A PROTOTIPAGEM VIRTUAL NO PROCESSO PRODUTIVO...
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A PROTOTIPAGEM VIRTUAL NO
PROCESSO PRODUTIVO RACIONAL: O
EXPERIMENTO EM UMA INDÚSTRIA DE
ESTOFADOS
Alessandro Campos (UNIMEP)
Fernando Celso de Campos (UNIMEP)
O presente trabalho se refere a um processo de criação de estrutura de
estofados, propondo uma execução racional com a utilização de menor
número de peças de madeira e minimizando a utilização de grampos em
suas ligações, sem diminuir sua rresistência, sendo utilizada madeira
proveniente de reflorestamento, para alinhar o produto às tendências
atuais de produção e com os princípios de sustentabilidade. Foi analisado
o modelo utilizado pela indústria, com seu método tradicional de
produção, para identificar número de peças de madeira utilizado no
chassi, seguida da simulação computacional, com as mesmas condições
estruturais do modelo apresentado pela indústria, para proposta de uma
nova estrutura, utilizando ligações sem a utilização de grampos, somente
com o uso de encaixes e cavilhas. Proporciona uma estrutura de chassi
para estofados com maior otimização do volume de componentes de
madeira em relação aos modelos utilizados atualmente, pois a indústria
utiliza o método tradicional de beneficiar a madeira, com maquinários
pesados, envolvendo mais de uma pessoa neste processo dentro de sua
linha de produção, assim como utiliza um grande espaço físico para a
produção de uma única peça. Esta proposta de trabalho, racionalizando a
produção na prototipagem do modelo para realizar sua modelagem,
utiliza a ferramenta computacional na plataforma CAD, com base no
processo BPM, busca desenvolver um modelo de estrutura mais eficiente
no que se refere em termos de qualidade no seu processo de produção
reduzindo tempo de produção e desperdícios, assim como retrabalhos,
com processo produtivo baseado na gestão dos processos envolvidos.
Palavras-chaves: Produção enxuta, Gestão de indústrias moveleiras,
Gestão de Resíduos, Prototipagem virtual.
XXXII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO Desenvolvimento Sustentável e Responsabilidade Social: As Contribuições da Engenharia de Produção
Bento Gonçalves, RS, Brasil, 15 a 18 de outubro de 2012.
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1. INTRODUÇÃO
A indústria moveleira brasileira, no tocante à fabricação de estofados (ou sofás), vem buscando
alternativas sustentáveis para competir no contexto da concorrência globalizada.
Um estudo de racionalização na busca de redução de materiais, tempos e métodos de montagem
de móveis, pode tornar-se um fator preponderante para obtenção de diferenciais competitivos no
mercado.
Segundo Farias et al.(2008), a busca por elementos com produção racional, sem desperdícios de
matéria prima, requer um esforço em encontrar soluções tecnológicas para a produção de
estruturas mais enxutas e resistentes, agregando melhores condições de produção à economia de
escala.
Já são bem conhecidos processos construtivos para a montagem de estofados, compostos por uma
estrutura de sustentação, que utilizam peças em madeira em um único chassi, porém, são
executados com encaixes ineficientes, necessitando do uso excessivo de grampos para melhor
resultado estrutural, pois estas ligações são convencionalmente feitas com grampos, que podem
causar, além de risco ao trabalhador, desperdício de material, pois são executadas de forma não
racional, e, geralmente, de acordo com a necessidade momentânea e o conhecimento adquirido ao
longo da jornada de trabalho do pessoal de execução.
Além disso, as peças de madeira normalmente utilizadas não são tratadas adequadamente, e se
apresentam sem preocupação com o tratamento inicial do material, sendo feita apenas uma
análise visual superficial, comprometendo a resistência e a qualidade do produto final.
Os protótipos apresentados são desenvolvidos fisicamente, um por vez, nos quais após
executados, são feitas as avaliações do seu comportamento estrutural, e quando são necessários
ajustes em uma peça, devem ser desmontadas para tais ajustes, e remontadas, ocasionando o
retrabalho e perdas das mesmas.
