UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS JAIRO ALVES DE MEDEIROS

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1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS JAIRO ALVES DE MEDEIROS MÉTODO PARA PROJETOS E REFORMAS DE EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ADEQUADOS AO SISTEMA DE PRODUÇÃO ENXUTA JOINVILLE-SC 2008

2 1 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE SANTA CATARINA CENTRO DE CIÊNCIAS TECNOLÓGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO E SISTEMAS JAIRO ALVES DE MEDEIROS MÉTODO PARA PROJETOS E REFORMAS DE EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ADEQUADOS AO SISTEMA DE PRODUÇÃO ENXUTA Trabalho de graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Produção e Sistemas da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito para obtenção do título de Engenheiro de Produção e Sistemas. Orientador: Evandro Bittencourt JOINVILLE-SC 2008

3 2 JAIRO ALVES DE MEDEIROS MÉTODO PARA PROJETOS E REFORMAS DE EQUIPAMENTOS INDUSTRIAIS ADEQUADOS AO SISTEMA DE PRODUÇÃO ENXUTA Trabalho de graduação apresentado ao Curso de Engenharia de Produção e Sistemas da Universidade do Estado de Santa Catarina, como requisito para obtenção do título de Engenheiro de Produção e Sistemas. Banca Examinadora Orientador: Evandro Bittencourt, Dr. Membro: Adalberto José Tavares Vieira, Dr. Membro: Nilson Campos, Me. Joinville, 15/05/2008

4 3 "Os dias prósperos não vêm por acaso; nascem de muita fadiga e persistência." Henry Ford

5 4 RESUMO Este trabalho apresenta o estudo dos pontos primordiais dos princípios do Sistema Toyota de Produção (STP), o estudo dos princípios da Troca Rápida de Ferramenta (TRF) e o estudo de sete casos práticos de projetos de automação que serviram de base para a proposta de sete requisitos necessários no desenvolvimento de projetos denominados Lean Automation. Essa pesquisa mostra as vantagens do uso do Sistema Toyota de Produção, o quanto é vantajoso desenvolver projetos de automação industrial alinhados com esse sistema de produção industrial e propõe um método para se alcançar esse padrão de desenvolvimento de projetos industriais. PALAVRAS-CHAVE: Lean Manufacturing; Sistema de Produção Enxuta; Sistema Toyota de Produção; Autonomação; Troca Rápida de Ferramenta; Lean Automation; Automação Industrial.

6 5 LISTA DE FIGURAS Figura 01 Fluxograma de avaliação dos requisitos... 53

7 6 LISTA DE QUADROS Quadro 01 Graus de automação industrial Quadro 02 Resumo dos casos e ligação com os requisitos... 41

8 7 LISTA DE ABREVIATURAS ERP EUA JIT PMP RFID SMED STP TPI TPE TQC TRF Enterprise Resource Planning Estados Unidos da América Just In Time Plano Mestre de Produção Radio Frequency Identification Single Minute Exchange or Die Sistema Toyota de Produção Tempo de Setup Interno Tempo de Setup Externo Total Quality Control Troca Rápida de Ferramenta

9 8 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO APRESENTAÇÃO DO TEMA OBJETIVO GERAL OBJETIVOS ESPECÍFICOS JUSTIFICATIVA DELIMITAÇÃO DO ESTUDO METODOLOGIA ESTRUTURA DO TRABALHO FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA MODELOS DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL Taylorismo, fordismo e toyotismo Sistemas de produção em massa Filosofia JIT/TQC CONCEITOS DA PRODUÇÃO ENXUTA... 18

10 Os cinco princípios do Lean Thinking O KANBAN com suas vantagens e efeitos O nivelamento de produção (Heijunka) O princípio do Kaizen O SISTEMA DE TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS As operações de setup no passado Fundamentos da TRF (SMED) Técnicas para aplicação do sistema Efeitos da aplicação da TRF A AUTOMAÇÃO NOS SISTEMAS PRODUTIVOS Conceitos de automação Automação industrial e a autonomação A idéia do Lean Automation METODOLOGIA DA PESQUISA IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA PESQUISA E METODOLOGIA ETAPAS DA PESQUISA-AÇÃO MÉTODO PARA PROJETOS LEAN AUTOMATION O MODELO TOYOTA DE PRODUÇÃO Os princípios da produção enxuta A necessidade da Troca Rápida O uso da Autonomação... 38

11 PROJETOS DE AUTOMAÇÃO INDUSTRIAL Engenharia de automação Projetos de máquinas e dispositivos Reformas e atualizações tecnológicas Coleta de informações gerenciais e de qualidade CASOS ISOLADOS DE APLICAÇÃO DO LEAN AUTOMATION O caso da célula de montagem de transformadores O caso máquina de produção de fraldas descartáveis O caso dispositivos numa linha de montagem de motores a combustão O caso da máquina de impressão de logotipos O caso das prensas de componentes para compressores O caso da produção de embalagens longa vida O caso da linha de montagem de compressores O MÉTODO PARA APLICAÇÃO DO CONCEITO Primeiro requisito Ter o conhecimento da filosofia e aplicá-la em todas as etapas do projeto Segundo requisito - Desenvolver a autonomação do equipamento, além da automação em si, de forma integrada Terceiro requisito - Desenvolver o projeto dos equipamentos integrados ao fluxo Quarto requisito - Projetar dispositivos com programação flexível Quinto requisito - Seguir aos princípios da troca rápida de ferramenta Sexto requisito - Projetar equipamentos capazes de fornecer as informações relevantes ao processo Sétimo requisito - Projetar equipamentos preparados para futuras ampliações ou modificações CONSIDERAÇÕES FINAIS... 62

