PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA O BALANCEAMENTO DE ARRANJOS FÍSICOS POR PRODUTO

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1 PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA O BALANCEAMENTO DE ARRANJOS FÍSICOS POR PRODUTO Debora Cristina de Souza Rodrigues (IFMG) dcsouzar@gmail.com Rafaela Leite das Chagas (IFMG) raafaleite@gmail.com Wemerton Luis Evangelista (IFMG) wemerton.evangelista@ifmg.edu.br Matheus Soares Nametala (IFMG) matheus.nametala@gmail.com Ciniro Aparecido Leite Nametala (IFMG) ciniro@gmail.com O layout da empresa, também chamado de arranjo físico, é o modo como as pessoas, departamentos e equipamentos são distribuídos em um espaço. O arranjo físico por produto, também chamado de linha de produção, é a organização da empresa em uma sequência linear de operações, onde seu balanceamento é feito através da distribuição de tarefas em estações. Em pequenas e médias empresas, na maioria das vezes, o arranjo físico por produto é feito de forma negligente e não planejado, ocasionando fadiga humana e deficiências no fluxo do processo produtivo. Objetivou-se, com este estudo, desenvolver um software capaz de gerar uma melhor solução de balanceamento para arranjos físicos por produto. Para isso, utilizou-se de métodos matemáticos selecionados e adaptados para que houvessem condições destes serem incorporados a um sistema computacional. Posteriormente, desenvolveu-se o programa GIAP (Gerador Inteligente de Arranjos Físicos Planejados) que foi aplicado, testado e adaptado em um abatedouro de pequeno porte localizado no centro-oeste de Minas Gerais, validando assim suas funcionalidades. Neste trabalho são apresentados os resultados obtidos e, principalmente, o escopo de atuação do software frente à necessária participação também de um profissional da área quando de sua aplicação. Palavras-chave: Linha de produção, balanceamento, sistemas computacionais, simulação

2 1. Introdução A disposição física de departamentos ou setores em uma empresa, denominada de layout, é um dos fatores que pode influenciar diretamente na eficiência e eficácia dos processos executados. A preocupação em dispor departamentos e recursos físicos como máquinas, pessoas e equipamentos de forma que sejam arranjados corretamente, potencializa as qualidades de todos os processos que destes dependem. Araújo (2007) destaca alguns indicadores de problemas no layout, decorrentes de um arranjo físico mal elaborado como: a demora na gestão de processos acima das perspectivas pode propiciar um indicador de falhas no uso do espaço físico; também a má projeção de locais de trabalho, por ter sido elaborada por pessoal não qualificado ou elaborada segundo a vontade de cada grupo de pessoas destinadas a determinado espaço e a perda de tempo no deslocamento de uma unidade a outra. Para desenvolver um arranjo físico, deve-se levar em consideração alguns aspectos que merecem destaque, que para Oliveira (2011) são: proporcionar um fluxo de comunicações entre as unidades organizacionais de maneira eficiente, eficaz e efetiva; adaptar melhor utilização da área disponível da empresa; tornar o fluxo de trabalho eficiente e proporcionar a redução da fadiga do funcionário no desempenho da tarefa. Nos pequenos e médios negócios, o arranjo físico muitas vezes é feito de forma negligente e sem a devida importância. Muitos fatores contribuem para isso como a falta de conhecimento dos empreendedores da importância do seu planejamento, falta de mão de obra especializada ou o custo envolvido nas atividades. Tomando por base este entendimento, pode-se perceber, por exemplo, que de acordo com Evangelista (2011), empresas frigoríficas, de modo geral, têm proporcionado uma forma de organização do trabalho composta de equipamentos, máquinas e instrumentos de corte que suscitam considerável risco de acidente de trabalho aos seus funcionários, principalmente nas operações que exigem atividade manual. Sendo o processo de produção de abatedouros normalmente configurado em forma de linha de produção, faz-se necessário o devido planejamento e balanceamento do arranjo físico por produto neste setor para, além de outras razões que possam ser importantes, assegurar o bem estar dos funcionários. 2

