ar Programação de difícil interpretação Forças ou cargas de aplicação indesejada Cilindros atuadores inadequados à força a ser aplicada Calibração inadequada Equipamento não garantia aplicação de forças segundo NBR13962 O equipamento passou por alterações eletro-pneumáticas bastante severas, cujo resultado final foi a consecução de condições de fácil manuseio, confiabilidade e qualidade. Foram adquiridos seis cilindros atuadores, visando garantir a aplicação das cargas estabelecidas pela norma NBR O equipamento foi reestruturado, utilizando válvula reguladora de pressão proporcional controlada, que é mostrada na figura 4. Esta válvula é comandada por CLP (Controlador Lógico Programável), que pode ser visto na figura 5.

4 Figura 4 Válvula reguladora de pressão Figura 5 Controlador Lógico Programável A válvula responde aos comandos estabelecidos pelo operador do equipamento através de IHM (interface homem máquina) que controla a carga a ser aplicada, o tempo de acionamento de cada cilindro, o intervalo de tempo entre os acionamentos, o número de ciclos e a seleção do acionamento dos cilindros. Esta configuração permite que os cilindros possam ser acionados individualmente, combinados, ou ainda alternadamente, de acordo com os tipos de ensaio estabelecido pela norma NBR As figuras 6 e 7 permitem compreender melhor a filosofia de projeto que orientou esta intervenção, e os resultados que foram aqui obtidos. A figura 6 destaca a botoeira que é fornecida com o Controle Lógico Programável que se adotou. Conforme se pode perceber, ela inclui, em um determinado padrão de formato, textura e cor, um teclado numérico convencional para dez dígitos, teclas de entrada de dados e de retorno, e teclas de navegação direcionais para dois eixos ortogonais. Segundo um padrão compatível, porém em cor diferente, há um outro campo, com oito teclas de função. A tela que permite acompanhar a entrada de dados encontra-se acima da botoeira. Figura 6 Botoeira do Controlador Lógico Programável Este arranjo de comandos obedece a preceitos correntes na literatura, compreendidos na Ergonomia, baseados em princípios que buscam a eficiência e a segurança na operação, e o mínimo desgaste do operador [6]. Correspondentemente, a construção do diálogo a ser estabelecido entre a máquina e o operador, bem como sua apresentação na tela, deveriam ser pautadas em preceitos ergonômicos, que são, inclusive, regulados por normas técnicas internacionais [7, 8]. Os nomes adotados para os mensurandos, suas siglas, e a seqüência da apresentação

5 das grandezas foram escolhidos de modo a otimizar a operação. Com o mesmo objetivo, foram explorados os recursos gráficos de apresentação de telas que o sistema oferecia. Um exemplo de resultado pode ser visto na figura 7, que integra a rotina de ensaio de carga estática no encosto de cadeiras giratórias de escritório. Figura 7 Tela do CLP para um ensaio de carga estática Assim como nessa figura, os demais arranjos de apresentação de informações visuais foram elaborados sempre com vistas a proporcionar clareza, inambiguidade, facilidade de interpretação e referência cognitiva confortável. Uma avaliação destes resultados, feita posteriormente por técnico especializado, indicou que os mesmos estão em perfeita consonância com as recomendações da literatura contemporânea, e mesmo de princípios mais robustamente estabelecidos, como os da teoria da gestalt [9]. DADOS TÉCNICOS E OPERACIONAIS DO EQUIPAMENTO APÓS A REESTRUTURAÇÃO Segue-se uma descrição das características técnicas da máquina depois de modificada, para fins de avaliação do resultado do empreendimento: Trata-se de um equipamento habitualmente denominado Máquina de Ensaios de Compressão, dedicado a testes de cadeiras e seus componentes, semi-automático, com tensão de alimentação de 220Vac, freqüência de 60Hz, potência consumida de 120W. Ela é dotada de um processador Micrologix 1200 Allen Bradley (marcas registradas aqui eventualmente citadas são de propriedade de seus detentores legais). A máquina de ensaios foi calibrada quanto a suas características passíveis de calibração. O certificado foi emitido por laboratório de calibração [11] acreditado pelo Inmetro, já citado anteriormente, que é a autoridade governamental brasileira que confere acreditação de acordo com a norma NBR ISO/IEC17025, também já citada. O equipamento é capaz de realizar os ensaios cujas descrições seguem abaixo. Essas descrições foram transcritas ou resumidas da norma técnicas NBR mencionada inicialmente, bem como da norma brasileira de terminologia para móveis de escritório [12]. Ensaios de estabilidade São ensaios que avaliam a capacidade do corpo-de-prova de resistir às forças que podem provocar o seu tombamento. Ensaios de resistência e durabilidade Ensaios estáticos simulam o funcionamento sob condições mais severas que as de uso normal, onde são aplicadas solicitações intensas para um número reduzido de ciclos. Ensaios de durabilidade simulam o uso prático de longa duração. Estes ensaios prevêem a aplicação de solicitações normais para um número elevado de ciclos. Ensaios de Produto são aplicados a cadeiras completas, a fim de verificar a conformidade do móvel acabado, este tipo de ensaio pode compreender ensaios estáticos e de durabilidade.