12 CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 64

13 12 1 INTRODUÇÃO O mercado mundial está composto, dentre outros setores, de indústrias que cada vez mais dependem da tecnologia para realizar suas operações com sucesso. Essa tecnologia é ferramenta essencial para organização e garantia do fluxo de produção, além de análise de sua rotina. Os modelos de produção que aperfeiçoam o fluxo e reduz todos os tipos de desperdícios, assim como o Sistema Toyota de Produção são, para a indústria de manufatura, ferramenta considerada hoje indispensável para o sucesso em suas operações num mercado altamente dinâmico e competitivo. Para essas indústrias, adquirir máquinas ou dispositivos desenvolvidos, alinhados a esses modelos, traz vantagens consideráveis na integração dos mesmos ao seu processo produtivo já existente. Baseado nesses fatos descritos, o presente trabalho visa apresentar ferramentas que possam auxiliar no desenvolvimento de máquinas ou dispositivos alinhados a esses modelos. 1.1 APRESENTAÇÃO DO TEMA O tema deste trabalho consiste da discussão da inexistência de e da apresentação de uma proposta de método para produção ou reforma de máquinas e dispositivo alinhados com o modelo do Sistema Toyota de Produção, visto a larga difusão dessa filosofia no campo industrial da atualidade e onde tais equipamentos mostram-se indispensáveis ao processo produtivo.

14 OBJETIVO GERAL O objetivo deste trabalho é o de apresentar um método aplicável na prática, e que sirva de guia no processo de desenvolvimento de projetos de máquinas e dispositivos, no que se refere a atender aos fundamentos do Sistema Toyota de Produção. 1.3 OBJETIVOS ESPECÍFICOS São objetivos específicos deste trabalho: Citar casos práticos de projetos de automação que estão alinhados em algum ponto com os princípios do STP; Discutir a necessidade de projetar máquinas e dispositivos que atendam esses princípios; Listar, discutir e justificar a aplicação dos requisitos necessários para tais projetos; Mostrar as vantagens de se atender às esses requisitos ainda na fase de projeto; Definir teoricamente os assuntos relacionados ao STP e automação industrial. 1.4 JUSTIFICATIVA O uso dos princípios do Sistema Toyota de Produção tem sido considerados essenciais nas estratégias competitivas do setor industrial. Sendo assim, as máquinas e dispositivos existentes nas plantas precisam ser adaptados a essa realidade. A maior parte dos projetos de automação industrial até hoje, ou foram adaptados ao longo do tempo, já com a máquina inserida no processo produtivo, ou em iniciativas isoladas para atender algum requisito específico daquela aplicação, mas não seguindo um método baseada nas teorias e práticas do STP.

15 14 Tais equipamentos têm, em geral, um custo elevado de fabricação, por agregar produtos de alta tecnologia e o desenvolvimento de um projeto de engenharia bastante complexo. Não há praticamente custo adicional para tornar esse um projeto alinhado ao sistema. Bem diferente das adaptações feitas já na planta. E desenvolver máquinas dentro dessa filosofia torna muito mais fácil e integrado sua inserção no processo produtivo. Projetos desenvolvidos assim estarão um passo a frente dos de seus concorrentes, visto que máquinas que já nascem Lean, não precisarão ser adaptadas no futuro, justificando assim as discussões e conclusões do presente trabalho. 1.5 DELIMITAÇÃO DO ESTUDO O presente estudo limita-se ao estudo e discussão de casos práticos de projetos de automação realizados, analisados com ênfase aos princípios do STP. O estudo foi realizado baseado em três especificidades: os princípios do Lean Manufacturing, a troca rápida de ferramenta e a automação industrial. 1.6 METODOLOGIA Visando um aprimoramento na forma de efetuar projetos de automação industrial, pois hoje esses não atendem satisfatoriamente as empresas que usam o STP, viu-se necessário estudar os métodos de produção, bem como as vantagens do sistema Toyota de produção e como esse pode servir para delinear o desenvolvimento desses projetos. Sendo assim, por propor a solução para o problema exposto, este estudo pode ser classificado como uma pesquisa. Por enfatizar a descoberta de idéias e discernimentos, esta pesquisa pode ser classificada como exploratória. Já quanto aos procedimentos técnicos, pode ser classificada como pesquisa-ação, por relacionar a teoria com a prática para propor a solução de um problema.

16 ESTRUTURA DO TRABALHO O estudo foi organizado em cinco capítulos, distribuídos dessa forma: O primeiro capítulo a introdução com apresentação do tema, objetivo geral e específico, justificativa, delimitação do estudo, metodologia, além dessa descrição da estrutura do trabalho. O segundo consiste da fundamentação teórica necessária para justificar a proposta de solução do problema levantado. No terceiro, é descrita a metodologia de pesquisa utilizada, definindo o tipo de pesquisa aplicada e suas fases. O quarto capítulo sugere o método a ser seguido para realizar projetos de automação alinhados com os princípios do STP. No quinto e último, são feitas as considerações finais a cerca do problema e da solução sugerida.

17 16 2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1 MODELOS DE PRODUÇÃO INDUSTRIAL Pode-se dizer que os modelos de produção nasceram com a necessidade do trabalho em grupo e estes estão presentes em nossa rotina a centenas de milhares de anos, bem antes do período compreendido pelo escravismo, feudalismo e capitalismo. Porém, foi a partir das teorias de Frederick Winslow Taylor ( ) e de Henry Ford ( ) que a produção industrial passou a ter o formato que resiste até hoje (RAGO, 1996) Taylorismo, fordismo e toyotismo Um dos primeiros esforços bem sucedidos no estudo dos métodos de produção foi realizado por Taylor o qual criou a chamada Administração Cientifica, baseada na observação do trabalho dos operários, da qual saíram seus quatros princípios fundamentais (RAGO, 1996): 1- Princípio do planejamento: Executar as tarefas seguindo métodos planejados e não mais pelo critério individual do empregado; 2- Princípio da preparação dos trabalhadores: Com a aplicação dos estudos de métodos e tempos, arranjar fisicamente equipamentos, selecionar e preparar os operários por suas aptidões com uso de metodologia cientifica, objetivando melhoria de produtividade; 3- Princípio do controle: Verificar se o trabalho está sendo executado conforme os métodos estabelecidos;

