GABRIELA LEITE NOGUEIRA Automação e Lean Manufacturing ... · Neste trabalho, sera´ apresentado...
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA E DE COMPUTAÇÃO GABRIELA LEITE NOGUEIRA Automação e Lean Manufacturing: Um estudo de caso São Carlos 2018
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UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
ESCOLA DE ENGENHARIA DE SÃO CARLOS
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA ELETRICA E DE
COMPUTAÇÃO
GABRIELA LEITE NOGUEIRA
Automação e Lean Manufacturing: Um estudo de caso
São Carlos
2018
GABRIELA LEITE NOGUEIRA
Automação e Lean Manufacturing: Um estudo de caso
Monografia apresentada ao Curso de
Engenharia Elétrica, da Escola de
Engenharia de São Carlos da
Universidade de São Paulo, como parte
dos requisitos para obtenção do título de
Engenheiro Eletricista.
Orientador: Prof. Dr. Dennis Brandão
VERSÃO CORRIGIDA
São Carlos
2018
AUTORIZO A REPRODUÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO,POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINSDE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE.
Ficha catalográfica elaborada pela Biblioteca Prof. Dr. Sérgio Rodrigues Fontes daEESC/USP com os dados inseridos pelo(a) autor(a).
Leite Nogueira, Gabriela La Automação e Lean Manufacturing : Um estudo de Caso
/ Gabriela Leite Nogueira; orientador Dennis Brandão.São Carlos, 2018.
Monografia (Graduação em Engenharia Elétrica com ênfase em Eletrônica) -- Escola de Engenharia de SãoCarlos da Universidade de São Paulo, 2018.
1. Lean Manufacturing. 2. Automação. 3. Manufatura. 4. CLP. 5. Industria. I. Título.
Eduardo Graziosi Silva - CRB - 8/8907
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RESUMO
O presente trabalho estudara um caso de otimizacao de um posto de trabalho,
partindo desde a analise atual dos padroes de trabalho ate a instalacao dos sistemas
de automacao e estabilizacao do processo subsequente. Para tanto diversas ferramentas
de gestao ligadas ao lean manufacturing serao aplicadas no estudo, como o conceito de
reducao de desperdıcios.
Realizou-se um estudo atual do processo para entender quais necessidades de au-
tomatizacao o mesmo necessitava. A partir deste estudo, foi possıvel tracar simulacoes
referentes as otimizacoes dos postos de trabalho atraves da instalacao de robos do tipo
seis eixos.
A partir de uma automatizacao utilizando robos, nota se resultados expressivos no
que se diz respeito a estabilizacao do processo quando se envolve o time de operadores
durante a implantacao do projeto.
Palavras-chave: Lean Manufacturing, Automacao, Manufatura, CLP, Industria.
ABSTRACT
The present work will study a case of optimization of a workstation, starting from
the current analysis of the work patterns until the installation of the automation and
stabilization systems of the subsequent process. For this purpose, several management
tools related to lean manufacturing will be applied in the study, such as the concept of
waste reduction.
A current study of the process was carried out to understand what automation
needs it needed. From this study, it was possible to draw up simulations referring to the
optimization of the workstations through the installation of robots of the six axis type.
From an automation using robots, there are expressive results regarding the stabi-
lization of the process when the operator team is involved during the implementation of
the project.