6 Ensaios de Componentes são executados para avaliar o desempenho de componentes das cadeiras isoladamente; este tipo de ensaio pode compreender ensaios estáticos e de durabilidade. Uma característica importante da lógica do sistema é destacada a seguir. Os ensaios podem ser selecionados em tela programada através da tecla F4=MENU, que pertence à da interface homem máquina já mencionada anteriormente. Entretanto, eles não podem ser alterados durante a execução, uma vez que o programa está inserido na memória interna do CLP(Controlador Lógico Programável) que é protegido por senha. Portanto o operador tem acesso apenas às funções de início, término e pause do ensaio. Essa característica atende explicitamente a prescrições da norma NBR ISO/IEC já mencionada, no capítulo em que essa norma trata da integridade de dados obtidos ou manuseados por sistemas informatizados. De modo geral, essa característica contribui para assegurar confiabilidade aos resultados dos ensaios, e esse é um aspecto muito atentamente observado no processo de acreditação de um laboratório. ASPECTOS ECONÔMICOS DO EMPREENDIMENTO Além do informe quanto aos aspectos puramente técnicos da reestruturação do equipamento com vistas a atender os requisitos estabelecidos pela norma, de que tratou todo o texto precedente, cabe fazer aqui uma sucinta comparação de custos entre os cenários anterior e posterior à reestruturação. Esta análise se justifica, uma vez que todo este processo se inseriu no plano estratégico da empresa Rhodes, fabricante de componentes e acessórios para a indústria de mobiliário [10], a qual tem, entre suas metas, a de busca permanente pela Qualidade. Essa busca indicou, por um lado, a conveniência de dotar a empresa de um laboratório de ensaios acreditado como competente. Por outro lado, foi necessário harmonizar essa proposta com as disponibilidades e expectativas da empresa, quanto ao aspecto econômico do investimento. Os números mostrados a seguir permitem estabelecer as comparações pelas quais se deseja tirar uma conclusão quanto à pertinência do negócio. - Máquina de Ensaios antes da alteração: Valor do equipamento de que se dispunha = R$ ,00 Capacidade de realização de ensaios-tipos = 3 ensaios Valor total de uma bateria de 3 ensaios = R$ 500,00 - Máquina de Ensaios após reestruturação: Valor do equipamento que se obteve= R$ ,00 Capacidade de realização de ensaios-tipos = 15 ensaios Valor total de uma bateria de 15 ensaios = R$ 3.000,00 Quanto ao valor do equipamento: os números indicam uma estimativa do valor necessário à reposição do bem, no estado e na capacidade operacional correspondentes a cada cenário. O custo total da reestruturação foi de cerca de R$ ,00, portanto, em termos de patrimônio, o saldo foi positivo em cerca de R$ ,00, ou cerca de 18% do valor inicial do bem, ou ainda 50% do valor investido. Quanto à capacidade de realização de ensaios: a máquina se tornou mais versátil, e os ensaios que agora é capaz de realizar têm um valor de mercado maior, por sua natureza mais específica. Através de levantamento de custos realizado pelo departamento contábil da empresa, constatou-se que a média de custos com ensaios realizados externamente era equivalente a R$ ,00 por ano. Após a reestruturação do equipamento, a empresa tem tido uma média de custos com ensaios externos de R$ 9.000,00 por ano, e não houve alteração importante no fluxo de ensaios requeridos pelo processo produtivo. Isso aponta para uma redução anual bastante significativa, pois corresponde a 70% do item de custo de produção. Além disso, quando for obtida a acreditação do laboratório pela autoridade governamental (que é a meta que se pretende atingir e para a qual o aperfeiçoamento do equipamento contribuiu), o laboratório ampliará enormemente sua capacidade de prestação de serviços de ensaios de conformidade a terceiros, o que poderá vir a constituir uma nova fonte de receitas à empresa.