18 17 4- Principio da execução: Definir claramente as atribuições e responsabilidades dos operários, para que as rotinas de trabalho sejam executadas de forma disciplinada; Fazendo uso integral dos princípios de padronização e simplificação de Taylor, Henry Ford, fundador da Ford Motor Company, desenvolveu um modelo de produção em massa que revolucionou a indústria automobilística, isso na primeira metade do século XX. No chamado fordismo, cada trabalhador executa uma determinada função de forma isolada, sem ter conhecimentos de outras. O ponto negativo desse método é que ele deixa o trabalhador alienado, pois assim ele apenas sabe executar aquela função para a qual fora designado. Caso um trabalhador se atrapalhe, ele prejudica todas as outras funções executadas por outros trabalhadores, também alienados (WOOD JR, 1992). No intuito de salvar a empresa Toyota da falência, após a segunda guerra mundial, foi aplicado o modelo de organização produtiva, que ficou inicialmente conhecido como modelo japonês, elaborado por Taiichi Ohno, cujo sucesso fez o método alcançar projeção mundial, representando a nova evolução dos sistemas produtivos. Esse sistema pode assim ser caracterizado (WOOD JR, 1992): 1- Mecanização flexível: dinâmica, oposta a rígida automação fordista, vista a demanda de pequena escala existente na época; 2- Mão-de-obra multifuncional: diferente do modelo fordista, não há empregado especializado numa única tarefa, mas todos operam em momentos diferentes em tarefas simultâneas; 3- Sistemas de qualidade total: se no fordismo a qualidade era assegurada pela amostragem em alguns pontos do processo produtivo, aqui ela era assegurada por todos os operários ao longo de todo o processo produtivo. 4- Just-in-time: proposta por Henry Ford, porém nunca colocada em prática, foi na Toyota que ocorreram as condições favoráveis para sua aplicação. Seu objetivo é "produzir o necessário, na quantidade necessária e no momento necessário"; 5- Personificação dos produtos: fabricar o produto de acordo com o gosto do cliente;

19 18 6- Controle visual: Havia alguém responsável por supervisionar as etapas produtivas Sistemas de produção em massa Os processos repetitivos em massa são empregados na produção em grande escala de produtos altamente padronizados. Normalmente, a demanda pelos produtos é estável fazendo com que seus projetos tenham pouca alteração em curto prazo, possibilitando a montagem de uma estrutura produtiva altamente especializada e pouco flexível, em que os altos investimentos possam ser amortizados durante um longo prazo (TUBINO, 2000) Filosofia JIT/TQC Convencionalmente, a produção em massa emprega mão-de-obra pouco qualificada e pouco polivalente, porém com a implantação de sistemas baseados na filosofia JIT (Just-in-time) / TQC (Total quality control), este quadro vem se modificando, devolvendo ao empregado funções de gerenciamento do processo, como por exemplo, a garantia da qualidade e a programação da produção, que lhes foram retiradas com a especialização decorrente da Revolução Industrial (TUBINO, 2000). 2.2 CONCEITOS DA PRODUÇÃO ENXUTA Os cinco princípios do Lean Thinking Muda é uma palavra japonesa que você não pode deixar de conhecer. Significa desperdício, especificamente qualquer atividade humana que absorve recursos, mas não cria valor: erros que exigem retificação, produção de itens que ninguém deseja, acúmulo de mercadorias nos estoques, etapas de processamento que na verdade não

20 19 são necessárias, movimentação de funcionários e transporte de mercadorias de um lugar para o outro sem propósito, grupos de pessoas em uma atividade posterior que ficam esperando porque uma atividade anterior não foi realizada dentro do prazo, e bens e serviços que não atendem às necessidades do cliente (WOMACK, 2004). Womack fala de cinco princípios para eliminação dos desperdícios: 1- O valor: o ponto de partida. O valor só pode ser definido pelo cliente final, na forma de um produto específico que atende as necessidades deste a um preço e em um momento específico. Quem o cria é o produtor, sendo para isso que esses existem, no ponto de vista do cliente; 2- O fluxo do valor: o conjunto de todas as ações específicas necessárias para se levar um produto específico a passar pelas três tarefas gerenciais críticas em qualquer negócio, as quais consistem de solucionar os problemas que vão da concepção até o lançamento do produto incluindo suas etapas de projeto detalhado e engenharia. O gerenciamento da informação desde o recebimento do pedido até sua entrega seguindo cronograma detalhado e por fim a transformação física que vai da matéria-prima ao produto final nas mãos do cliente. 3- O fluxo contínuo: dar fluidez ao processo. Womack (2004) cita um experimento realizado com as filhas de seis e nove anos, no qual elas precisavam dobrar endereçar, fechar e selar um lote de correspondências. Questionadas quanto à melhor forma de realizar a tarefa, a resposta indutiva foi a de dobrar todas primeiro para então endereçar todas, e assim sucessivamente. O resultado do experimento mostra a tendência do ser humano de dividir as tarefas por departamentos. Porque não dobrar, endereçar, fechar e selar uma a uma, eliminando o esforço desperdiçado em pegar e colocar as cartas quatro vezes na mesa? Foi com esse pensamento que Henry Ford reduziu em 90% a quantidade de esforço necessária para se montar o modelo T durante o outono de 1913, simplesmente adotando o fluxo contínuo na montagem final. 4- A produção puxada: cumpridas as etapas anteriores, pode-se inverter o fluxo produtivo. As empresas não empurram mais os produtos para o consumidor

