CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: FACULDADES INTEGRADAS EINSTEIN DE LIMEIRA

Transcrição

1 TÍTULO: ANÁLISE EXPERIMENTAL PARA DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS IDEAIS DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE SAL CÁLCICO DE ÁCIDO GRAXO DE PALMA UTILIZANDO O METODOLOGIA SEIS SIGMA CATEGORIA: CONCLUÍDO ÁREA: ENGENHARIAS E ARQUITETURA SUBÁREA: ENGENHARIAS INSTITUIÇÃO: FACULDADES INTEGRADAS EINSTEIN DE LIMEIRA AUTOR(ES): THAIS CRISTINA DUPPRE, ANDERSON ZUNTINI, JOSÉ LUIZ STIVAL GHIRARDINI ORIENTADOR(ES): SANDRO PEREIRA DA SILVA

2 1. Resumo A procura intensa por melhoria continua utilizando a metodologia Seis Sigma é observada há anos em diversos setores industriais com o propósito de reduzir variabilidade no processo, neste contexto esse método foi aplicado em uma empresa de destaque no mercado competitivo de nutrição animal, cuja fabricação do produto sal cálcico de ácidos graxo de palma apresentava níveis de 9,63% de refugo e ou retrabalho. A metodologia seis sigma foi desenvolvida no caminho DMAIC com as ferramentas de suporte para cada etapa como o Fluxograma de Processo, SIPOC, Diagrama de Causa e Efeito, FMEA, DOE e gráficos de controle, que contribuíram para encontrar a causa raiz dos resultados de extrato etéreo livre em porcentagens elevadas. O resultado do trabalho proporcionou erradicação do modo de falha elevando a taxa de aproveitamento do lote para 100% consequentemente zerando os refugos e retrabalhos. Os indicadores de capacidade do processo saíram de -0,77 CPK para 1,4 CPK, comprovando a eficácia da metodologia. 2. Introdução Com a alta competitividade de mercado e clientes cada vez mais exigentes quanto a qualidade e preço, um esforço para redução de custos, aumento de produtividade e eficiência é assunto mais do que frequente nas organizações. Para Rother (10), a competitividade é alcançada por pequenas etapas a serem seguidas e que são difíceis de serem copiadas. Métodos e processos eficazes é uma busca incessante e a redução de refugos é ponto relevante, para redução da variabilidade de processo, neste contexto a metodologia Seis Sigma foi criada na Motorola no final da década de 80, guiada pelo DMAIC e implementada não como um simples controle de qualidade e sim como uma metodologia que abrange toda a organização e a direciona a redução de defeitos próximo a zero (CORONADO, 02). 3. Objetivo O alvo foi à redução de refugos e retrabalhos do processo com baixa capabilidade, assim como a definição dos parâmetros ideias para as variáveis de controle existentes. 4. Metodologia O seis sigma, segundo Arnheiter e Maleyeff (0), é uma metodologia criada com o objetivo de alcançar um modelo de processo próximo de zero defeitos afim de

3 reduzir a variação do sistema para garantir um produto final de maior qualidade através de uma estrutura rígida de estudo e melhoria do processo. Para Eckes (01), uma implementação de seis sigma bem sucedida exige uma infraestrutura bem consciente e uma participação ativa da gestão da organização. Seguindo o caminho DMAIC muitas ferramentas estatísticas e monitoramento são empregadas. Para etapa D as ferramentas Fluxograma e SIPOC foram aplicadas, Segundo, Keller (0) e Gupta (04), estas ferramentas são utilizadas para se obter uma visualização simples e formalizada de um processo onde estão dispostos sequencialmente as etapas diferenciadas em figuras geométricas que representam a ação a ser tomada para cada ocasião no sistema ali descrito de forma lógica e programada. A etapa seguinte caracteriza a fotografia do processo no estado atual, seguindo o DMAIC. Nas fases M e A, algumas ferramentas destacam-se como o Brainstorming, utilizado para gerar ideias ou encontrar soluções para a causa raiz do problema em questão. Sua aplicação consiste no seguimento de três etapas distintas sendo: a geração de ideias, o esclarecimento sobre o processo e a avaliação das ideias (SELEME e STADLER, 08). Partindo do Brainstorming o diagrama de causa e efeito (Ishikawa) é construído. Conforme Vieira (1999) se utilizado de maneira correta, o diagrama de causa e efeito mostra resultados positivos e leva ao sucesso da mitigação da causa raiz do problema perseguido. Segundo Cardoso (07), o pesquisador Calegare (02) ainda dentro das etapas M e A, ferramenta DOE design of experiments, largamente utilizada para otimizar os testes de validação dos modos de falhas consiste em explorar de forma otimizada as possibilidades de testes no processo, executando a menor quantidade de experimentos com o maior número de variáveis do processo. Para Vieira (1999) é recomendável que se faça réplica nos experimentos para assegurar maior confiabilidade no resultado. Após implementação das melhorias, a etapa C tem o objetivo de manter sob controle as melhorias implantadas, sob a utilização de gráficos de controles, para visualizar a estabilidade do processo, e manter padronizado os resultados encontrados no projeto. O gráfico de controle é utilizado de maneira sistemática para que auxilie o gestor na leitura de desempenho do processo (WALPOLE et al, 08). Para prevenção de possíveis novas falhas, utiliza se o FMEA que segundo Lélis (12) as experiências adquiridas devem ser registradas nesta ferramenta, que