Estudos a partir desse problema constatado e os procedimentos aplicados indicam modelos mais
adequados a serem propostos para a produção de “estruturas enxutas”. Modelos estes que são
baseados nos princípios de produção racional e sustentabilidade, e estas aplicações, promovem a
produção em escala, preservando a qualidade do produto, o desempenho do material aplicado e a
preocupação com a preservação do meio ambiente.
Estes modelos propostos favorecem também a obtenção de materiais resultantes mais leves,
econômicos e ecologicamente corretos, contribuindo para diminuição do impacto ambiental,
incluindo a indicação de procedimentos e recomendações para a produção de chassis para
estofados, seguindo as diretrizes da sustentabilidade e visando uma melhora para o futuro
econômico e o meio ambiente.
O modo de produção do sistema construtivo proposto visa, por intermédio de decisões de projeto
simples, não somente manter as características da estrutura, mas melhorar o seu desempenho e
durabilidade, assim como aumentar a capacidade de produção na criação de novos produtos, com
o emprego da prototipagem virtual, sendo o objetivo deste trabalho inserir uma nova abordagem
de produção junto às indústrias de estofados, com execução racional, minimizando a utilização de
pecas e componentes, na qual se pretende alinhar este produto às tendências atuais de produção e
sustentabilidade utilizando a prototipagem virtual.
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2. ABORDAGEM METODOLÓGICA
O método de pesquisa adotado é classificado, a partir de Miguel (2007) e Gil (2010), como sendo
experimental, que não precisa obrigatoriamente ser realizada em laboratório, mas em qualquer
lugar desde que apresente as seguintes propriedades: manipulação, controle e distribuição
aleatória, sendo que a prototipagem virtual se enquadra nesta característica, e os objetivos podem
ser classificados como metodologia exploratória, porque proporciona maior familiaridade com o
problema, aprimorando ideias, sendo este tipo de método tem um planejamento flexível, de modo
a considerar os mais variados aspectos relativos ao fato estudado (GIL, 2010).
Com a pesquisa bibliográfica, Gil (2010) identifica dois grandes grupos de delineamento, sendo
eles as fontes de “papel” e os dados fornecidos por pessoas. Já Noronha e Ferreira (2000) apud
Miguel (2007) descrevem que a pesquisa bibliográfica pode ser classificada segundo seu
propósito (analítica ou de base), sua abrangência (temporal ou temática), sua função (histórica ou
de atualização), seu tipo de análise desenvolvida (bibliográfica ou crítica).
A pesquisa experimental, após as análises da estrutura do estofado (chassi) e da observação direta
no chão de fábrica da indústria moveleira (coleta de dados), um estudo foi feito a partir de visitas
a empresa (para observação direta in loco), análise do processo produtivo, e do protótipo
executado pela indústria de estofados. O método de pesquisa consistiu analisar a estrutura do
chassi, com o objetivo de identificar características a ser melhoradas a partir de sua execução,
onde foram avaliados que novos processos podem ser implantados e propôs-se um protótipo
virtual.
Então, de modo geral, o que ocorreu nessa pesquisa foi que inicialmente Com a identificação das
falhas existentes, deu-se início a uma nova proposta com a intenção de diminuir a quantidade de
componentes de madeira destinadas à estrutura de estofados. Paralelamente, foi feito um estudo
sobre aplicação de diferentes encaixes, com a intenção de reduzir ou ate mesmo eliminar o
numero de grampos utilizados na execução deste chassi.
3. INDÚSTRIA MOVELEIRA NACIONAL: DESAFIOS E PERSPECTIVAS A indústria de móveis no Brasil se destaca na cadeia produtiva da madeira e no suprimento de
uma enorme rede de varejistas especializados e de lojas de departamento que têm nesse tipo de
produto uma de suas principais fontes de receita. Está também entre os mais importantes
segmentos da indústria de transformação no país, pela importância do valor de sua produção e
pela expressiva geração de empregos na indústria nacional: 239 mil postos de trabalho em 2007,
equivalente a 2,7% do total de trabalhadores alocados na produção industrial no país
(ABIMÓVEL, 2006).
O Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE) classifica a indústria de móveis a partir
das matérias-primas predominantes. As categorias básicas são: móveis de madeira (incluindo
vime e junco), que constituem o principal segmento, com 91% dos estabelecimentos; e móveis de
metal, com 4%. O restante diz respeito a móveis confeccionados em plásticos e artefatos do
mobiliário, reunindo colchoaria e persianas (GORINI, 1998).
