Ricardo Coêlho dos Santos Filho (UVV) Fabiano Cézar Gomes Nascimento (AM Tubarão)

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1 XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente. São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de AVALIAÇÃO DO TEMPO DE TROCA E RESFRIAMENTO DOS CILINDROS DE TRABALHO PARA UMA PRODUÇÃO DE 4MT/ANO DO LAMINADOR DE TIRAS A QUENTE DA ARCELORMITTAL TUBARÃO Ricardo Coêlho dos Santos Filho (UVV) ri.filho@uol.com.br Fabiano Cézar Gomes Nascimento (AM Tubarão) fabiano.cezar@ymail.com Este trabalho tem como intenção abordar a importância do Estudo de Métodos para análise da capacidade dos processos produtivos. O objetivo é apresentar o conceito de Engenharia de Métodos, seus benefícios na tomada de decisão em estudos de engenharia e realizar um estudo de método de trabalho no processo de troca e resfriamento de cilindros de trabalho do LTQ (Laminador de Tiras a Quente) na ArcelorMittal Tubarão. Para alcançar estes objetivos será feito um levantamento bibliográfico a respeito do assunto e um estudo na Oficina de Cilindros da ArcelorMittal Tubarão afim de compreender e mapear o processo de troca e resfriamento de cilindros. Como resultado, este trabalho pretende comprovar que o Estudo de Métodos é indispensável quando se avalia a capacidade dos processos. Palavras-chaves: Análise de Processos, Engenharia de Métodos, Capacidade

2 Introdução A Engenharia de Métodos proporciona uma maior compreensão à Engenharia de Produção para análise dos processos produtivos. Esta tem uma importância destacada no contexto produtivo, quando estudamos os fatores humanos e a produtividade na atual sociedade da informação e do conhecimento. Ao iniciar um projeto de trabalho precisa-se determinar o seu método de execução. Isto, porém, nem sempre é fácil. Com freqüência é muito difícil dizer qual entre dois métodos é o melhor sem estudar os tempos de operação. Por este motivo o estudo de métodos e o estudo dos tempos andam de mãos dadas, sendo difícil prever quando termina o primeiro e começa o segundo. Toledo Júnior (2004) diz que ao iniciar o estudo de tempos, passamos a aceitar automaticamente o método atual como o método-padrão. A ele deveremos nos referir para qualquer melhoria futura. 3. Justificativa e Problema (...) Engenharia de Métodos, que tem a função de estudar o trabalho com o intuito de garantir que a utilização dos recursos seja feita de modo mais efetivo possível, se reveste da maior importância para o bom desempenho do sistema de produção (BATISTA et al, p. 02). Um fator chave para o sucesso de uma organização é a sua capacidade de medir o desempenho dos seus processos. Peter Drucker apud Davis (2001) afirma que se você não pode medir o seu desempenho, você não pode gerenciá-lo. Sem os indicadores de desempenho apropriados, não é possível avaliar os processos. Por isso, o estudo da produtividade e da capacidade do processo produtivo são fatores chave para o sucesso de uma organização. Slack (1997) diz que todos os processos, não importa quão bem gerenciadas, são capazes de melhoramentos A necessidade deste estudo surgiu devido ao aumento da produção do Laminador de Tiras a Quente (LTQ) da ArcelorMittal Tubarão onde verificou-se a necessidade de avaliar a capacidade do processo de trocas de cilindros a atender ao aumento da produção. Este aumento gera um maior e mais rápido desgaste dos cilindros e faz com que tenham que ser trocados em um intervalo de tempo menor aumentando o número de trocas de cilindros. Para se executar tal trabalho, deve-se efetuar uma investigação detalhada acerca do tempo e dos movimentos. Para este fim, faz-se necessário utilizar recursos esquemáticos para a análise da série de operações. 4. O Estudo de Métodos A Engenharia de Métodos é a área da engenharia que estuda, de uma forma sistêmica, as operações do trabalho com o objetivo de desenvolver o sistema e o método preferido, usualmente aquele com o menor custo; padronizar estes sistemas e métodos e determinar a capacidade da tarefa ou operação específica. Todas as operações são constituídas por um conjunto de movimentos e a capacidade destas operações representa a duração desses movimentos. Desta forma, para melhorar os sistemas operacionais, deve-se eliminar os desperdícios de movimentos e implementar melhorias para que o trabalho possa ser executado da melhor forma possível. 2