Key-words: Lean Manufacturing, Automation, Manufacture, CLP, Industry
LISTA DE FIGURAS
1 Sistema Lean Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2 Cadeia de Valor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3 Piramide de automacao detalhada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
4 Ciclo PDCA utilizado durante o desenvolvimento . . . . . . . . . . . . . . 29
5 Cronograma do projeto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
6 Operacao de posicionamento do motor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7 Simulacao em 3D do processo atual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
8 Robo colaborativo utilizado nas simulacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
9 Simulacao em 3D do processo apos a automatizacao . . . . . . . . . . . . . 39
10 Comparacao entre a situacao atual da operacao e a proposta de projeto . . 39
11 Robo seis eixos instalado no processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
12 Robo colaborativo instalado no processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
13 Area organizada apos aplicacao do 5S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
LISTA DE TABELAS
1 Descricao das operacoes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2 Especificacoes Tecnicas do Robo de Seis Eixos . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3 Especificacoes de eixo do Robo de Seis Eixos . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
4 Especificacoes Tecnicas do Robo Colaborativo . . . . . . . . . . . . . . . . 37
5 Especificacoes de eixo do Robo Colaborativo . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
6 Analise Financeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
7 Comparacao de investimento e retorno . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
8 Descricao das operacoes atualizada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
Conteudo
1 INTRODUCAO 12
2 CONCEITOS GERAIS 13
2.1 Sistema Toyota de Producao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2 Lean Manufacturing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.3 Os cinco princıpios do lean thinking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.4 Conceito de Desperdıcios . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 Programa 5S . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
2.6 Estabilidade de processos: Os 4 Ms . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
2.7 Balanceamento de linhas de producao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
2.8 Automacao industrial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
2.9 Piramide de automacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
2.10 Tecnologias para controle da Automacao Industrial . . . . . . . . . . . . . 28
2.11 Gestao da Qualidade: o PDCA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3 METODOLOGIA 31
3.1 Metodo de Pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.2 Etapas do Projeto e Cronograma . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.3 Estudo do Processo Atual . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
3.4 Desenvolvimento da Solucao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
3.5 Estudo da Viabilidade Financeira . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
4 APRESENTACAO E ANALISE DOS RESULTADOS 42
4.1 Instalacao da Automacao do Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
4.2 Estabilizacao do Processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
5 CONCLUSOES E TRABALHOS FUTUROS 47
REFERENCIAS 49
11
1 INTRODUCAO
No atual cenario socioeconomico em que o paıs se encontra, cada vez mais grandes
industrias buscam aumentar sua produtividade e competitividade frente as constantes
mudancas do mercado brasileiro. Os desafios relacionados ao crescimento das industrias
se tornam cada vez mais presentes no contexto da engenharia, uma vez que essa e a grande
responsavel pela melhoria de processos aliada a manufatura enxuta, que e definida como
uma filosofia de gestao ligada a otimizacao de processos e na reducao de desperdıcios que
sera definida apropriadamente no proximo capıtulo.
Dentro desse contexto de melhoria de processos, a automacao se encaixa de forma
a garantir que operacoes possam ser executadas de forma padronizada e rapida, fazendo
com que processos se tornem estaveis e confiaveis, sendo executados com qualidade e
garantindo reducoes significativas de custos. Levando em consideracao os pontos levan-
tados, serao utilizados conceitos de manufatura enxuta, com tecnicas de gestao aliadas
a maquinas que possibilitem um aumento de produtividade e melhoria de qualidade nos
processos produtivos.
Neste trabalho, sera apresentado um estudo de caso baseado na otimizacao de
dois postos de trabalho em uma industria de manufatura brasileira. Os postos a serem
estudados inicialmente sao operacoes feitas manualmente por operadores, e o objetivo
deste trabalho e otimizar dois postos de trabalho atraves da automatizacao.
No capıtulo 2 serao abordados os conceitos fundamentais de lean manufacturing
para a compreensao do estudo, como por exemplo: conceitos basicos do sistema Toyota
de producao, lean manufacturing e automacao de processos industriais.
No capıtulo 3 sera abordado o estudo de caso, em si, realizando analises de pro-
cessos.
No capıtulo 4 detalham-se as metodologias utilizadas para validar a solucao pro-
posta, como calculos e simulacoes.
No capıtulo 5 serao apresentados os resultados do estudo de caso.
12
2 CONCEITOS GERAIS
Este capıtulo tem como intuito explicitar os principais elementos conceituais que
relacionam o lean manufacturing e a automacao industrial, para que entao seja possıvel
entender, no contexto deste trabalho, como a implantacao de uma automacao foi realizada
com apoio de conceitos basicos de lean manufaturing.
2.1 Sistema Toyota de Producao
Emmeados dos anos 70, juntamente com a crise do petroleo, o mundo se encontrava
diante de uma recessao: empresas, governos e toda a sociedade sofriam com os impactos
dessa crise. Pode-se destacar o quanto a economia japonesa foi reduzida com essa recessao,
levando suas industrias a um grande desafio: como continuar produzindo com os mesmos
recursos e alcancando melhores resultados?