Segundo Coutinho et al. (2002), é uma indústria tradicional, cuja dinâmica produtiva e de
desenvolvimento tecnológico é determinada por máquinas e equipamentos utilizados no processo
produtivo, pela introdução de novos materiais e pelo aprimoramento do design.
É um setor bastante significativo para a economia do País, destacam Valença et al. (2002),
apresentando o crescimento do interesse governamental a ele associado, em virtude de suas
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possibilidades: geração de divisas, aumento no volume exportado, geração de empregos e
desconcentração regional. O design tem sido considerado o ponto mais vulnerável da indústria
moveleira nacional, devendo ser aprimorado. Isso pela necessidade não só de expandir as
exportações, como também de atender uma parcela significativa de consumidores de considerável
poder aquisitivo, bastante exigentes e dispostos a pagar preços razoavelmente mais altos por
produtos que considerem elegantes, funcionais e resistentes. De acordo com o Panorama do Setor Moveleiro no Brasil (2006), produzido pela Associação
Brasileira das Indústrias do Mobiliário (ABIMÓVEL), o setor contava com 16.104 empresas, sendo
11.992 microempresas (até 9 funcionários), 3.372 pequenas empresas (de 10 a 49 funcionários), 436
médias empresas (de 50 a 99 funcionários) e 304 empresas de grande porte (mais de 100
funcionários).
Sobre os materiais empregados no setor, Corrêa (2004), em sua pesquisa focalizando as indústrias do
polo moveleiro de Ubá, constatou que os painéis de madeira reconstituída são predominantes,
representados pelo painel de aglomerado cru, com 31% do volume total utilizado, e painel de MDF
cru, com 19%. Os demais materiais utilizados que apareceram na pesquisa foram: painéis com
acabamento em BP (laminado melamínico de baixa pressão) e FF (finish foil, acabamento de película
celulósica) e madeiras maciças, com destaque para o pinus e o eucalipto, com 8% cada um.
Alguns estudos já foram realizados sobre a cadeia madeira e móveis, em âmbito nacional: Gorini
(1998), Coutinho (2001), Moraes (2002), ABIMÓVEL (2006). A maioria desses estudos baseou-se
em informações dos grandes pólos moveleiros e não contemplou os pequenos aglomerados, ou novos
pólos, que estão surgindo em todo o Brasil. Portanto, é fato que a partir desse panorama é possível afirmar que indústria moveleira nacional
vem enfrentando desafios relativos à sua sobrevivência, sustentabilidade, expansão, frente à
globalização mundial, onde, nesse sentido, Rosa (2007) aponta como um caminho de solução a
aglomeração entre pequenas empresas via APL (arranjo produtivo local) para suprir as
deficiências via ações de cooperação e subsídios governamentais.
Já Silva e Santos (2005) identificaram brechas estratégicas no pólo moveleiro de Votuporanga
(SP), destacando-se que a maioria das empresas pesquisadas adotava o arranjo físico da produção
em linha; alguns produtos intermediários seguiam um fluxo de produção seqüencial, enquanto
outros sofriam um fluxo de fabricação irregular; existia um reaproveitamento significativo de
restos de madeira que eram cortados, colados e prensados para serem reaproveitados antes de
iniciar a fase de fabricação. Todavia, inexistiam indicadores ou aplicativos de computador que
auxiliassem nas economias de recursos. Constatou-se também a ausência de estudos dos
benefícios ou desvantagens do reaproveitamento de restos de madeira e, além disso, não era
mantido um controle secundário desse material; a falta de informação e de sistemas
computadorizados causava desperdício de matéria-prima.
Aliado a tudo isso que foi colocado, juntando-se a crescente consciência de preservação
ambiental, buscam-se medidas a serem adotadas que visam incrementar o desempenho
empresarial e os princípios sustentáveis.
E estas características são marcantes nas indústrias do setor moveleiro, especificamente na de
estofados, na qual foi possível fazer uma identificação de melhorias no processo de produção,
pois foram analisados os processos de produção, com grande número de elementos de madeira e
utilização de grampos para ligação destes elementos.