3 Neste contexto, este estudo teve por objetivo arquitetar, desenvolver e testar em campo uma ferramenta de software, baseada nos métodos discutidos por Larry P. Ritzman (2004) e Lee J. Krajewski (2004), capaz de gerar uma melhor solução de balanceamento para arranjos físicos por produto. Este programa possui a proposta de servir como ferramenta de auxílio a gestores de pequenas e médias empresas e usuários em geral com conhecimento técnico sobre o balanceamento do arranjo físico por produto. A aplicação deste sistema computacional foi precedida de diversos testes e simulações em ambientes fictícios e, após esta etapa, validada de forma real na linha de produção de um abatedouro de suínos. 2. Referencial teórico O arranjo físico é a preocupação com a localização física dos recursos de transformação, ou seja, a decisão de onde colocar todas as instalações, máquinas, equipamentos e recursos humanos envolvidos na produção (SLACK et al., 2002). As decisões de arranjo físico definem como a empresa vai produzir. O layout, ou arranjo físico, é a parte mais visível e exposta de qualquer organização. A necessidade de estudá-lo existe sempre que se pretende implantar uma nova fábrica, unidade de serviços ou quando se deseja reformular plantas industriais ou outras operações produtivas (DAVIS, AQUILANO E CHASE, 2001). Conforme Slack et al (2002) a maioria dos arranjos físicos, na prática, provém de quatro tipos básicos: arranjo por produto ou linha de produção, arranjo por processo ou funcional, arranjo celular e arranjo por posição fixa ou posicional. Neste artigo, o foco está no estudo do arranjo físico por produto ou linha de produção. Segundo Slack et al (2002) o arranjo físico por produto envolve localizar os recursos produtivos transformadores inteiramente segunda melhor conformidade do recurso que está sendo transformado. Cada produto, cliente, elemento de informação segue um percurso predefinido no qual a sequência de atividades requerida coincide com a sequência na qual os processos foram arranjados fisicamente. A primeira linha de produção de que se tem notícia foi arquitetada por Henry Ford, em 1939 (CORREA E CORREA, 2004). A disposição dos locais de trabalho corresponde a sequência de processamento do produto buscando otimizar a movimentação de material (OLIVERIO, 1985, p.175). Para que a linha de produção funcione corretamente, é necessário que o seu arranjo físico por produto esteja devidamente balanceado para que opere 3

4 corretamente. Segundo Ritzman (2004), o balanceamento da linha é a atribuição de trabalhos a estações em uma linha, de modo a obter o índice de produção esperado com o menor número de estações de trabalho. De acordo com Tompking et al (1996) o arranjo físico por produto tem como vantagens: a simplicidade, a lógica e um fluxo direto como resultado. O tempo total de produção por unidade é baixo e a movimentação de material é reduzida e resulta em um controle simples da produção. Porém, há também algumas limitações como a parada de máquinas, que resulta numa interrupção da linha; mudanças no design do produto, que torna o layout obsoleto; estações de trabalho mais lentas, que limitam o trabalho da linha de produção; e, geralmente, altos custos com equipamentos. Segundo Larry P. Ritzman (2004) e Lee J. Krajewski (2004) o arranjo físico de produto dispõe estações de trabalho em sequência. O produto é movido de uma estação para a seguinte até o fim da linha. As estações de trabalho são grupos de elementos de trabalho que juntos não excedem o tempo de duração do ciclo. O ciclo é o tempo máximo de trabalho permitido para uma unidade em cada estação. A duração do ciclo desejada é o recíproco da taxa de produção, como mostrado na Equação 1. A duração do ciclo é expressa em horas por unidade. Eq.1 A taxa de produção é determinada pelo plano de produção, onde se define a quantidade de unidades a serem produzidas de acordo com o tempo de operação da linha. O cálculo da taxa de produção é feito através da utilização da Equação 3 onde é a unidade de media é dada por unidades por hora. Eq.2 Para o cálculo dos números de estações é utilizado a Equação 3, denominada Mínimo Teórico. Se o valor obtido nesta equação for fracionário, deve ser arredondado para cima, porque não existe número fracionário de estações. Eq.3 A relação entre o tempo produtivo e o tempo total é a eficiência da linha de produção, expresso com uma porcentagem, como visto na Equação 1. 4