3 A grande questão para um estudo de métodos está em provar o erro ou simplesmente convencer-se de que o método é certo, por isso uma forma típica de eliminar as dúvidas é fazendo perguntas e obtendo respostas. Pode-se fazer muitas perguntas, mas, segundo Toledo Junior (2004), as principais são: Por que este elemento é executado? Qual é o seu objetivo? Onde deve ser executado? Quando deve ser executado? Quem deve executá-lo? Como deve ser executado? O uso destas perguntas é apenas o ponto de partida, muitas outras poderiam ser feitas questionando o material mais barato a ser utilizado, se a iluminação e temperatura são adequadas, se o material utilizado é necessário e etc. Se o hábito de perguntar for adquirido, não haverá limites para análise. Para finalidades de especificação, apresentação ou desenvolvimento do estudo usa-se técnicas específicas para a descrição e transmissão do método de trabalho. Estas técnicas tem por finalidade: 1. Facilitar compreensão e o entendimento do comportamento em estudo; 2. Informar sobre os procedimentos utilizados na execução das tarefas produtivas; 3. Fornecer uma fonte para a otimização dos métodos de trabalho; 4. Fornecer uma fonte de consulta na análise de um problema de fabricação. Os recursos esquemáticos têm uma importância significativa no Projeto de Métodos porque proporcionam o estudo global do processo produtivo antes que se tente efetuar uma investigação detalhada do sistema de produção. A contribuição da utilização desses recursos está presente também nas fases de padronização e treinamento de métodos de trabalho. (BATISTA et al. 2006, p. 01). O fluxograma é um diagrama de atividades para mostrar o que acontece em um processo. Ele permite a visualização global de todas as etapas do processo (DAVIS et. al, 2001). Os símbolos tradicionais utilizados para o desenho de um fluxograma são apresentados no Quadro 1. O fluxograma dá uma compreensão detalhada das partes do processo onde algum tipo de fluxo ocorre. (...) Eles registram estágios na passagem de informação, produtos, trabalho ou consumidores de fato, qualquer coisa que flua através da operação (SLACK et. al, 1997, p. 607). SÍMBOLO OPERAÇÃO DEFINIÇÃO DA OPERAÇÃO Transformação Inspeção Mudança intencional de estado, forma, ou condição sobre um material ou informação, como: montagem, desmontagem, transcrição, fabricação, embalagem, processamento, etc. Identificação ou comparação de alguma característica de um objeto ou de um conjunto de informações com um padrão de qualidade ou de quantidade. Transporte Espera Movimento de um objeto ou de um registro de informação de um local para outro, exceto os movimentos inerentes à operação ou inspeção. Quando há um lapso de tempo entre duas atividades do processo gerando estoque intermediário no local de trabalho e que para ser removido não necessita de controle formal. 3