As indústrias do setor possuem diferentes formas de trabalho, mas foi possível, com análise via
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observação direta junto à indústria, verificar que a produção artesanal para confecção dos chassis
de estofados pode ser consideravelmente otimizada a partir de novos métodos produtivos.
Segundo Mahmoodzadeh et al. (2009), uma ferramenta para incrementar os processos produtivos
em uma empresa pode ser a gestão de processos de negócio (BPM). Com base no conhecimento
da intersecção entre a gerência e tecnologia da informação, os métodos de trabalho, as técnicas e
as ferramentas para projetar, decretar, controlar e analisar os processos de negócio operacionais
que envolvem seres humanos, organizações, aplicações, originais e outras fontes de informação,
pois a BPM segue um ciclo de vida que consiste em quatro fases, a saber: projeto (modelagem),
execução, divulgação e análise.
E os benefícios da produção racional vão além da sustentabilidade ambiental, pois para a
diminuição de trabalhos manuais e de tempos de produção, é necessário o melhor aproveitamento
na linha de produção, da matéria prima e insumos, o que significa mudança no layout da empresa
e no design dos produtos, que, além dos impactos ambientais, esta produção racional gera
impactos econômicos pela minimalização de desperdícios e diminuição de gastos na
prototipagem e armazenamento do produto, além de uma melhor adequação à destinação de seus
resíduos.
Mahmoodzadeh et al. (2009), comentam que podem ser externalizados processos como: partes
dos itens da estrutura do produto; algumas rotinas da tecnologia da informação e até partes de
alguns processos de negócio. Porém, são necessárias mudanças internas para a implantação de
uma produção racional, visando aumento da produtividade e redução de custos discernindo onde
estão as fontes de desperdícios, atuando na sua redução de forma eficaz, sendo que algumas
empresas com pouca competência de verticalizar toda sua produção têm maior tendência à
externalização ou horizontalização (terceirização de algumas etapas). Assim, deve-se alinhar a
gestão de processos internalizados com os processos de externalização, padronizando definições
e processos: produtivos, troca de informações, aspectos logísticos, entre outros.
A técnica de prototipagem virtual pode ser uma proposta mais competitiva no cenário atual de
mercado globalizado, porque se pode verificar alguma falha de encaixe ou de dimensionamento,
de peças, evitar-se retrabalhos posteriores, na etapa de montagem e de fechamento estrutural do
chassi, sendo que o emprego de peças de madeira padronizadas, além da sua economia por seção,
favorece a anulação do uso excessivo de grampos.
Com relação às peças em madeira, as de pinus ainda predominam na estrutura do estofado, por
serem mais leves e mais fáceis de serem manuseadas, garantindo facilidade e rapidez de execução
da montagem final. Portanto, peças em eucalipto são necessárias na composição do chassi, por ter
sua resistência mecânica melhor que a do pinus. Inclusive estudo de Silva e Poledna (2003) já
apontava a necessidade do incremento do uso de eucalipto reflorestado na indústria moveleira
nacional.
Também são utilizados derivados da madeira como o OSB (Oriented Strand Board), devido à
facilidade de modelagem para formas curvas, utilizando também a ferramenta assistida por
computador para a sua modelagem, substituindo os moldes tradicionais de papel.
Com estas características, devem-se elaborar planos experimentais com a determinação
preliminar das etapas para desenvolver os protótipos, com o intuito de aperfeiçoar o sistema de
produção existente nas indústrias, estudar as ligações da madeira, a rapidez na produção,
facilidade da execução, custo, desempenho estrutural, risco apresentado ao trabalhador e baixo
impacto ambiental, e com isto, pode-se perceber uma possível redução do número de
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componentes em madeira do chassi a partir de modelagem de peças de ligações de madeira e
otimização das ligações entre peças do chassi.
4. ANÁLISES DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DO CHASSI
O foco de análise do experimento foi o processo de produção da estrutura de madeira dos
estofados na indústria, buscando-se compreender o processo de montagem, as dimensões e
encaixes das peças e sua composição final, bem como a resistência mecânica final.