A crise do petroleo, no outono de 1973, seguida de recessao, afetou governos
empresas e sociedades no mundo inteiro. Em 1974, a economia japonesa havia
caıdo para um nıvel de crescimento zero e muitas empresas estavam com pro-
blemas. (...) Antes da crise do petroleo, (...) as pessoas demonstraram pouco
interesse pelo tema. Contudo, quando o rapido crescimento parou, tornou-se
obvio que uma empresa nao poderia ser lucrativa usando o sistema convencio-
nal de producao em massa americano que havia funcionado tao bem por tanto
tempo(OHNO, 1997).
O sistema de producao enxuta surgiu desta necessidade do setor automobilıstico ja-
pones inovar em seus metodos de producao, uma vez que, em comparacao com a industria
americana, que utilizava um sistema de producao em massa, seus produtos se tornaram
mais caros e menos competitivos. No que diz respeito a producao, em si, a Toyota so
havia fabricado no perıodo de 13 anoso o total de 2.685 automoveis, enquanto a fabrica
da Ford, nos Estados Unidos, produzia 7.000 unidades de automoveis por dia (DENNIS,
2008).
Os primeiros esforcos de Ford na montagem de seus carros, comecando em
1903, compreendiam a implementacao de plataformas de montagem, sobre as
quais um carro inteiro era construıdo, geralmente por um so ajustador. Em
1908, as vesperas do lancamento do Modelo T, o ciclo de tarefas medio de
um montador da Ford - tempo trabalhado antes que as mesmas operacoes
fossem novamente repetidas - totalizava 514 minutos, ou 8,56 horas. Cada
trabalhador montava grande parte de um carro, antes de prosseguir com o
13
proximo. (...) O primeiro passo dado por Ford para tornar esse processo mais
eficiente consistiu em levar as pecas a cada estacao de trabalho, permitindo
aos montadores ficarem no mesmo local o dia todo (WOMACK; JONES, 2004,
p. 15).
Alem disso, devido ao cenario de crise na economia do Japao, tornava-se cada vez
mais urgente a busca por crescimento sustentavel da Toyota. Por esse motivo, a companhia
desenvolveu um novo sistema de gestao, pensado por Eiji Toyoda e Ohno, engenheiros-
chefe da fabrica japonesa, baseado em princıpios orientais que pregam simplicidade de
processos e fluxos produtivos: o sistema Toyota de producao [1] (DENNIS, 2008).
A aplicacao do novo sistema de producao da Toyota obteve um enorme sucesso
em suas praticas, mostrando resultados significativos na reducao de desperdıcios e na
melhoria da qualidade, focando na producao lean. No entanto, segundo Dennis (2008),
antes que o sucesso pudesse ser efetivo, a Toyota enfrentou algumas dificuldades, sendo:
• Mercado interno pequeno, com grande demanda de variedade de veıculos;
• Economia japonesa devastada pela Segunda Guerra Mundial; e
• Fabricas mundiais de automoveis ja estabelecidas.
2.2 Lean Manufacturing
O termo lean, propriamente dito, veio do termo em ingles para a palavra enxuto e
comecou a ser estudado na decada de 90, pelo MIT, em um projeto de pesquisa sobre a
industria automobilıstica mundial. Nessa pesquisa, a Toyota obteve um grande destaque
por ter desenvolvido um novo sistema de gestao que envolvia as mais diversas partes
dos negocios: manufatura, logıstica, desenvolvimento de produtos e relacionamento com
clientes. Na epoca do estudo, a Toyota nao era uma das maiores montadoras do setor,
mas, a partir da adocao destas praticas, o mercado automobilıstico foi dominado por muito
tempo pela Toyota, que, precisamente no ano de 2009, se tornou a maior montadora em
volume de vendas (LEAN INSTITUTE BRASIL apud SAIA, 2009).