5 Eq. 4 O valor pelo qual a eficiência não atinge 100 por cento é denominado desbalanceamento, como apresentado na Equação 2. Eq. 5 De acordo com Larry P. Ritzman (2004) e Lee J. Krajewski (2004) para melhor visualizar os predecessores é utilizado o Diagrama de Precedência, onde são indicados os elementos de trabalho por círculos, com o tempo necessário para executar o trabalho feito. Predecessores imediatos são elementos de trabalho que precisam ser concluídos antes que o próximo elemento possa iniciar. Para conduzir os predecessores imediatos ao próximo elemento de trabalho são utilizadas as setas. 3 Material e métodos Para o desenvolvimento dos requisitos que compõem o software, foi utilizado o método de arranjo físico por produto baseado nos estudos apresentados por Larry P. Ritzman (2004) e Lee J. Krajewski (2004). Para o desenvolvimento do projeto do software foi desenvolvida uma especificação de requisitos. Neste documento são descritas de forma técnica todas as funcionalidades do programa e suas respectivas disponibilidades. Para a construção desta especificação foi utilizada à metodologia PRAXIS conforme sugerido em Paula Filho (2008). Usaram-se também técnicas de modelagem computacional descritas pela linguagem de especificação UML (2000). O software foi desenvolvido na linguagem de programação Visual Basic.NET, uma linguagem orientada a objetos voltada para o desenvolvimento de aplicações comerciais. O Visual Studio Express, ferramenta desenvolvida pela Microsoft, foi o ambiente de desenvolvimento de software empregado na implementação do sistema proposto. Foi utilizado também o banco de dados SQLServer Express 2012, uma versão mais simplificada do SQL Server Enterprise da Microsoft. Esta versão de banco, tal como a linguagem e ambiente de programação foram escolhidos pois além de proverem versões gratuitas suas limitações não influenciaram os requisitos necessários a produção do sistema. 5

6 No algoritmo, foi utilizada a estratégia de programação gulosa para a solução do problema de geração inteligente dos arranjos. O Algoritmo Guloso ou Ganancioso, segundo Moura (2015, p.15) é uma técnica heurística de resolução de problemas que busca solucionar problemas de otimização realizando a escolha que parece ser a melhor no momento de acordo com uma função heurística determinada. Utilizou-se também para fins de qualidade e garantia de manutenabilidade do produto de software, o padrão de projeto Model-View-Controller (MVC). O MVC, segundo Da Silva (2012, p.1) é um padrão ou arquitetura de desenvolvimento que particiona o processo de criação e manutenção de sistemas buscando a escalabilidade e eficiência da aplicação. Para etapa de captação da empresa que foi campo de estudo, objetivando-se implantar, testar e adaptar o software desenvolvido utilizou-se de critérios que dimensionam o tamanho de uma linha de produção conforme discutido em Vilamaior (2011, p.55). No desenvolvimento deste artigo foram utilizados dois dos instrumentos de levantamento de informação indicados por Araújo (2007) para uma análise efetiva: entrevista e observação pessoal. As entrevistas foram aplicadas junto aos colaboradores e o gerente do abatedouro, este localizado no Centro-Oeste de Minas Gerais. A observação pessoal, realizada no mesmo local foi feita por meio de visitas in loco. Além disso, utilizou-se de cronômetro e de uma câmera digital para fotografar o processo produtivo e os layouts da empresa analisada. Esta abordagem foi escolhida para o estudo de caso com base nas premissas discutidas por (YIN, 2005), o autor cita que a estratégia mais adequada para questões do tipo como ou por que é trabalhar com atividades ligadas ao cotidiano da empresa. Na próxima seção são apresentados os resultados da aplicação conforme os materiais e métodos escolhidos. 4.Resultados e Discussão Para o desenvolvimento do software de geração de arranjos físicos planejados foram realizadas diversas etapas. Primeiramente, definiu-se os requisitos que compõem o software com base no modelo matemático para geração de arranjo físico por produto. Posteriormente, foi realizada a adaptação deste modelo escolhido para que fosse possível aplicá-lo ao software. 6

7 A etapa seguinte foi o desenvolvimento do projeto do software, um documento onde foram descritas de forma técnica todas as funcionalidades do programa e suas respectivas disponibilidades. Em seguida, elaborou-se o produto de software, maior parcela de todo este estudo, onde foram utilizadas tecnologias específicas de computação para codificar o sistema proposto. Foi definida, nesta etapa, a sequência inicial de operação do software (Figura 1). Figura 1 - Sequência inicial do GIAP O resultado da fase do produto de software é o programa propriamente dito (Figura 2), cujo nome dado foi GIAP (Gerador Inteligente de Arranjos Físicos Planejados). Figura 2: Tela inicial do GIAP. Fonte: Elaborado pelos autores,