21 20 (desovar os estoques) através de descontos e promoções. O consumidor passa a puxar a produção, eliminando estoques e agregando valor ao produto. Sempre que não se pode estabelecer o fluxo contínuo, como fez Henry Ford, a alternativa é conectar os processos através dos sistemas puxados. As demandas dos clientes tornam-se mais estáveis quando eles sabem que podem conseguir o que querem imediatamente e quando os produtores interrompem as campanhas periódicas de descontos destinadas a vender mercadorias prontas e que ninguém quer. 5- A perfeição: ultimo passo da mentalidade enxuta, deve ser o objetivo constante de todos os envolvidos nos fluxos de valor. Os quatro princípios iniciais interagem entre si em um círculo poderoso. Fazer com que o valor flua mais rápido sempre expõe os desperdícios ocultos no fluxo de valor. E quanto mais você puxar, mais revelará os obstáculos ao fluxo, permitindo sua eliminação. O estímulo mais importante à perfeição talvez seja a transparência, o fato de que em um sistema enxuto todos subcontratados, fornecedores, integradores, distribuidores, clientes, funcionários possam ver tudo, e seja fácil descobrir melhores formas de criar valor. Além disso, há um feedback quase instantâneo e altamente positivo para os funcionários que efetuam melhorias, uma característica essencial do trabalho enxuto e um estímulo à continuidade dos esforços pela melhoria O KANBAN com suas vantagens e efeitos Para operar o STP o método utilizado é o KANBAN, que em sua forma mais freqüente trata-se de um cartão de papel no qual constam (1) as informações de coleta, (2) as de transferência e (3) as de produção. Este carrega as informações vertical e lateralmente dentro da própria empresa e entre a empresa e suas colaboradoras (OHNO, 1997). A idéia do KANBAN surgiu dos supermercados. As mercadorias compradas pelos clientes são registradas no caixa. Cartões que carregam informação sobre os tipos e quantidades de mercadorias compradas são então passados para o

22 21 departamento de compras. Usando essa informação, as mercadorias retiradas são rapidamente substituídas pelas compradas. No sistema KANBAN de puxar a produção não se produz nada até que o cliente (interno ou externo) de seu processo solicite a produção de determinado item. Neste caso, a programação da produção usa as informações do PMP (Plano Mestre de Produção) para emitir ordens apenas para o último estágio do processo produtivo, normalmente a montagem final, assim como para dimensionar as quantidades de kanbans dos estoques em processo para os demais setores. À medida que o cliente de um processo necessita de itens, ele recorre aos kanbans em estoque neste processo, acionando diretamente o processo para que os kanbans dos itens consumidos sejam fabricados e repostos aos estoques (TUBINO, 2000) O nivelamento de produção (Heijunka) Heijunka é a palavra japonesa para o nivelamento do planejamento da produção, de modo que o mix e o volume sejam constantes ao longo do tempo. Por exemplo, em vez de produzir 500 unidades em um lote que seria suficiente para cobrir as necessidades dos próximos três meses, a programação nivelada iria requerer da operação a produção de somente uma peça por hora, de forma regular (SLACK, 1999). Dito de outra maneira, heijunka é o nivelamento das quantidades e tipos de produtos. A programação da produção através deste permite a combinação de itens diferentes de forma a garantir um fluxo contínuo de produção, nivelando também a demanda dos recursos de produção. O heijunka, da forma como é utilizado na Toyota, permite a produção em pequenos lotes e a minimização dos inventários. Este sistema origina uma subdivisão de lotes mesmo que seja possível uma produção com a união deles e faz com que o volume de produção se mantenha (OHNO, 1997).

23 O princípio do Kaizen Kaizen significa melhoria contínua, gradual, na vida em geral, seja pessoal, familiar, social ou no trabalho. Retomando as idéias da administração clássica de Taylor, mas com as críticas para renovar a indústria japonesa, esses criaram o conceito que visa não só o bem da empresa como do homem que nela trabalha (BALLÉ, 2007). As empresas se municiam de ferramentas para se organizarem e buscarem resultados cada vez melhores. Partindo do princípio de que o tempo é o melhor indicador isolado de produtividade, atua de forma ampla para reconhecer e eliminar os desperdícios existentes nas empresas, seja em processos produtivos já existentes em fase de projeto, produtos novos, manutenção de máquinas ou, ainda, processos administrativos (IMAI, 1992). Uma organização de aprendizagem representa um lugar onde as pessoas continuamente expandem sua capacidade de criar os resultados que realmente desejam, onde novos e extensos padrões de pensamento são alimentados, onde a aspiração coletiva é liberada e onde as pessoas constantemente estão aprendendo a aprender juntas (SENGE, 1990). Uma parte que integra o kaizen é a famosa análise dos cinco por quês da Toyota. Taiichi Ohno (1997) enfatizava que a verdadeira solução de um problema requer a identificação de sua raiz, e não de uma fonte ; a raiz do problema encontra-se oculta para além da fonte. Por exemplo, podemos descobrir que a fonte de um problema é um fornecedor ou um determinado centro de manufatura o problema ocorre lá. Mas qual a raiz do problema? A resposta é encontrada indo mais a fundo e perguntando por que o problema ocorreu. Perguntar por que cinco vezes requer chegar à resposta do primeiro por que e então perguntar por que aquilo ocorre. Normalmente, o processo de perguntar por que leva a um motivo mais distante no processo. Pode ser um defeito que ocorre na montagem, mas a raiz do problema está no fornecedor da matéria-prima, onde a variação na espessura ou na dureza do aço afeta o modo como a peça é prensada, o que então afeta a maneira como é soldada, o que, por sua vez, influencia na capacidade de presilha mantê-la no lugar (LIKER, 2005).

24 O SISTEMA DE TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTAS A Troca Rápida de Ferramenta, idealizada por Shigeo Shingo, após trabalho de otimização de algumas prensas nas indústrias Toyo em 1950, é um método de aperfeiçoar a produção em linha de montagem industrial, utilizado para analisar e reduzir significativamente o tempo de trocas e ajustes entre produções diferentes. A forma de se mensurar este tempo é baseada entre a última peça boa de um lote e a primeira peça boa do próximo lote de produção (BALLÉ, 2007) As operações de setup no passado A expressão produção diversificada, de baixo volume, confunde características de oferta e de demanda. Pela clara diferenciação entre as duas, podemos determinar quais métodos de produção otimizarão a produtividade. No passado, as melhorias de setup eram obtidas por meio do desenvolvimento de habilidades dos operadores e da produção de grandes lotes. O conceito de lote econômico foi introduzido para contrabalançar os efeitos de aumento de inventário e foi considerada uma abordagem otimizante racional. Na verdade, há um importante pressuposto neste conceito: dá-se como certo que as reduções drásticas dos tempos de setup são impossíveis. O conceito de lote econômico perdeu totalmente a razão de existir quando a TRF foi desenvolvida, visto o potencial de redução de tempos de setup que essa promove, permitindo a redução dos lotes (SHINGO, 2000) Fundamentos da TRF (SMED) Normalmente, pensa-se que os procedimentos de setup são infinitamente variados, dependendo do tipo de operação e do equipamento utilizado. Contudo, se estes procedimentos forem analisados sob outro ponto de vista, pode-se verificar que