De acordo com Rodrigues (2014), para que a companhia japonesa alcancasse a
excelencia em vendas de automoveis no mundo, foi preciso adotar, quatro princıpios (4
Ps): philosophy (filosofia), processos, parceiros e problemas. Mais tarde, Liker (2005)
descrevia a base do Sistema Toyota de producao em 14 outros princıpios basicos:
• Filosofia base para gestao e decisoes;
• Fluxo de processos contınuo, com explicitacao de problemas;
14
• Sistema puxado, que evita a superproducao;
• Nivelamento da carga de trabalho;
• Cultura da qualidade;
• Padronizacao para melhoria contınua e aprendizagem;
• Controle visual;
• Tecnologia alinhada aos processos e aos funcionarios;
• Desenvolvimento de lıderes;
• Desenvolvimento de pessoas;
• Cooperacao com parceiros e fornecedores;
• Vivencia de tarefas e problemas;
• Tomada de decisoes por consenso; e
• Busca pela aprendizagem para melhoria contınua.
A partir desses princıpios e com o sucesso que a Toyota foi desenvolvendo com seu
novo sistema de producao, muitas empresas comecaram a querer fazer uso do modelo lean
de producao, buscando melhor qualidade para o sistema, reduzindo desperdıcios, custo,
lead time e aumentando rentabilidade e eficacia no atendimento ao valor para o cliente
(RODRIGUES, 2014). Define-se lead time como sendo o intervalo de tempo necessario
entre o comeco de uma atividade produtiva ate o seu termino.
Neste contexto, e fundamental apresentar as diferencas entre um sistema conven-
cional de producao e um sistema lean de producao, a fim de explicar na pratica como os
dois ocorrem. Segundo Dennis (2008), o comparativo que se pode fazer entre os dois e o
seguinte:
• Convencional: cumprir os numeros; produzir o quanto puder, o mais rapido possıvel;
produzir em grandes quantidades e vender lentamente; e seguir padroes; e
• Lean: conhecer a producao para que nunca se tenha perda de produtividade; produ-
zir apenas o que o cliente pediu; produzir objetos em poucas quantidades e vender
rapidamente; e seguir padroes visuais simples
Foi sob este cenario que Womack e Jones (2004) realizaram um comparativo entre
a General Motors, cujo sistema de producao era convencional, e a Toyota, cujo sistema de
15
producao era o lean. Como resultado, os autores obtiveram que a Toyota era quase duas
vezes mais produtiva, tres vezes mais precisa e 40% mais eficiente. Com isso, a Figura 1
a seguir mostra como o sistema lean manufacturing funciona:
Figura 1: Sistema Lean Manufacturing
2.3 Os cinco princıpios do lean thinking
Atraves do sistema lean de producao, tem-se a origem do pensamento enxuto,
denominado lean thinking. Womack e Jones (2003), a fim de introduzirem o pensamento
enxuto, relevam o significado da palavra muda, que e tudo aquilo que nao e convertido
em valor, ou seja, tudo o que o cliente nao esta disposto a pagar.
De forma especıfica, muda significa desperdıcio e diz respeito a erros que requerem
retificacao, producao de itens que ninguem deseja, processos que nao sao precisamente ne-
cessarios, deslocamento de funcionarios sem proposito, entre outros (WOMACK; JONES,
2003). E exatamente neste contexto, no entanto, que o lean thinking ganha forcas, ja que
tem caminhos para transformar muda em valor, a partir de cinco princıpios (WOMACK;
JONES, 2003):
• Especificacao de Valor;
• Cadeia de Valor;
16
• Fluxo da Cadeia de Valor;
• Producao Puxada; e
• Busca da Perfeicao.
Segundo Rodrigues (2014), a especificacao de valor e o princıpio mais importante
do lean thinking e e ele que norteia todos os outros. Para o autor, o valor e definido pelo
cliente, de acordo com suas necessidades, expectativas e desejos, e criado pela organizacao.
Neste ponto, o pensamento enxuto deve comecar com uma tentativa consciente de definir
precisamente o valor em termos de produtos especıficos, com capacidades especıficas,
oferecidas a precos especıficos, atraves de conversas com clientes especıficos (WOMACK;
JONES, 2003).