8 No GIAP, o usuário pode solicitar a criação de um novo projeto. E, implementando o programa com a taxa de produção e as etapas do processo produtivo com seus respectivos tempos e dependências, o software apresenta como resultado o Relatório de Projeto de Produto (Figura 3). Figura 3 - Exemplo de criação de novo projeto no GIAP No Relatório de Projeto de Produto o usuário pode visualizar a solução encontrada pelo sistema, em forma de Diagrama de Procedência (Figura 4). Figura 4 - Exemplo de um Relatório de Projeto de Produto gerado pelo GIAP 8

9 No Diagrama de Procedência gerado, as etapas cadastradas são ilustradas em forma de círculos, cujo interior é identificado com o número do código gerado pelo programa no momento do cadastro. As cores dos círculos representam as estações de trabalho e as linhas, os predecessores imediatos das etapas. O GIAP, além do Diagrama de Procedência, informa no Relatório de Projeto de Produto os seguintes resultados calculados: ciclo, mínimo teórico de estações, eficiência e desbalanceamento. O programa também possui outras funções úteis, como visualizar e abrir projetos salvos existentes (Ver Figura 5). Figura 5 - Exemplos de projetos salvos no GIAP 9

10 É possível, também, alterar projetos salvos, podendo realizar o cadastro de novas etapas, tempos e dependências assim como modificar dados de projetos salvos (Ver Figura 6). Para que o GIAP fosse aplicado, testado e validado em campo, foi selecionada uma empresa frigorífica de pequeno porte, localizada no centro-oeste de Minas Gerais, onde o foco do estudo foi a linha de produção do setor de abate suíno. O frigorífico analisado abate, em média, 10 animais a cada dois dias. Isto ocorre porque a empresa tem seu ciclo de produção total dividido em dois dias de trabalho: um dia para a produção suja e um dia para a produção limpa. Entre estes dois dias, a carcaça permanece armazenada em um refrigerador. Sendo assim, para que fosse realizada uma análise mais adequada da linha de produção da empresa, optou-se por dividir o estudo em duas partes. Figura 6 - Exemplos de alterações em projeto salvo no GIAP 10

11 A linha de produção do abatedouro não é organizada em estações de trabalho. Os quatro funcionários da empresa trabalham todos ao mesmo tempo, revezando as atividades de forma não organizada, sem qualquer planejamento ou definição de cargos e tarefas individuais. Ou seja, o funcionário que opera em uma etapa do processo pode, por vezes, deixar de concluir sua atividade para voltar ou avançar para outra etapa. Além disso, analisou-se o trabalho realizado no frigorífico separando-o em elementos de trabalho, ou seja, menores unidades de trabalho que podem ser executadas de modo independente. O tempo que um funcionário levou para realizar cada elemento de trabalho foi cronometrado e foi necessário observar, também, os predecessores imediatos de cada unidade de trabalho. 4.1 Produção Suja Os dados obtidos da produção suja do abatedouro foram coletados e representados em forma de Diagrama de Procedência (Figura 7) e dispostos em forma de tabela (Ver Tabela 1). Estas informações são necessárias para a modelagem do ambiente no GIAP. 11

12 Figura 7 - Diagrama de procedência da produção suja do abatedouro. Fonte:Elaborado pelos autores (2015) Tabela 1 - Dados da produção suja do abatedouro Produção Suja Elementos Código gerado Tempo Predecessor(es) de pelo GIAP Descrição (s) imediato(s) Trabalho A 267 Aquecimento da água 2400 Nenhum B 268 Recepção dos animais 60 Nenhum C 269 Ducha Hídrica 60 B, A D 270 Insensibilização 60 C E 271 Sangria 74 D F 272 Escaldagem 91 E G 273 Despelagem 495 F H 274 Retirada da pele do rosto 148 G I 275 Dependurar a carcaça 90 G, H J 276 Chamuscamento 300 I K 277 Limpeza da carcaça 116 J L 278 Evisceração 120 K M 279 Limpeza da pele do rosto e dos órgãos 324 H, L A produção da empresa é de 10 animais a cada 8 horas, ou seja, cada funcionário abate 1/3 do animal a cada uma hora. Porém, somando os tempos de todos os elementos de trabalho da Tabela 1, foi possível concluir que cada funcionário conseguiria abater um animal a cada uma hora e 14 minutos. Sendo assim, foi proposto que o plano de produção da empresa fosse de 4 animais por hora. Como os dados coletados foram calculados em função de um único funcionário, considerou-se a taxa de produção igual a um animal por hora. Ao modelar a situação com os dados coletados no GIAP, foi possível obter o resultado da produção suja (Ver Figura 8). De acordo com o relatório gerado pelo software, a linha de 12