4 consiste em método de análise de falhas com objetivo de identificar os modos e os efeitos causados, analisando de forma sistêmica a fim de dar prioridades a falhas críticas, quanto a ocorrência, gravidade, detecção, severidade e risco para o processo.. Desenvolvimento O estudo foi realizado em uma empresa de destaque no setor de nutrição animal situada no interior de SP, onde um dos seus principais produtos é o sal cálcico de ácidos graxos de palma. O produto é obtido durante a reação exotérmica entre os ácidos graxos de palma e uma base. A produção consiste em um processo simples com layout em linha, as matérias primas são inseridas por meios de roscas (I) e bomba (II) no misturador de pinos e pás intensivo, este contem pinos e pás reguláveis (III) com o objetivo de misturar as matérias primas para disparar o início da reação química, após essa etapa o produto é direcionado a um misturador de eixo duplo em formato helicoidal (IV) do fabricante Vérdes, modelo 041, comprimento útil da bacia de mistura é 2300mm, largura da bacia de mistura é 60mm, potência do motor CV. Após esta etapa o produto é homogeneizado por um período de 10 minutos, então é transferido para o segundo misturador de pinos e pás intensivo (V), utilizado para dar início ao resfriamento e triturar o produto. Na etapa subsequente o produto já triturado é transportado pneumaticamente para um turbilhonador (VI) que o resfria e conduz até o ciclone (VII), neste estágio as partículas do produto são separadas do ar e conduzidas a uma ensacadora (VIII) finalizando o processo. A Figura 1demonstra o fluxograma de fabricação do produto e suas etapas. Figura 1 - Fluxograma do processo A empresa fabricante executa controle de processo no produto acabado para saber qual a quantidade de ácidos graxos que não estão na forma de sal, está analise que quantifica o teor de ácidos graxos livres em seu produto é chamada de

5 Porcentagem de Extrato Etéreo Livre, cujo resultado não deve exceder 8%. A figura 2 representa a condição inicial do processo, antes da implantação da metodologia 6 sigma. Figura 2 Gráfico individual - resultados de extrato etéreo livre % de Extrato Etéreo Livre 2 10 Gráfico individual representando os resultados de Extrato Etéreo Livre 2 10 Resultados E.E. L. Palma1 Limite Superior Resultados O fabricante vem apresentando resultados não satisfatórios de extratos etéreos livres, causando alto nível de refugo e retrabalho. A figura 3 demonstra o descontrole do processo representando cerca de 9,63% dos resultados acima do limite superior de controle definido como 8% de extrato etéreo livre. Este processo é classificado como incapaz com indicador de 0,77% de CPK. Figura 3- Histograma dos resultados de extrato etéreo livre antes das melhorias Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo Process Data LSL * Target * USL 8 Sample Mean 14,7663 Sample N 183 StDev (Within) 2,9384 StDev (O verall) 3,4968 USL Within Overall Potential (Within) C apability C p * C PL * C PU -0,77 C pk -0,77 O v erall Capability Pp * PPL * PPU -0,64 Ppk -0,64 C pm * O bserved Performance % < LSL * % > USL 9,63 % Total 9,63 Exp. Within Performance % < LSL * % > USL 98,94 % Total 98,94 A aplicação da ferramenta SIPOC foi necessária para identificar com clareza todas as entradas e saídas do processo, a figura 4 demonstra o SIPOC para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma. Exp. O verall Performance % < LSL * % > USL 97,3 % Total 97,3 Figura 4 SIPOC