O segundo princıpio, a cadeia de valor, e composto, conforme Rodrigues (2014),
por todas as acoes necessarias ao atendimento de valor do cliente, ou seja, e formado por
todas as organizacoes que fazem parte desse processo, como fornecedores, distribuidores,
varejistas etc. Cada ator possui, ainda, sua cadeia interna de valor, com foco no cliente
imediato, para, no fim, atingir o valor do cliente final, como pode ser visto na Figura 2
abaixo:
Figura 2: Cadeia de Valor
Identificada a cadeia e valor, e possıvel definir o terceiro princıpio, pois o fluxo de
valor consiste em separar a cadeia produtiva em processos que geram valor; em processos
17
que nao geram valor, mas que sao importantes para a organizacao; e em processos que
nao geram valor, e que deverao ser eliminados (SAIA, 2009).
18
O fluxo deve ser sempre mapeado, ou seja, representado graficamente, expli-
citando todas as etapas do processo quanto as acoes, aos materiais utilizados,
as informacoes disponıveis e ao pessoal envolvido. O mapeamento do fluo
permite uma visualizacao completa de todo o processo, ajudando, de forma
simples e de baixo custo, a identificar desperdıcios, praticas nao convergentes
e juncoes entre etapas nao alinhadas (RODRIGUES, 2014, p. 14).
A producao puxada, por conseguinte, e o princıpio que define o inıcio da producao
do sistema lean, que so ocorre caso o cliente da etapa anterior, seja ele interno ou externo,
tenha solicitado a producao, ou seja, “puxado” o sistema (RODRIGUES, 2014). Para
Saia (2009), o consumidor, neste princıpio, passa a “puxar” o fluxo de valor, reduzindo a
necessidade de estoque.
Por ultimo, a partir do momento em que as organizacoes comecam a especificar
valor, identificar o fluxo de valor, fazer com que as etapas de criacao de valor fluam
continuamente e permitir que o cliente obtenha valor da empresa, surge o princıpio da
perfeicao, que so ocorre porque todos os outros princıpios funcionam em um cırculo virtu-
oso. Ao decorrer de cada etapa anterior, fica claro quais desperdıcios devem ser removidos
(WOMACK; JONES, 2003).
2.4 Conceito de Desperdıcios
Quando se trata de sistemas nos quais o lean manufacturing e implantado, um
dos maiores objetivos e a reducao de desperdıcios nos processos produtivos, como visto
anteriormente, alterando e aplicando mudancas em cada um desses processo. Para tal,
Shingo e Ohno, executivo e consultor da Toyota, criaram sete grupos de desperdıcios, que
sao (RODRIGUES, 2014):
• Espera: esse desperdıcio se caracteriza por paradas no processo que podem ser
causadas por esperas de material, de equipamentos ou de informacoes. Toda vez
que uma espera acontece no processo, o lead time de entrega do processo aumenta,
impactando diretamente na produtividade de uma organizacao;
• Defeitos: esse desperdıcio sempre acontece quando um produto fora da especificacao
e fabricado ou quando uma peca chega ao processo produtivo com algum defeito.
Sempre que acontece esse tipo de desperdıcio, produtos com defeito devem ser re-
trabalhados para que estejam dentro das especificacoes de qualidade;
• Transporte: esse desperdıcio aparece toda vez que transportes desnecessarios de
materia prima, ou ate mesmo de pessoas, acontece e impacta diretamente na com-
plexidade do processo e no lead time de entrega do produto;
19
• Estoque: esse desperdıcio ocorre devido a estocagem de produtos acima da quanti-
dade necessaria;
• Superproducao: esse desperdıcio esta relacionado ao excesso de producao, ou seja,
uma alta quantidade de produtos produzidos no tempo errado, gerando um estoque
adicional;
• Processamento: esse tipo de desperdıcio esta vinculado ao processamento de pro-
cedimentos e atividades desnecessarias, analisando e identificando o que esta sendo
utilizado e o que possui custos, mas nao oferece valor para a organizacao; e
• Movimentacao nas operacoes: esse desperdıcio diz respeito ao movimento interno
dos operadores em suas estacoes de trabalho para a realizacao de tarefas.
Para auxiliar na reducao de desperdıcios, faz-se interessante elaborar o referencial
teorico acerca do Programa 5S, que e mostrado com maiores detalhes na secao a seguir.