25 24 todas as operações de setup compreendem uma seqüência de passos (SHINGO, 2000). Esses passos geralmente são: 1- Preparação, ajustes pós-processamento e verificação de matéria-prima, matrizes, navalhas, guias, batentes, etc. Consumindo cerca de 30% do tempo total de setup; 2- Montagem e remoção de matrizes, navalhas, etc. Onde são gastos 5% desse tempo; 3- Centragem, dimensionamento e estabelecimento de outras condições. Esse consumindo em torno de 15% do tempo; 4- Corridas de testes e ajustes. No qual se gasta 50% do tempo total de setup. Quando aplicada a técnica da TRF o primeiro ponto que se observa é que as condições de setup interno e externo não se distinguem. Para Shingo (2000) setup interno (TPI) corresponde a todas as tarefas que somente podem ser realizadas com máquina parada, enquanto setup externo (TPE) representa as tarefas que poderiam ser realizadas ainda com a máquina em operação. E o que geralmente acontece é que o que poderia ser realizado externamente é realizado internamente e, por isto, as máquinas ficam paradas por longos períodos. No planejamento da implementação da TRF, deve-se estudar as reais condições do chão-de-fábrica (SHINGO, 2000). Dessa forma o passo mais importante na implementação da TRF é distinguir entre setup interno e externo. Todos concordam que atividades como a preparação de componentes, a manutenção e assim por diante, não devem ser realizados quando a máquina estiver parada. Não obstante, é espantosa a freqüência com que isto ocorre. Se for feito um esforço científico para realizar o máximo possível da operação de setup com setup externo, então, o tempo necessário para o interno realizado enquanto a máquina está desligada pode ser reduzido, de 30% a 50%. Controlar a separação entre setup interno e externo é, por isto, o passaporte para atingir a TRF. Se nesse ponto já foi identificado quais tarefas são setup externo e essas estão sendo realizadas sem que a máquina esteja parada, agora o próximo passo é transformar setup interno em externo. O objetivo da TRF é reduzir os setups para tempos menores que dez minutos. Com a separação do setup externo se ganha de 30% a 50%, como visto, porém ainda não é o suficiente para atingir a essa meta, nos

26 25 levando a esse segundo estágio, o da transformação do máximo possível de atividades em setup externo. Para se conseguir o resultado esperado dois pontos são importantes: reexaminar as operações para verificar se algum passo foi erroneamente dado como interno, e encontrar meios para converter estes passos para setup externo. Alguns exemplos incluem o preaquecimento de elementos que, anteriormente, eram aquecidos após o início do setup, e a conversão da centragem em um elemento externo, realizando-a antes do início da produção. As operações que são realizadas atualmente como setup interno podem geralmente ser convertidas para setup externo reexaminando-se a sua real função. É extremamente importante adotar novas perspectivas que não são abordadas por procedimentos tradicionais. Para finalizar, precisam-se racionalizar todos os aspectos da operação de setup. É necessário realizar esforços concentrados na racionalização de cada elemento de operação de setup interno e externo. Por isto esse estágio necessita de uma análise detalhada de cada elemento da operação (SHINGO, 2000) Técnicas para aplicação do sistema Uma vez que se tem a clareza dos três estágios da TRF, ou seja, separar o setup interno do externo, transformar o setup interno em externo e racionalizando todos os aspectos da operação, a aplicação de algumas técnicas pode ajudar na sua implantação (SHINGO, 2000). Separando o setup interno do externo: As tarefas descritas a seguir são indispensáveis para garantir que essas que podem ser realizadas como setups externos sejam, de fato, realizadas enquanto a máquina está trabalhando. 1- Fazer uma lista de verificação (checklist) de todos os componentes e passos necessários em uma operação. Esta lista incluirá: Nomes; Especificações; Números de navalhas, matrizes e outros itens; Pressão, temperatura e outros parâmetros;

27 26 Valores numéricos para todas as medições e dimensões. Com base nesta lista, verificar duas vezes se não há erros nas condições operacionais. Fazendo isto antecipadamente, podem-se evitar as corridas de teste e muitos erros que roubam tempo. O uso de uma mesa de verificação (check table) também é muito útil. Trata-se da mesa onde foram feitos desenhos de todos os componentes e ferramentas necessárias para o setup. As peças correspondentes são simplesmente posicionadas sobre o desenho adequado antes do inicio do setup interno. Uma vez que um simples olhar para a mesa mostra a falta de qualquer peça, esta se torna uma técnica de controle visual extremamente eficiente. Sua única limitação é que não pode ser utilizada para verificar as condições operacionais. Não obstante, continua sendo um valioso acréscimo ao checklist. É muito importante estabelecer um checklist e uma check table para cada máquina. O uso de checklists gerais para toda fábrica devem ser evitados, pois podem ser confusos, tendem a ser extraviados e, por estas razões, geralmente ignorados (SHINGO, 2000). 2- Uma lista de verificação é útil para determinar se todos os elementos estão onde deveriam estar, mas não diz se eles estão ou não em perfeitas condições de trabalho. Conseqüentemente, é necessário realizar as verificações das condições de funcionamento durante o setup externo. Falhas nestas verificações levam inevitavelmente a demoras no setup interno quando se descobre, por exemplo, que o batente não funciona direito ou a guia não é precisa. Em particular, reparações inadequadas em matrizes de injeção e estampagem são às vezes descobertas apenas depois do termino das corridas de teste. Neste caso, os moldes que já tomaram o tempo de montagem na máquina têm de ser removidos e reparados, aumentando substancialmente o tempo de setup. Um problema freqüente surge com os reparos que são antecipados, mas demoram mais do que o esperado, a operação inicia antes do seu termino. Quando produtos defeituosos aparecem como resultado, a matriz é retirada rapidamente e outros reparos são realizados, interrompendo a produção. Sempre