6 Suppliers (Fornecedores) SIPOC Inputs (Entradas/Matéria Prima) Process (Processo) Outputs (Saída/PA) Customers (Clientes) Fornecedor A, B, C, D e E Fornecedor F e G Ácido Graxo de Palma Cal Hidratada Sal Calcico de Ácidos Graxos dentro dos níveis de garantia Cliente A Mistura Intensiva das Matérias Homogienização da Mistura Triturador Resfriamento Ensaque O brainstorming foi aplicado para identificar as possíveis causas dos valores indesejados de extrato etéreo livre, os resultados são apresentados na forma de diagrama de causa e efeito demostrados na figura. Figura Diagrama de causa e efeito (Ishikawa) Após a determinação dos fatores que potencialmente geram o modo de falha estabelecidos no diagrama de causa e efeito, a ferramenta DOE foi aplicada com 3 fatores e dois níveis, 2 3. A tabela 1 demonstra o projeto de experimento proposto para testar as condições extremas de processo para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma. Tabela 1 Determinação do experimento DOE Pinos Temperatura [ C] Veloci idade [Hz] Experimento 1 Experimento 2 Experimento 3 Experimento 4 Experimento Experimento 6 Experimento 7 Experimento 8 Desgastado Novo Desgastado Novo Desgastado Novo Desgastado Novo Os fatores determinados foram os pinos e pás que se desgastam pela corrosão química durante o processo de fabricação do produto, podendoo influenciar na sua mistura. O termo corrosão é usado para definir o desgaste ou degradação de algum

7 material causado por uma reação química (CHANG, 06). O segundo fator foi a temperatura de entrada dos ácidos graxos sendo elevada antes da reação exotérmica para obtenção do produto. Por fim o terceiro fator é a velocidade de mistura que pode influenciar na homogeneidade do produto final. 6. Resultados Após o experimento realizado no processo, as análises laboratoriais apresentaram os resultados de extrato etéreo livre combinado com os três fatores relevantes descritos na tabela 2. Tabela 2 - Resultados do experimento DOE. A figura 6 demonstra o resultado do DOE com a análise dos três fatores de forma simultânea no processo de obtenção do produto sal cálcico de ácidos graxos de palma. Pinos Temperatura [ C] Velocidade [Hz] Resultado [%] Experimento 1 Desgastado,89 Experimento 2 Novo 4,72 Experimento 3 Desgastado 8 6,46 Experimento 4 Novo 8 8,9 Experimento Desgastado 7,07 Experimento 6 Novo,61 Experimento 7 Desgastado 8 6,77 Experimento 8 Novo 8 6,63 Figura 6 Análise dos fatores inter-relacionados do experimento. Fatores inter-relacionados do experimento Temperatura Desgastado Novo 7 6 Temperatura 8 Pino 7 6 Pino Desgastado Novo Quando analisadas as variáveis com dependência uma das outras, nota-se a ocorrência de variação maior no resultado de extrato etéreo livre quando combinando a variação de temperatura ao pino novo ou desgastado e quando associada a temperatura a velocidade de mistura. A Figura 6 demonstra variação entre os fatores, sendo inferido apenas a relevância da temperatura ao resultado esperado no processo. Veloc. Mistura A figura 7 (a) e (b) representam a combinação dos fatores temperatura e velocidade da mistura fixando como constante o pino novo e desgastado.