2.5 Programa 5S
Aliado ao lean manufacturing, torna-se relevante considerar a aplicacao do pro-
grama 5S, de modo a obter resultados significativos para a organizacao. Segundo Rodri-
gues (2014), o programa 5S, de origem japonesa, e considerado um programa simples e
de baixo custo; sua denominacao esta vinculada aos cinco sensos a seguir:
• Seiri : senso de utilizacao;
• Seiton: senso de organizacao;
• Seiso: senso de limpeza;
• Seiketsu: senso de padronizacao; e
• Shitsuke: senso de disciplina.
O primeiro S, segundo Seleme e Stadler (2012), diz que os funcionarios de uma
organizacao devem receber os conhecimentos necessarios para discernir o que e util ao
trabalho e o que nao e. Para os autores, moveis, ferramentas e utensılios podem ser
dispensaveis na execucao de uma atividade e, por isso, devem ser retirados do ambiente.
Esse tipo de senso ajuda a evitar ou reduzir o desperdıcio de processamento.
O senso de organizacao, por conseguinte, possui o objetivo de ordenar o material
necessario e util ao trabalho, buscando novas formas de armazena-lo e definindo, tambem,
novos fluxos para a producao (RODRIGUES, 2014). Seleme e Stadler (2012) acreditam
20
que esse senso fornece ao funcionario a capacidade de ter um pensamento ordenado e
estruturado, voltado para a pratica de suas atividades.
Quanto ao senso de limpeza, ou seiso, tem-se a finalidade de deixar o ambiente
ou o equipamento de trabalho sempre limpo para uso, pois a sujeira, conforme Seleme
e Stadler (2012), indica problemas, como e o caso de equipamentos que estando sujos
apresentam um mau funcionamento. Esse senso pode auxiliar na reducao do desperdıcio
de defeito, que ocorre quando algum produto defeituoso e fabricado.
No quarto S, Rodrigues (2014) afirma que seu objetivo e cumprir recomendacoes
tecnicas e manter boas condicoes de trabalho aos colaboradores, sempre tornando os sensos
anteriores ainda melhores em sua execucao (SELEME; STADLER, 2012). A ideia desse
senso e padronizar as atividades para que elas sejam sempre bem cumpridas.
Por ultimo, o senso da disciplina, ou shitsuke, faz com que os trabalhadores trans-
firam para si o posicionamento no trabalho, que mantem seu comportamento favoravel
tanto dentro quanto fora da empresa, propiciando um ganho permanente para a orga-
nizacao (SELEME; STADLER, 2012).
A partir disso, pode-se considerar que o programa 5S consegue implementar uma
metodologia simples, mas que consegue buscar a melhoria nos processos de trabalho,
atraves de um ambiente organizado, limpo, adaptado as necessidades e gerenciavel. Dessa
forma, torna-se relevante apontar seus benefıcios para a organizacao (RODRIGUES,
2014):
• Aproveitamento de espacos;
• Otimizacao de material;
• Reducao de desperdıcios;
• Motivacao;
• Limpeza;
• Criacao de novos valores para a organizacao
Quanto a sua aplicacao, Rodrigues (2014) entende que o programa 5S segue as
seguintes etapas: implantacao, consolidacao e manutencao. De modo geral, para ter um
programa 5S implantado na empresa e necessario buscar comprometimento estrategico,
formando uma equipe que esteja apta a manter o programa, criando acoes de divulgacao
e motivacao (RODRIGUES, 2014).
21
2.6 Estabilidade de processos: Os 4 Ms
No que diz respeito a implantacao do lean manufacturing e a reducao de des-
perdıcios, pode-se considerar a estabilidade de processos, que e um conjunto de acoes
que pode eliminar obstaculos na producao, aumentando o desempenho do trabalhador e
cuidando para que ele receba os recursos necessarios para executar suas atividades (TRE-
VILLE; ANTONAKIS, 2005).
Para Liker e Meier (2007), a primeira etapa na criacao de um bom sistema enxuto
de producao e atingir um patamar basico de estabilidade de processos, com o objetivo de
desenvolver projetos estaveis que alcancem um nıvel sistematico de capacidade. Conforme
os autores, existem graus crescentes de estabilidade e o primeiro deles e relativo a producao
e a capacidade de adquirir resultados sistematicos em uma porcentagem mınima de tempo,
o que pode ser medido analisando a producao de uma mesma quantidade de produtos,
tempo e recurso, sob alto nıvel de confiabilidade.