13 produção deve ser dividida em duas estações de trabalho, onde recomenda-se que sejam dispostos dois funcionários em cada estação para que não haja sobrecarregamento. O GIAP calculou também o tempo máximo de trabalho permitido para uma unidade em cada estação, o ciclo, igual a uma hora. Com estas mudanças e monitorando o cumprimento do tempo de ciclo, a empresa pode alcançar uma eficiência de 60%, porcentagem que tende a decair conforme o ambiente real seja diferente do ambiente virtual gerado pelo algoritmo inteligente do GIAP. Além disso, a produção de um dia da empresa pode ter um aumento de até 220%, ou seja, partindo da atuação situação, onde acontece diariamente o abate de apenas 10 animais, a empresa implementando a sugestão gerada pelo software poderia abater até 32 porcos por dia em condições normais. Figura 8 - Relatório Projeto de Produto gerado pelo GIAP para a produção suja do abatedouro (a) Primeira parte do Diagrama de Procedência; (b) Segunda parte do Diagrama de Procedência; (c) O ciclo, mínimo teórico de estações, eficiência e desbalanceamento calculados pelo GIAP (a) 4.2 Produção Limpa (b) (c) Os dados da produção limpa do abatedouro, necessários para a implementação do GIAP, foram coletados e organizados na Tabela 2 e expresso em forma de Diagrama de procedência (Figura 9). 13

14 Tabela 2 - Dados da produção limpa do abatedouro Produção Limpa Elementos Código gerado Predecessor(es) de pelo GIAP Descrição Tempo imediato(s) Trabalho (s) N 289 Desossa 1415 Nenhum O 291 Embalagem 1161 N,P, P 290 Clareamento do pé 240 N Q 292 Rotulagem 60 O R 293 Armazenamento das embalagens 72 Q Fonte: Elaborado pelos autores, Figura 9 - Diagrama de procedência da produção limpa do abatedouro Assumiu-se, somando os tempos de todos os elementos de trabalho da Tabela 2, que cada funcionário seria capaz de abater um porco a cada 50 minutos. Desta forma, recomendou-se que a empresa tivesse seu plano de produção alterado para 4 suínos abatidos por hora, conforme a sugestão feita para a produção suja. Para implementar o GIAP, então, considerou-se a taxa de produção igual a um porco por hora. Com todas as informações necessárias para o GIAP, foi possível obter o Relatório Projeto de Produto para a produção limpa (Figura 10). Figura 10 - Relatório Projeto de Produto gerado pelo GIAP para a produção limpa do abatedouro (a) Diagrama de Procedência; (b) O ciclo, mínimo teórico de estações, eficiência e desbalanceamento calculados pelo GIAP 14