4 Armazenamento Retenção de um objeto ou de um registro de informação em determinado local exclusivamente dedicado a este fim e que para ser removido necessita de controle formal. Quadro 1 Símbolos gráficos para o fluxograma do processo O propósito do fluxograma é garantir que todos os diferentes estágios do fluxo estejam incluídos na análise de melhoramento e que todos os estágios estejam em seqüência lógica. Esta técnica pode tornar mais claras oportunidades de melhoramentos e esclarecer a mecânica interna ou a forma de trabalhar de uma operação. Slack et al.(1997) afirma que provavelmente, o principal propósito do fluxograma é que ele destaca áreas problemas onde não existe nenhum procedimento para lidar com um conjunto particular de circunstâncias. No projeto de métodos, que compreende o planejamento e a definição do método de trabalho, deve-se primeiramente formular o problema e analisar detalhadamente as características do problema. Feito isso, cria-se as alternativas de solução deste problema e finalmente é feita a avaliação destas alternativas. É essencial que seja feita uma estimativa das economias previstas resultantes das melhorias dos métodos aplicados, antes que eles sejam postos em prática, bem como é necessário determinar se houve redução de custos após o projeto ter sido posto em funcionamento (Vieira, 1984). 5. Estudo de Caso Com o aumento do ritmo de produção do LTQ, o intervalo de laminação entre uma placa e outra diminui aumentando assim o desgaste dos cilindros de trabalho e diminuindo o intervalo de tempo entre as trocas de cilindros e resfriamento. O processo de resfriamento dos cilindros é de vital importância para retificar os cilindros (processo de eliminação de qualquer vestígio de trincas térmicas) e para isto o cilindro deve estar na temperatura ambiente, entre 30 ºC e 35 o C. No processo de troca, os pares de cilindros são retirados do laminador e aguarda-se que a temperatura deles se torne uniforme. Por estarem em contato com água dentro do laminador a temperatura externa é menor que a interna. Mede-se a temperatura dos cilindros e eles são transportados até a plataforma da oficina de cilindros e depois ao resfriador, primeiro o conjunto da cadeira de laminação número seis (FW6), depois o conjunto da cadeira número um (FW1) e, desta forma, até transportarem todos os seis conjuntos do trem acabador ao resfriador. Finalmente, após o resfriamento, os cilindros são levados ao berço da retífica de trabalho onde se fecha o ciclo de resfriamento. Para efeito do estudo, foram escolhidos os conjuntos de cilindro FW1 e FW6, pois são os cilindros que apresentam situações mais criticas no processo. O conjunto FW1, por ser o primeiro conjunto do laminador ele sofre mais com o impacto das placas e por isso a sua temperatura é a mais alta. O conjunto FW6, por ser o primeiro conjunto a entrar e sair do laminador e por ser um conjunto que, historicamente, registrou um maior número de trocas devido a defeitos durante a laminação. Todo o processo de troca e resfriamento foi mapeado e os tempos das atividades são descritos no Quadro 2. 4

5 Operação Transporte Inspeção Espera Armazenagem Atividade Tempo Fw1 (min) Tempo Fw6 (min) Cilindros na cadeira de laminação Retirada dos Cilindros das cadeiras de laminação Cilindros aguardando a estabilização da temperatura Registrar a temperatura dos cilindros 1 1 Cilindro aguardando o posicionamento da PR 9 5 Transportar o cilindro da plataforma para o berço do resfriador de cilindros 3 3 Cilindro aguardando início do resfriamento 1 2 Resfriamento Cilindro aguardando a retirada do resfriador 7 12 Transportar do resfriador ao berço da Retífica de Trabalho 4 4 Transportar cilindro à Retífica de Trabalho 2 - TEMPO TOTAL 130min 110min Quadro 2 - Mapa de processo da troca e resfriamento de cilindros O tempo das atividades foi estudado e avaliado, na qual se identificou os pontos críticos do processo. Conforme apresentado nos gráficos 1 e 2. As atividades foram enumeradas da seguinte forma: 1. Retirada dos cilindros das cadeiras; 2. Cilindros aguardando a estabilização da temperatura; 3. Registrar a temperatura do cilindro; 4. Cilindro aguardando o posicionamento da PR; 5. Transportar o cilindro da plataforma para o berço do resfriador de cilindros; 6. Cilindro aguardando início do resfriamento; 7. Resfriamento; 8. Cilindro aguardando a retirada do resfriador; 9. Transportar do resfriador ao berço da Retífica de Trabalho; 10. Transportar cilindro à Retífica de Trabalho. 5

6 Gráfico 1 - Troca e resfriamento do cilindro da cadeira FW1 Gráfico 2 - Troca e resfriamento do cilindro da cadeira FW6 Através dos diagramas de Pareto pôde-se distinguir as questões pouco triviais das questões muito triviais. Observou-se que tanto para os cilindros das cadeiras FW1 e FW6 o tempo de resfriamento corresponde a 68% de todo o processo. Como não é possível uma ação imediata para reduzir este tempo, decidiu-se que alternativas para reduzir o tempo de resfriamento deveriam ser estudadas paralelamente. Com isso, faz-se necessária outra leitura do processo não considerando o tempo de resfriamento de cilindros, como apresentado nos Gráficos 3 e 4. 6