O processo produtivo tem o recebimento da matéria prima, a secagem da madeira,
acondicionamento em local apropriado, cortes conforme pede a estrutura, armazenamento
organizado por tamanhos e geometrias, montagem da estrutura dos chassis, montagem final e
acabamento. Neste processo produtivo são empregados os Pinus e Eucalipto, ambos proveniente
de reflorestamento, onde são entregues em tábuas de aproximadamente 20cm de largura, e
estocada em local coberto, conforme a figura 1, sendo o processo de secagem realizado por
fornecedores, chegando já seca no local.
Figura 1: Madeira estocada na indústria
Fonte: Autor
Após analise visual das peças, estas tábuas passam pela operação de corte, conforme ilustra a
figura 2, e assumem secções de acordo com cada tipo de modelo de estofados.
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Figura 2: Processo de corte na indústria
Fonte: Autor
As composições de peças são armazenadas em gôndolas, para cada tipo de modelo de estofado,
conforme ilustrado pela figura 3, de modo a facilitar a programação da produção no momento de
buscar os insumos para se cumprir uma ordem de fabricação programada.
Figura 3: Armazenamento das peças em gôndolas específicas para cada tipo de modelo de sofá
Fonte: Autor
Conforme a demanda, a montagem da estrutura dos estofados (chassi), não possui um manual
técnico com procedimento para execução da estrutura dos estofados, apesar de existir uma
variedade de modelos com composições diferenciadas. O conhecimento técnico, sistemas de
encaixe e peças constituintes de cada chassi é registrado apenas na memória dos funcionários.
Entretanto, quando é lançado um novo modelo de estofado, é desenvolvido pelo “modelista” um
protótipo físico para orientação técnica dos demais funcionários, por isto, não existe um gabarito
para conferir se existe alguma falha de encaixe ou de dimensionamento, sendo identificada
somente na etapa de fechamento do chassi com a tapeçaria.
Ao iniciar a produção de um determinado modelo de estofado, os funcionários procuram as
gôndolas contento a composição de peças em madeira que serão utilizadas. Todos os encaixes
entre peças em madeira são realizados por sistema de grampos sob pressão, conforme a figura 4.
Os funcionários utilizam protetores auriculares devido ao ruído de impacto produzido pela
pressão dos grampeadores, no entanto não usam luvas ou outro tipo de proteção nas mãos, já que
impede a flexibilidade no manuseio das peças. Com isso, pequenos acidentes de trabalhos
ocorrem devido ao uso de grampos.
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Figuras 4: Inicio da montagem da estrutura de um sofá de pequena dimensão
Fonte: Autor
As ligações entre peças são realizadas sempre com a madeira de pinus, a qual permite maior
facilidade para o uso de grampos, devido a sua baixa densidade, onde nota-se que não existe uma
preocupação com a regularidade de encaixe entre peças, sendo que para cada encaixe, cerca de
quatro grampos são utilizados para fixação entre peças, e o emprego de várias peças de madeira
numa única estrutura favorece o uso excessivo de grampos, conforme a figura 5.
Figuras 5: Ligações entre peças para travamento do chassi
Fonte: Autor
Muitas vezes, não existe ou existe pouco contato na junção das peças, podendo enfraquecer o
conjunto. Outro aspecto observado nas ligações entre peças é que elas sempre são robustas e
presentes em grande quantidade no chassi. Com isso, tem-se o maior consumo de madeira e de
grampos neste processo, conforme a figura 6.
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Figura 6: Falha de encaixe entre peças
Fonte: Autor
Os modelos de sambladura das peças do chassi analisado, são feitos com medidas aleatórias, de
acordo com a necessidade momentânea, não sendo aplicado nenhum estudo especifico ou com
características de uso racional, conforme a figura 7.
Figura 7: Tipos de sambladura utilizados no chassi desenvolvido na indústria
Fonte: Autor
Foi observado que para produzir a estrutura final, elas ficam robustas e com quantidade excessiva
de madeira no chassi. Com isso, tem-se o maior consumo de madeira e de grampos neste
processo, sendo que as peças em madeira de pinus predominam na estrutura do sofá. Isso porque
são mais leves e mais fáceis de serem grampeadas, garantindo facilidade de manuseio e rapidez
de execução.