8 Figura 7 (a) Gráfico superficie de resposta Figura 7 (b) Gráfico superficie de resposta Constante Pino Novo Constante Pino Desgastado Resultado 8 7 7,2 6, Veloc. Mistura Temperatura Resultado 6,4 6,0 40 Veloc. Mistura Temperatura A Figura 7 (a) demonstra que a velocidade de mistura não representa alteração significativa na obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma, já a variação de temperatura tem impacto direto no resultado. Segundo Moyes e Schulte (10), ao aplicarmos energia térmica a uma dada mistura ocorre à agitação de suas moléculas e esta agitação tem uma implicação direta na reação química, sendo assim, como a variação de temperatura e velocidade de mistura influenciam no resultando do processo quando mantemos constate os pinos e pás como novas. Observa-se o melhor resultado ao associar a menor temperatura ( C) com a menor velocidade de mistura (Hz). A Figura 7 (b) demonstra que a temperatura, para o experimento com pino desgastado, não representa variação significativa na obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma, já a variação de velocidade tem impacto direto no resultado. Neste processo, a velocidade de mistura é inversamente proporcional ao tempo de retenção do produto no misturador e segundo Abreu et al (10) numa reação entre ácidos graxos e uma base a determinação dos fatores temperatura, tempo de reação e agitação do meio influenciam diretamente na reação do produto. Desta forma a determinação dos melhores parâmetros de processo, após a aplicação da ferramenta DOE passa a ser: Temperatura igual a C; Pinos e Pás novos e Velocidade de mistura igual a Hz. Para confirmar o resultado do DOE novos lotes foram fabricados e os resultados são representados nas Figuras 8 e 9.

9 2 Figura 8 Gráfico de controle antes e após melhorias. Extrato Etéreo Livre antes e após as melhorias Antes Após Resultados 10 1 UCL=6,29 _ X=3,10 0 LCL=-0,09 A Figura 8 representa análise por gráfico individual em duas fases distintas do trabalho, classificadas como antes da aplicação da metodologia DMAIC e após a aplicação, as linhas de controle superior e inferior para ambas as fases, antes e após DMAIC, indicam a variação de 3 desvios padrões da amostra para cima e para baixo da linha média dos resultados. Nota-se redução na amplitude dos limites de controle de 18 pontos percentuais para 6,2 pontos percentuais, caracterizando a estabilização da variabilidade observada antes da aplicação da metodologia. A Figura 9 demonstra a curva gaussiana das amostras coletadas no processo após a aplicação da metodologia. Figura 9- Histograma dos resultados de extrato etéreo após melhorias Histograma do processo após melhorias P rocess Data LSL * Target * USL 8 Sample M ean 3,09663 Sample N 19 StDev (Within) 1,06289 StDev (O v erall) 1,08914 USL Within Overall Potential (Within) C apability C p * C PL * C PU 1,4 C pk 1,4 O v erall C apability Pp * PPL * PP U 1,0 Ppk 1,0 C pm * O bserv ed Performance PPM < LSL * PPM > USL 0,00 PPM Total 0,00 Exp. Within Performance PPM < LSL * PPM > USL 1,98 P PM Total 1,98 Exp. O v erall Performance PPM < LSL * PPM > USL 3,37 PP M Total 3,37 A Figura 9 representa a distribuição normal dos resultados obtidos após o experimento, ao qual nota-se melhora significativa na performance do processo com o indicador de 1,4 para CPK. Segundo Verdoy (06) indicadores acima de 1,33 CPK representam processos sobre controle no padrão 4 sigma, não permitindo