28 27 é importante completar todos os reparos antes do inicio do setup interno (SHINGO, 2000). 3- Os componentes têm de ser transportados do estoque para as máquinas e retornar ao estoque após o termino do lote. Isto deve ser realizado como setup externo, onde a máquina trabalha automaticamente enquanto o operador transporta os elementos, ou outro trabalhador é designado para efetuar tal atividade. Por exemplo, uma fabrica que faz as operações de setup em uma prensa grande extraindo a matriz para uma mesa móvel. Um cabo é fixado à matriz, uma talha a ergue e a leva para a área de armazenagem. São sugeridas então, mudanças visando melhor aproveitamento de tempo de transporte: Fazer a talha trazer a nova matriz antecipadamente para a máquina; Retirar a matriz usada da mesa móvel para o lado da máquina; Fixar a nova matriz à mesa móvel, colocando-a na máquina e iniciando de imediato a nova operação; Fixar o cabo à matriz velha e levá-la à área de armazenagem. A princípio pode-se pensar que será ineficiente ter que fixar os cabos duas vezes, mas para tal processo, o tempo gasto corresponde ao tempo de fabricação de mais ou menos cinco peças, neste caso, é preferível fixar o cabo duas vezes, a deixar de produzir esta quantidade a mais de peças. Este exemplo ilustra a tendência das pessoas do chão-de-fábrica a se distraírem com pequenas eficiências enquanto negligenciam outras maiores. Analisando a questão de forma mais aprofundada, fica evidente a necessidade de a gerência entender o setup interno e externo por inteiro (SHINGO, 2000). Convertendo o setup interno em externo: Alguns exemplos podem ilustrar esse método com mais clareza. 1- Devem-se antecipar as condições operacionais. As corridas de teste são normalmente realizadas como setup interno em máquinas de fundição. Moldes frios são fixados na máquina e gradualmente aquecidos pela injeção de metal fundido até a temperatura apropriada. Produz-se, então, a primeira peça fundida. Como o material injetado durante o processo de aquecimento irá produzir peças defeituosas, os itens da primeira fundição terão de ser refeitos.

29 28 Contudo, se o aquecimento a gás ou elétrico fosse utilizado para pré-aquecer os moldes, as primeiras peças resultantes da injeção em matrizes montadas e préaquecidas seriam boas. Falando genericamente, esse método pode reduzir o tempo de setup interno em torno de trinta minutos. Além do aumento de produtividade, ele diminuirá o número de peças fundidas que terão de ser retrabalhadas. Numa empresa, um suporte especial foi construído sobre um forno instalado ao lado de uma máquina de fundição que com seu calor, pré-aquecia as matrizes a serem usadas na próxima operação (SHINGO, 2000). 2- Padronizar todas as operações de setup pode ser um meio de realizar tal conversão, padronizando os tamanhos e as dimensões de todas as ferramentas e componentes de máquina, porém este método, chamado de padronização de forma, apresenta desperdícios: as matrizes se tornam maiores em função do maior numero de peças necessárias e os custos aumentam devido à gordura desnecessária. Por outro lado, a padronização de funções procura atuar somente nas partes cujas funções são necessárias do ponto de vista da operação e setup. Com essa abordagem, as matrizes não precisam se tornar maiores ou mais elaboradas e os custos tem apenas pequeno aumento. Para implementar esta padronização, as funções individuais são analisadas e aprovadas uma a uma. Isto é, as operações completas são divididas nos seus elementos básicos, por exemplo, fixação, centragem, dimensionamento, extração, aperto e alimentação. O engenheiro decide qual destas operações se for o caso, precisa ser padronizado. Ele deve, então, separar os componentes que podem ser padronizados daqueles que necessitam de mudanças. Embora haja muitas formas de trocar um braço mecânico a partir do ombro, cotovelo, pulso ou apenas a unha o procedimento de melhor custo/benefício é a substituição da menor peça que inclui a parte que necessita a substituição (SHINGO, 2000). Racionalizando os aspectos das operações de setup: A idéia agora, para finalizar o processo, é fazer melhorias nas operações de setup elementares (SHINGO, 2000).

30 29 1- Promover melhorias no setup externo, tais como na armazenagem e movimentação de componentes e ferramentas podem contribuir para racionalizar operações, embora elas, sozinhas, não sejam suficientes para tal. 2- Para melhorias no setup interno, recomenda-se implementar operações em paralelo, usar fixadores funcionais (engates rápidos) e eliminação de ajustes pela memorização, seja mecânica ou eletrônica de suas posições de calibração Efeitos da aplicação da TRF Os resultados da TRF vão além da redução dos tempos de setup e melhores taxas operacionais. Os fabricantes que adotarem o sistema TRF podem obter vantagens estratégicas fundamentais eliminando os estoques e revolucionando seu conceito básico de produção (SHINGO, 2000). 2.4 A AUTOMAÇÃO NOS SISTEMAS PRODUTIVOS Conceitos de automação Automação (do inglês Automation) é um sistema automático de controle pelo qual os mecanismos verificam seu próprio funcionamento, efetuando medições e introduzindo correções, sem a necessidade de interferência do homem (HOLANDA, 1975). A palavra automation foi inventada pelo marketing da indústria de equipamentos na década de O neologismo, sem dúvida sonoro, buscava enfatizar a participação do computador no controle automático industrial. Hoje se entende por automação qualquer sistema, apoiado em computadores, que substitua o trabalho humano e que vise a soluções rápidas e econômicas para atingir os complexos objetivos das indústrias e dos serviços (por exemplo, automação industrial, automação bancária) (CASTRUCCI, 2003).