7 Gráfico 3 - Troca e resfriamento do cilindro da cadeira FW1 Gráfico 4 - Troca e resfriamento do cilindro da cadeira FW6 Em ambos os processos de troca, cadeira FW1 e cadeira FW6, os pontos críticos são: 2. Cilindros aguardando a estabilização da temperatura; 4. Cilindro aguardando o posicionamento da PR; 8. Cilindro aguardando a retirada do resfriador; 9. Transportar do resfriador ao berço da Retífica de Trabalho. Como os pontos triviais são considerados aguardos, exceto a atividade 9 que é um transporte, uma atenção ao processo de troca ou uma mudança no método já poderia apresentar algum ganho no processo. Mas este ganho seria relevante? E, qual seria o tempo ideal para o processo de resfriamento? Para avaliar o tempo ideal no processo de resfriamento, precisa-se estimar intervalo de tempo entre as trocas de cilindros no laminador. Para isso a IAT (Gerência de Controle de Processo da Produção de Placas e Bobinas), fez uma simulação onde se pode estimar o intervalo entre trocas de cilindros. Conforme o Gráfico 5, o intervalo máximo entre as trocas é de 366 minutos e o mínimo de 193 minutos. Com isso foi possível calcular o tempo de resfriamento de cilindros de forma a atender a necessidade para 4Mt/ano. 7

8 tempo (min) Troca 193 Gráfico 5 - Intervalo de trocas de cilindros do LTQ para uma produção de 4Mt/ano Figura 1 - Avaliação do tempo de resfriamento de processo Com base nas informações da avaliação do tempo de resfriamento de cilindros, Figura 1, verifica-se que a atual capacidade do resfriador de cilindros satisfaz a necessidade para uma produção de 4Mt/a. Entretanto, após chegar a esta conclusão fez-se os seguintes questionamentos: Este tempo de resfriamento de cilindros é o ideal para o processo? Qual o tempo real de resfriamento de cilindros na atual capacidade do resfriador? Para responder estas perguntas temos que entender como se comporta o resfriamento do cilindro e conhecer a temperatura da água que entra em contato com o cilindro no resfriador. No período de coleta de dados foi medida a temperatura da água que entra em contato com os cilindros durante o resfriamento e, conforme mostrado o Gráfico 6, verificou-se o problema da temperatura que, estando acima de 35 o C, não permite que os cilindros resfriem a temperatura ideal para ser retificado. 8

9 Gráfico 6 - Histórico de temperatura da água no período analisado Por outro lado verificou-se que em um período a temperatura da água margeou a faixa dos 30 o C, estando abaixo em um dado momento. Para entender a importância da água estar em uma temperatura mais baixa é importante verificar a curva de resfriamento de cilindros no Gráfico 7. Gráfico 7 - Curva de resfriamento do cilindro de trabalho Retirado da cadeira foi medida a temperatura do par de cilindros e aproximadamente 20 min depois, quando os cilindros foram transportados ao resfriador foi aferida outra temperatura. Observe que neste intervalo de tempo a temperatura tem uma pequena elevação devido à uniformização da temperatura do cilindro. Isto acontece porque os cilindros estão em constante resfriamento, contato com água, dentro da cadeira de laminação e a temperatura interna dos cilindros é mais alta que a externa. No período de estabilização a temperatura interna aflora e faz com que a temperatura externa se eleve. 9

10 Os cilindros estiveram resfriando por 20 min quando foi feita a terceira medição de temperatura e, aproximadamente, a cada 10 minutos outras medições quando finalmente estas passaram a ser feita a cada 5 min até os cilindros serem retirados do resfriador. Com este teste surgiu o seguinte questionamento: O cilindro não poderia ter sido tirado anteriormente do resfriador? Se for observado nota-se que em menos de 40 minutos o cilindro já estava na temperatura ideal para ser retirado do resfriador, mas só foi retirado próximo a 100 min. Se retirado antes ganharia aproximadamente uma hora em todo o processo. Devido a esta análise, foi feito uma bateria de testes para responder a questão levantada. Estes testes consistiram em, após a entrada no resfriador, os cilindros resfriariam por um tempo pré-determinado, iniciando em 90 min de acordo com o tempo aproximado de resfriamento estipulado pela oficina. Após este tempo seria aferida a temperatura, 5 minutos após a temperatura dos cilindros seria aferida novamente e depois a cada 2 minutos até a estabilização da temperatura dos cilindros. Conforme o comportamento da temperatura, se abaixasse ou se elevasse, seria decidido se o tempo de permanência dos cilindros no resfriador seria aumentado ou diminuido até encontrarmos o tempo ideal de resfriamento, conforme pode-se ver nos gráficos abaixo. Gráfico 8 - Teste de resfriamento de cilindros 1 Gráfico 9 - Teste de resfriamento de cilindros 2 10