Além da madeira, também são utilizados derivados da madeira como o MDF (médium density
fiberboard) e o OSB (oriented strand board), sendo o produto final apresentado neste estudo de
caso consiste em um chassi com utilização de pinus, OSB e eucalipto, apresentado na figura 8.
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Figura 8: Modelo do chassi
Fonte: Autor
5. PROTOTIPAGEM VIRTUAL DO CHASSI DO MODELO DE SOFÁ
A partir do modelo do chassi fornecido pela indústria, foi desenvolvido no laboratório de
estruturas da Universidade Estadual de Londrina, um protótipo computacional na plataforma
AutoCad, sendo geradas imagens em 3D, para constatar o número de peças utilizadas e dar
subsídios na montagem da nova estrutura proposta, envolvendo arquitetos, engenheiros,
consultores e estagiários, conforme a figura 9.
Figura 9: Proposta do chassi gerado em 3D
Esta nova proposta tem a intenção de ser montada em partes, sendo toda fracionada a estrutura
em módulos básicos, com a possibilidade de novos modelos a partir de uma mesma estrutura,
derivando-a em encosto, base, assento e braço, conforme a figura 10.
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Figura 10: Proposta do chassi fracionado em 3D
Conforme constatado, houve uma redução nos componentes de madeira para a nova
prototipagem, com valor no volume de madeira no teor de 27,5% e de quantidade de numero de
peças com 25% de redução, apresentado no quadro de redução dos componentes de madeira do
chassi da tabela 01.
Tabela 01 - Quadro de redução dos componentes de madeira do chassi
A partir do modelo proposto por prototipagem virtual, foi desenvolvido um protótipo físico, a fim
de verificar sua fidelidade de execução conforme o projeto. Esta nova proposta mantem a
intenção de ser montada em partes, sendo toda fracionada sua estrutura, em encosto, base, assento
e braço, e unida posteriormente com facilidade conforme a figura 11.
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Figura 11: Proposta do chassi fracionado e montado em protótipo físico
Desta estrutura proposta, foi desenvolvido um novo estudo com ligações mais eficientes, com o
intuito de desenvolver na estrutura maior redução de tempo na execução do chassi, melhorando a
qualidade estrutural da peça, sendo que poderá ser montada em partes.
A partir do modelo apresentado com as respectivas reduções nos componente e volume de
madeira a ser utilizado, foram propostas de encaixes e ligações para esta estrutura do tipo
cavilhas, ligação dentada e dispositivo “Hoffman”, conforme figura 12, buscando evitar falhas
mais tarde, na etapa de montagem e de fechamento do chassi com a tapeçaria.
Figura 12: Encaixes com cavilhas, ligações dentadas e dispositivo “Hoffmann“
A partir das novas propostas, foram confeccionados estes mesmos encaixes para execução do
protótipo físico deste novo chassi, conforme figura 13.
Figura 13:
Encaixes com cavilhas, ligações dentadas e com dispositivo Hoffmann
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6. CONSIDERAÇÕES FINAIS
Com este estudo exploratório na indústria de estofados, novos focos se agregaram à pesquisa
devido à identificação de vários problemas. Dentre estes a excessiva utilização de peças em
madeira num único chassi, tornando a estrutura mais pesada e encaixes ineficientes e a excessiva
utilização de grampos para ligação de peças, com possíveis retrabalhos quando necessário a
mudança de algum item no protótipo físico.
Com este estudo, novos focos se agregaram à pesquisa, destacando-se a utilização de peças em
madeira e encaixes padronizados para o chassi, possibilitando o uso destes componentes para
outros modelos de estofados com a mesma dinâmica e tecnologia de produção, buscando sempre
melhor resultado estrutural.
Confirmou-se que a eficiência na moldagem dos componentes do chassi e do sistema de ligação
para estruturas de estofados, no que diz respeito à redução no uso de grampos e de matéria-prima,
minimizando impactos e resultados significativos não somente no que diz respeito ao
desempenho do produto final, mas também no desempenho econômico e financeiro das indústrias
do segmento, pois esta nova possibilidade para uma produção enxuta para a indústria moveleira
contribui para toda a sociedade e vão de encontro com os princípios sustentáveis que se buscam
todos os setores industriais atualmente.
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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