31 30 O grau de automatismo está baseado nos atributos humanos mecanizados ou automatizado dentro do processo de manufatura. Todo trabalho requer energia e informação, e estes dois elementos devem ser fornecidos pela mesma fonte, um ser humano ou um substituto. À medida que a máquina assume níveis mais elevados de atributos humanos, ela avança para o próximo estágio de automação. Quanto mais atributos humanos são realizados pela máquina, maior é seu grau de automatismo. Automatismo é então definido como a capacidade de auto-atuação do dispositivo. Nesta classificação observa-se que 10 níveis são suficientes para descrever todas as máquinas existentes hoje e todas aquelas que serão inventadas no futuro (BLACK, 1998), conforme mostra o quadro abaixo. Graus de Automação Atributo humano substituído Exemplos A(0) Nenhum: alavanca, chave de fenda, roldana, cunha Ferramentas manuais, máquinas manuais A(1) Energia: músculos substituídos Máquinas e ferramentas energizadas, máquina de Whitney A(2) Destreza: auto-alimentação Máquinas automáticas de ciclo único A(3) Diligência: sem realimentação Repetição de ciclos; controle de maquinas por laço aberto; aparafusadeira automática; linhas transfer A(4) Julgamento: realimentação posicional Laço fechado; controle numérico; auto-medição e auto-ajuste A(5) Avaliação: controle adaptativo, análise dedutiva; realimentação do processo Controle computadorizado; modelo de processo necessário para análise e otimização A(6) Aprendizado: pela experiência Sistemas especialistas com autoprogramação limitada A(7) Raciocínio: apresentam intuição; relaciona causas e efeitos Raciocínio indutivo; Inteligência Artificial

32 31 A(8) A(9) Criatividade: realiza projetos sem auxílio Dominância: super máquinas; comanda outras Originalidade A máquina é o mestre (HAL de 2001, Uma Odisséia no Espaço ) Quadro 1 Graus de automação industrial Fonte: Amber & Amber, Anatomy of Automation, EUA, 1962 Citado por BLACK (1998, pg.234) Automação industrial e a autonomação A automação industrial é comumente vista como a ferramenta para eliminação do trabalho humano em tarefas repetitivas, mas a verdade é que a mesma também pode ser a ferramenta para promover a autonomação dos equipamentos. Segundo Ohno (1997), a autonomação, ou jidoka, descreve um recurso de projeto de máquinas para desempenhar esse princípio do STP. Também descrito como automação inteligente ou automação com toque humano, essa implementa algumas funções supervisoras antes das funções de produção. Na Toyota isto geralmente significa que, se uma situação anormal aparecer, a máquina pára e os operários pararão a linha de produção. A autonomação assim previne produtos defeituosos, elimina superprodução e foca a atenção na compreensão do problema além de assegurar que esse problema não se repita A idéia do Lean Automation Kaizen, poka yoke e outras ferramentas Lean podem ser aplicadas para máquinas e dispositivos. Sistemas semi e totalmente automatizados existem em muitos formatos, mas não importa o formato, tamanho ou velocidade, os engenheiros podem usar os princípios do Lean Manufacturing para aumentar continuamente o rendimento e a efetividade dos equipamentos. Muitas pessoas acreditam que os princípios do Lean se aplicam somente a aplicações de montagem manual, mas iniciativas Lean funcionam

33 32 também com qualquer sistema seja manual ou automático. É claro que é importante saber qual o nível de automação necessária (WEBER, 2008). O que ocorre com freqüência é que os engenheiros de manufatura criam especificações baseados em idéias preliminares do que a máquina deve fazer, com pouca visão de sua integração pelo fato de proporem suas soluções tendo pouco conhecimento do processo como um todo e também dos princípios Lean. Sendo assim estes deveriam ter maior conhecimento dos princípios Lean, além do processo no qual o equipamento estará integrado, para só então propor as soluções para a automação de um equipamento (LEE, 2006). É nesse corrente de pensamento que se vem discutindo o chamado Lean Automation, que representa projetar máquinas adequadas a realidade das empresas que aplicam os princípios do Lean em suas plantas.

34 33 3 METODOLOGIA DA PESQUISA 3.1 IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA Pesquisas científicas são iniciadas a partir de um problema ou indagação. O termo é envolvido por diferentes acepções, o que torna a tarefa de conceituá-lo difícil (OLIVEIRA NETTO, 2006). Segundo o Dicionário Aurélio (2004, p.237), problema significa questão não resolvida e que é objeto de discussão, em qualquer domínio do conhecimento. Nesse estudo o problema consiste do fato de que a maior parte dos projetos de automação não são desenvolvidos para estar enquadrados aos requisitos dos princípios do STP, visto que normalmente as automações preocupam-se exclusivamente com a seqüência de operações para a produção de um produto, tornando assim o equipamento nada flexível e muitas vezes de setup muito demorado e sem controle. Fatos que levam as empresas a investir em futuras adaptações dos dispositivos para adaptá-los a realidade do seu processo produtivo. 3.2 PESQUISA E METODOLOGIA Pesquisa é definida como o procedimento sistemático e racional que visa proporcionar respostas aos problemas que são propostos. Desenvolve-se mediante o encontro dos conhecimentos disponíveis e a utilização de métodos, técnicas e outros procedimentos científicos (GIL, 2007). Podem-se classificar as pesquisas, pelos seus objetivos, em três grupos: exploratórios, descritivas e explicativas. A pesquisa em questão pode ser classificada então como exploratória, afinal, conforme propõe Gil (2007), a pesquisa exploratória

35 34 tem como objetivo proporcionar maior familiaridade com o problema, visando torná-lo explícito. Quanto aos procedimentos técnicos, esta se trata de uma pesquisa-ação, visto a definição dada por Thiollent, citado por Gil (2007, p. 55) como:... um tipo de pesquisa com base empírica que é concebida e realizada em estreita associação com uma ação ou com a resolução de um problema coletivo e no qual os pesquisadores e participantes representativos da situação ou do problema estão envolvidos de modo cooperativo ou participativo. Outra definição para pesquisa-ação é a de Roesch (2005) que afirma ser uma estratégia de pesquisa que permite obter conhecimento de primeira mão sobre a realidade social empírica. A pesquisa-ação permite ao pesquisador chegar perto dos dados e, portanto, desenvolver os componentes analíticos, conceituais e categóricos de explicação, a partir de dados, e não de técnicas estruturadas, preconcebidas e altamente quantificadas que enquadram a realidade em definições operacionais construídas pelo pesquisador. 3.3 ETAPAS DA PESQUISA-AÇÃO A pesquisa-ação destaca-se pela flexibilidade e também pelo fato de envolver a ação dos pesquisadores e de todos os interessados, a qualquer momento da pesquisa, dificultando um planejamento temporal de suas etapas. Com base no que descreve Gil (2007), embora não ordenados no tempo, podem ser considerados como etapas da pesquisa-ação: Fase exploratória: quando se determina o campo de investigação e as expectativas dos interessados. Isso implica no reconhecimento visual do local, a consulta de documentos diversos e a discussão com as partes envolvidas.