11 Gráfico 10 - Teste de resfriamento de cilindros 3 Conforme demonstrado, os cilindros são retirados do resfriador mesmo acima da faixa exigida para a retificação e após a retirada a temperatura dos cilindros volta a se elevar para só então entrar em equilíbrio. É possível observar que a temperatura da água sempre está na faixa de 32 o C, o que prejudica o resfriamento. Contudo, um dia foi registrada a temperatura da água na faixa de 25 o C e o resultado é mostrado no gráfico 11. Gráfico 11 - este de resfriamento de cilindros 4 De acordo com os testes, no cenário atual, o tempo de resfriamento supera 100 minutos, em condições de normais de temperatura da água, o que não é suficiente para que os cilindros alcancem uma temperatura estável na faixa de 30º e 35ºC. Portanto, a atual capacidade do resfriador de cilindros não satisfaz a necessidade para a produção de 4Mt/a, pois o tempo necessário de resfriamento de cilindros de laminação é de, no máximo, 91 minutos conforme analisado anteriormente. Devido a esta circunstância sugere-se que se estude a possibilidade de melhoria no sistema de resfriamento de cilindros, considerando a temperatura ideal da água para resfriamento dos cilindros de forma a não comprometer a sua microestrutura. 11

12 6. Considerações Finais O presente trabalho visava avaliar a capacidade do processo de troca e resfriamento de cilindros de laminação do LTQ para um aumento da produção para 4Mt/ano de BQ`s. Utilizando técnicas de análise de métodos de trabalho, como análise do fluxo de processo, buscou-se apresentar a aplicabilidade da ferramenta e avaliar o tempo do processo de troca e resfriamento de cilindros. Analisado o processo de troca e resfriamento de cilindros foi identificado pontos de melhoria no processo, mas de acordo com a simulação realizada verificou-se que o método de trabalho no processo de troca atende ao aumento da produção do LTQ. Contudo, os testes de resfriamento mostraram que a capacidade do resfriador não atende as necessidades técnicas exigidas pela oficina para retificar os cilindros. Por isso, sugere-se avaliar a melhoria da capacidade de resfriamento do resfriador de cilindros. Com este trabalho, foi possível visualizar a aplicabilidade das ferramentas teóricas aprendidas ao longo do curso de Engenharia de Produção, além de ampliar os conhecimentos específicos na área de Engenharia de Métodos. 7. Referências BATISTA, Gilmário Ricarte; LIMA, Marina Carvalho Correia; Gonçalves, Valéria de Sá Barreto; Souto, Maria do Socorro Márcia Lopes. Análise do Processo Produtivo: um estudo comparativo dos recursos esquemáticos. Artigo. ENEGEP. Fortaleza, 2006 DAVIS, Mark M.; AQUILANO, Nicholas J.; CHASE, Richard B. Fundamentos da Administração da Produção. 3ª ed. Porto Alegre: Bookman, ROSA, Eurycibíades Barra. Estudo de Métodos & Tempos: Racionalização Industrial. EFEI, Departamento de Produção. Itajubá, MG SLACK, Nigel; CHAMBERS, Stuart; HARLAND, Christine; HARRISON, Alan; JOHNSTON, Robert. Administração da Produção. São Paulo: Atlas, TOLEDO JÚNIOR, Itys-Fides Bueno de. Cronoanálise Base da racionalização da produtividade da redução de custos. 15ª Edição. O&M, VIEIRA, Newton Lemos. Engenharia de Métodos. Rio de Janeiro: Manuais CNI,