15 (a) (b) Segundo os resultados apresentados na Figura 10, a linha de produção deve ter um estação de trabalho, onde todos os funcionários operam juntos. Além disso, o ciclo de até uma hora, calculado pelo GIAP, deve ser obedecido e monitorado. Organizando a linha de produção limpa da forma proposta e controlando o tempo de ciclo da produção, a empresa pode alcançar uma eficiência de até 82%, visto que este número pode declinar, conforme explicado anteriormente. Outra vantagem seria um aumento na produção, da mesma amplitude que da produção suja, ou seja, a empresa conseguiria ter um aumento de 220% na sua produção. 5. Considerações Finais Conforme proposto, o GIAP atendeu as espectativas quanto aos calculos necessários para se desenvolver os métodos matemáticos escolhidos. Sendo assim, foi possivel validar suas funções analisando os resultados gerados pela sua aplicação em um ambiente real, neste estudo de caso, um frigorífico para abate de suínos. Porém, mesmo que o programa seja simples de se utilizar e exija apenas três tipos diferentes de dados de entrada, percebe-se que a aplicação do mesmo carece de conhecimentos técnicos da área. Além disso, toda produção possui peculiaridades específicas as quais comumente necessitam de um tratamento especial e individualizado. Esta situação pode ser percebida no abatedouro, onde a análise precisou, por exemplo, ser fragmentada em duas partes devido a divisão do ciclo total de produção. Estes importantes detalhes, muitas vezes, não serão devidamente tratados pelos usuários ou pelos responsáveis pelas linhas de produção, o software também não abstrai tal tipo de informação tão genérica. Sendo assim, para um arranjo físico por produto devidamente adequado a realidade das empresas, o GIAP deve ser usado não como solução definitiva, mas como ferramenta de suporte aos profissionais da área, possibilitando agilidade na geração de soluções para 15

16 arranjos físicos e maior facilidade na tomada de decisão com base nos cenários gerados de forma inteligente pelo algoritmo do sistema. E, com base no estudo feito na empresa frigorífica, recomenda-se que as mudanças geradas pelo GIAP sejam implantadas na empresa e monitoradas, afim de documentar as mudanças que ocorrem para posteriores estudos. Também faz-se necessário a definição dos cargos e tarefas referentes a cada funcionário. Desta forma, o frigorifico poderia estabelecer um rodício de atividades, importante para o bem estar dos seus colaboradores. REFERÊNCIAS ARAUJO, Luis César G. de. Organização, sistemas e métodos e as tecnologias de gestão organizacional: arquitetura organizacional, benchmarking, empowerment, gestão da qualidade total. Reengenharia: volume 1. 3º ed. São Paulo: Atlas BOOCH, Grady. UML: guia do usuário. Rio de Janeiro: Elsevier/Campus, p. ISBN CORRÊA, H. L; CORRÊA C. A. Administração de produção e operações: Manufatura e serviços. Uma abordagem estratégica. São Paulo: Atlas, DA SILVA, Valéria Martins. Revisão sistemática da evolução MVC na base ACM Disponível em < Acesso em: 20 fev. de DAVIS, M. M.; AQUILANO, N. J.; CHASE, R. B. Fundamentos da administração da produção. Porto Alegre: Bookman, EVANGELISTA, W. L., Análise ergonômica do trabalho em um frigorífico típico da indústria suinícola do Brasil. Tese: Doutorado. Universidade Federal de Viçosa, MOURA, Mariana Alves. Algoritmos de otimização para solução do Problema do Próximo Release p. Monografia (Bacharelado em Sistemas de Informação). Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, OLIVEIRA, Djalma de Pinho Rebouças de. Sistemas, organização e métodos: uma abordagem regencial. 20. ed. São Paulo: Atlas, OLIVERIO, J. L. (1985). Projeto de fábrica - Produtos, processos e instalações industriais. Apostila, IBLC - Instituto Brasileiro do Livro Científico Ltda., São Paulo. PAULA FILHO, Wilson de Pádua. Engenharia de software: fundamentos, métodos e padrões. 3. ed. Rio de Janeiro: LTC, xiii, 1248 p. ISBN RITZMAN, Larry P.; KRAJEWSKI, Lee J..Administração da produção e operações. São Paulo: Prentice Hall, SLACK, N.; CHAMBERS, S.; JOHNSTON, R. Administração da produção. São Paulo: Atlas, TOMPKINS, J.A, WHITE, J.A, BOZER, Y.A, FRAZELLE, E.H, TANCHOCO, J.M.A e TREVINO, J. (1996). Facilities Planning. Jonhn Wile e Sons, Inc. Copyright. VILAMAIOR, G. Contabilidade para pequenas e médias empresas: Uma análise da emissão e adoção da regulação sob a perspectiva da teoria tridimensional do direito f. Dissertação (Mestrado em Ciências Contábeis) Faculdade de ciências Econômicas, Universidade Federal de Minas Gerais. Belo Horizonte, Quadro 3, página 55. YIN, R. (2005). Estudo de Caso. Planejamento e Métodos. Porto Alegre: Bookman. 16

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