7 CONCLUSÃO Este empreendimento foi submetido a uma avaliação inicial abrangente, focada na questão basal: a necessidade de imposição de determinadas regras de procedimento em uma atividade produtiva, e os resultados observados como decorrência dessa imposição [13]. Essa avaliação indicou que um balanço favorável foi obtido. A reestruturação e adequação do equipamento de ensaios a requisitos estabelecidos pela norma permitiram ao Laboratório de Ensaios Rhodes facilidade de inter-relação do operador com o equipamento, facilidade de calibração para emissão do certificado RBC Rede Brasileira de Calibração. Conforme anteriormente demonstrado, o empreendimento atingiu um bom resultado, do ponto de vista de retorno do investimento. A experiência mostrou a conveniência de uma estreita cooperação entre o pessoal técnico das duas partes: fornecedores e consumidores de equipamentos de laboratório. Mostrou também que houve ganhos de ambas as partes, quando os quadros da empresa participaram da revisão da norma técnica. Ressalte-se ainda, que este trabalho desenvolvido foi primordial ao cumprimento de prazos acordados com clientes internos e externos, redução de custo dos ensaios realizados externamente e principalmente para garantir a competência do Laboratório em transmitir confiabilidade e qualidade nos resultados dos ensaios, dando um passo essencial à sua acreditação pela autoridade governamental, e os conseqüentes benefícios que daí advirão. REFERÊNCIAS 1. ABNT, NBR ISO/IEC 17025:2005 Requisitos gerais para a competência de laboratórios de ensaio e calibração, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, ABNT, NBR 13962:2006 Móveis para escritório Cadeiras Requisitos e métodos de ensaio, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, INMETRO, Vocabulário internacional de termos fundamentais e gerais de metrologia, CNI/SENAI, 2ª edição, Brasília, DF, AUTOMATRON, Automatron Tecnologia Industrial, Cambuí, MG, FESTO, Festo Automação Ltda, São Paulo, SP, J. Dul e B. Weerdmeester, Ergonomia Prática, cap.3, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, SP, ISO, ISO Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs) - Part 10: Dialogue principles, International Organization for Standardization, Genève, ISO, ISO Ergonomic requirements for office work with visual display terminals (VDTs) - Part 12: Presentation of information, International Organization for Standardization, Genève, I. Iida, Ergonomia: projeto e produção, cap.10, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, SP, RHODES, Rhodes, Cambuí, MG, PANAMBRA, Certificado de calibração n /06, Laboratório de Calibração Panambra, São Paulo, SP, ABNT, NBR 13960:1997 Móveis para escritório Terminologia, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Rio de Janeiro, RJ, C. C. Bucich, A imposição da regra na produção industrial: Ergonomia nos processos de normalização e certificação, tese de doutorado, Universidade Federal do Rio de Janeiro, Rio de Janeiro, RJ, 2003.