36 35 Formulação do problema: quando se procura garantir que o problema seja definido com precisão e que contemple um objetivo prático, justificando a participação dos interessados. Seleção da amostra e coleta de dados: é quando se delimita o universo da pesquisa e os elementos que serão pesquisados. Diversas técnicas podem ser adotadas para a coleta de dados, porém, neste estudo fez-se uso de uma observação participante. Fase de ação: Nesta fase indicam-se os objetivos que se pretende atingir; a população a ser beneficiada; a identificação de oportunidades de melhoria e a incorporação de sugestões. Fase de avaliação: quando se discute os dados obtidos, se interpreta os resultados e avalia-se o alcance dos objetivos propostos.

37 36 4 MÉTODO PARA PROJETOS LEAN AUTOMATION Com o uso correto da automação, o sistema Lean pode ajudar a aumentar a produtividade do processo produtivo (OHNO, 1997). Impressões equivocadas sobre Lean Manufacturing e sistemas de automação industrial levam muitos gerentes de manufatura a descartar o uso da automação em plantas Lean. Devido à amplitude de possibilidades de um sistema de automação, esses podem se tornar complexos quanto à operação e manutenção e de custo elevado, sendo contrário aos princípios dessa filosofia. Porém, quando os fabricantes projetam seus equipamentos tendo em mente sua integração num sistema Lean Manufacturing, seus clientes colhem os frutos de possuírem em seu processo equipamentos que se integram perfeitamente ao sistema de produção enxuta com custos adequados as suas necessidades. É no intuito de estimular o desenvolvimento dessa prática que se propõe seguir um método baseado em sete requisitos considerados essências para projetos de máquinas e dispositivos Lean Automation. 4.1 O MODELO TOYOTA DE PRODUÇÃO Os princípios da produção enxuta Muitas são as formas utilizadas para explicar a cultura do Sistema Toyota de Produção, sendo as principais:

38 37 Através dos cinco princípios do Lean Thinking (valor, fluxo de valor, fluxo, puxar, perfeição), demonstra-se a importância que o pensamento enxuto dispensa no que tange a operação conjunta e sintonizada de todas as pessoas e equipamentos que participam do processo produtivo (WOMACK, 2004). Evidenciando ainda os sete desperdícios (superprodução, tempo de espera, transporte, processamento, estoque, movimentação, defeitos) que nos dão uma boa idéia do que precisamos ter em mente quando estamos projetando uma máquina ou dispositivo que será integrado a um processo produtivo (BALLÉ, 2007). Ou ainda discutindo os quatorze princípios de gestão do modelo Toyota que podem auxiliar claramente como se deve proceder ao projetar um sistema Lean Automation, pois só assim podemos saber realmente qual é a necessidade de nosso cliente quando esse solicita o desenvolvimento de um sistema de automação (LIKER, 2005). Segue os quatorze princípios: 1. Basear as decisões administrativas em uma filosofia de longo prazo; 2. Criar um fluxo de processo contínuo para trazer os problemas à tona; 3. Usar sistemas puxados para evitar a superprodução; 4. Nivelar a carga de trabalho; 5. Construir uma cultura de parar e resolver os problemas; 6. Padronizar as tarefas objetivando a melhoria contínua e capacitação de pessoal; 7. Usar controle visual para evidenciar os problemas; 8. Usar tecnologia confiável e testada, que atenda as necessidades dos funcionários e processos; 9. Desenvolver líderes que entendam e vivam a filosofia, e que sejam capazes de ensiná-la; 10. Desenvolver equipes que sigam a filosofia da empresa; 11. Respeitar a sua rede de parceiros e fornecedores, desafiando-os e ajudandoos a melhorar; 12. Ver por si mesmo para compreender completamente a situação;

39 Tomar decisões com cautela e por consenso, avaliando todas as opções, porém implementando-as rapidamente; 14. Tornar-se uma organização de aprendizagem, através da reflexão constante e da melhoria contínua A necessidade da Troca Rápida A prática da troca rápida de ferramenta ou simplesmente TRF, também chamada SMED (Single Minute Exchange or Die), criada por Shingeo Shingo em 1950, baseado em estudos para melhoria de setup de prensas na planta Toyo Kogyo em Hiroshima é uma das mais importantes ferramentas quando se fala de máquinas integradas a um sistema Lean Manufacturing, visto que atua diretamente sobre o processo de setup das máquinas, ponto primordial para se alcançar o chamado fluxo de uma só peça, uma das principais necessidades do sistema (WOMACK, 2004). Ao projetar máquinas e dispositivos o foco principal está na realização automática da tarefa de manufatura, porém muitas vezes para atender a essa necessidade acaba-se desenvolvendo dispositivos que exigem um grande esforço durante o setup de um novo modelo de produto e que também exige um período muito grande de ajustes até acertar a produção dentro dos padrões de qualidade desejados. Os princípios da TRF devem ser considerados nesse ponto para que tenhamos ao mesmo tempo máquinas que atendam os requisitos de manufatura, mas que não deixem de ser flexíveis e ágeis quando integradas ao processo produtivo O uso da Autonomação A autonomação, no original Jidoka, conhecido também como automação inteligente ou automação com toque humano, define a implementação de algumas funções supervisoras antes das de produção. Essas funções param a produção quando há algo de anormal e avisam aos operadores, os quais param a linha até resolver o problema. Assim a autonomação previne produtos defeituosos, elimina a