10 ocorrência de produtos não conformes, esse resultado foi observado na sequencia de fabricação do produto zerando o refugo de extrato etéreo livre no processo. Como forma de registrar e analisar as melhorias investidas a etapa controlar caracterizou a utilização do FMEA demonstrado na Figura 10 e os gráficos de controle amostral demonstrados na Figura 8 Figura 10 - FMEA FMEA: Empresa X ÁREAS ENVOLVIDAS: APROVAÇÃO DO CLIENTE: ET PG Produção / Qualidade / Laboratório 1 1 PROCESSO/PRODUTO: CLIENTE/PROJETO: Produção de Sal cálcico de ácidos graxos RESPONSÁVEL PROJETO/ MANUFATURA: Anderson Zuntini Empresa do ramos de nutrição animal, fabricante de sal cálcico de ácidos graxos FMEA - ANÁLISE DOS MODOS DE FALHAS E SEUS EFEITOS EQUIPE: Operador de maquinas, Supervisora de qualidade, Gerente Industrial, Analista de Laboratório ITEM/NOME/FUNÇÃO DO PROJETO/ PROCESSO MODO DE FALHA POTENCIA L EFEITO (S) DA FALHA EM PODENCIAL SEVERIDADE CAUSA (S) POTENCIAL DA FALHA OCORRÊNCIA CONTROLE ATUAL DE PREVENÇÃO CONTROLE ATUAL DE DETECÇÃO DETECÇÃO RISCO (RPN) Produção de Sal cálcico de ácidos graxos Extrato etéreo acima de 8% Redução do rendimento em sua 7 Pinos e pás desgastadas 10 Manutenção preventiva Visual utilização final. 8 Velocidade de mistura inadequada 3 Padrozinada atravez do DOE Visual 2 48 Reação do produto após ensacado. 8 Baixo índice de acidez da matéria prima 1 Analise da matéria prima Resultado da 1 8 Queda no consumo do rebanho. 2 Variação da densidade da matéria prima 1 Analise da matéria prima analise Origem da matéria prima (fornecedores) 2 Nota Fiscal Fornecedor Temperatura ambiente inadequada 1 Não existe Não existe 10 4 Falta de atenção do operador 3 Não existe Não existe Controlador de temperatura descalibrado 1 Manutenção preventiva Visual 10 6 Indicador de velocidade desconfigurado 1 Manutenção preventiva Visual 10 Metodologia de analise laboratorial inadequada 3 Não existe Não existe Parâmetro de temperatura inadequado 3 Padrozinada atravez do DOE Automatizado Considerações Finais A combinação da Temperatura em C, Pinos e Pás novos e a Velocidade de mistura igual a Hz corresponde aos parâmetros ideias para fabricação do produto, se forem analisados de forma isolada não representam a melhor condição de processo. A ferramenta DOE aplicada no processo explora todas as possibilidades de combinações dos fatores e permite otimização do número de ensaios para testar todas as variáveis de processo. Redução relevante no índice de refugos e retrabalho de 9,63% para 0 e da amplitude dos resultados de extrato etéreo livre de 18% para 6,2% com 100% dos produtos dentro das especificações de cliente. A implantação da metodologia Seis Sigma e suas ferramentas estatísticas transcorridas pelo DMAIC possibilitam conhecer e reduzir a variabilidade do processo baseada em fatos e dados; 8. Fontes Consultadas ABREU, Yolanda Vieira de, et al, Energia, Economia, Rotas Tecnológicas, Textos Selecionados. Palmas. P. 219 e 2, 10.

11 ARNHEITER, E. D., MALEYEFF, J. The integration of lean management and Six Sigma. The TQM Magazine. Vol. 17, N. 1, p. -18, 0. ATKINS, Peter W. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, Porto Alegre, ed, editora Bookman, p. 410, 10. CARDOSO, Alvaro Azevedo, PhD; et al. Uso do delineamento de experimento em uma aplicação didática para engenharia. Programa de Mestrado Profissional em Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté/SP, 07. CHANG, Raymond. Química Geral Conceitos Essenciais. V.4, Porto Alegre, Editora AMGH, pg CORONADO, R.B., Antony, J. Critical success factors for the successful implementation of Six Sigma projects in Organisations. The TQM Magazine, v.14, p , no.2, 02. ECKES, G. The Six Sigma Revolution: how General Electric and others turned process into profits. New York: John Wiley & Sons, p FAVARETTO, F.; VIEIRA, G.E. Indicadores de controle da produção para suporte da estratégia de 12 manufatura. Anais... XIII SIMPEP - Bauru, SP, Brasil, pag. 1-7, 06. GUPTA, Praveen, The Six Sigma Performance Handbook, McGraw-Hill, New York, 04. KELLER, Paul, Six Sigma Demystified, McGraw-Hill, New York, 0. LELIS, Eliacy Cavalcanti, Gestão da Qualidade, São Paulo, Editora Prentice Hall, p , 12. MOYES, Christopher D., Princípios de Fisiologia Animal, 2 ed, Porto alegre, Editora Artmed, p 24, 10. ROTHER, Mike, Toyota Kata, Gerenciando pessoas para melhoria, adaptabilidade e resultados excepcionais, São Paulo, Editora Artemed. p. 28 e 29, 10. SELEME, Robson; STADLER, Humberto. Controle de Qualidade. As ferramentas essenciais, Curitiba, p 6-7, 08. VERDOY, Pablo Ruan, et al. Manual de Control Estadístico de Calidad: Teoría y Aplicaciones, Castelló de la plana, Editora Book Print, p. 180 e 181, 06. VIEIRA, Sônia. Estatística para a qualidade: Como Avaliar Com Precisão a Qualidade em produtos e serviços. Rio de Janeiro: EditoraCampus, p. 198, WALPOLE, Ronald E.; at al. Probabilidade e Estatistica para engenharia e ciência, 8 ed, São Paulo, Editora Pearson Prentice Hall, p. 40, 08.