O objetivo primario da fase de estabilidade e criar uma base para a coerencia
de modo que a realidade’ possa ser vista e as atividades aleatorias possam
ser eliminadas, assim estabelecendo-se os fundamentos para a verdadeira me-
lhoria. Isso inclui a reducao da variabilidade da taxa de demanda (anterior
ao estabelecimento do takt time, taxa de demanda do cliente) e a criacao de
nivelamento basico diario (LIKER; MEIER, 2007, p. 72).
No entanto, para conseguir uma estabilidade no processo produtivo, e necessario
uma estabilidade em quatro parametros (4 Ms): mao de obra (experiencia, treinamento e
interesse), maquinas (maquinas com manutencao e adaptacoes certas), material (material
certo e material sem defeito) e metodos (metodo certo e metodo bem definido) (CHENG;
PODOLSKY, 1993).
A estabilidade da mao de obra, segundo Smalley (2008), e alcancada quando a
forca de trabalho esta disponıvel e bem treinada. Para Liker e Meier (2007), uma selecao
e capaz de identificar as pessoas que mais se adaptam ao modelo Toyota de producao,
que, normalmente, devem possuir as seguintes caracterısticas: motivacao, participacao,
lideranca, iniciativa, adaptabilidade, identificacao de problemas, habilidade de solucionar
problemas e habilidade de comunicacao.
Feita a selecao, o treinamento dos colaboradores deve ser padrao, estimulando o
trabalhador a executar atividades parciais e gradativas ate que esteja convicto de que
pode realizar seu trabalho sozinho, sem o auxılio de um supervisor (LIKER; MEIER,
2007).
22
Com relacao a estabilidade das maquinas, o principal objetivo e obter maquinas
capazes e estaveis para executar uma boa producao. Para isso, Dennis (2008) entende
que e preciso um trabalho de manutencao, com inspecao, lubrificacao e ajustes de todo o
maquinario.
A estabilidade do material, por conseguinte, se nao alcancada, pode ser um fator
impeditivo para a producao, ja que a falta de um material interrompe as atividades de
trabalho (CHENG; PODOLSKY, 1993). O desperdıcio de defeito de um produto, por
exemplo, muitas vezes pode ser causado pela falta de algum material.
Por fim, Smalley (2008) compreende que para obter uma estabilidade do metodo
de producao e necessaria padroniza-la. Tendo um padrao como base, Liker e Meier (2007)
consideram que a organizacao ganha como benefıcios a estabilidade dos processos, o co-
nhecimento do status da producao, uma aprendizagem organizacional, a realizacao de
auditorias, o envolvimento do funcionario do processo de trabalho e o treinamento de
funcionarios.
2.7 Balanceamento de linhas de producao
Antes que seja possıvel falar sobre o balanceamento de linhas de producao, e preciso
conceituar o termo takt time, que, basicamente, e a relacao entre os pedidos do cliente
e a atividade de producao, atraves do tempo disponıvel para desenvolver o produto e o
numero de pecas solicitado pelo cliente (MEYERS; STEWART, 2011). Dessa forma, o
takt time e demonstrado da seguinte maneira:
Takt T ime =Tempo disponıvel no Perıodo p
Quantidade solicitada no Perıodo p(1)
Tendo a relacao acima definida, passe-se, entao, para a conceituacao de linhas de
producao ou montagem. De acordo com Becker e Scholl (2006), uma linha de producao e
um conjunto produtivo que possui varios postos de trabalho no qual existe um sistema de
movimentacao; os produtos sao passados de posto a posto ate chegarem ao fim da linha
de producao.
De forma geral, uma linha de montagem pode ser composta de varios cen-
tros de trabalho (CT), que podem ser submontagens ou ate maquinas para
conformacoes especıficas, como, por exemplo, uma estacao de pintura ou uma
prensa, encarregados de montar ou fabricar partes do produto que abastecerao
a linha principal atraves de supermercados de componentes, colocados junto
a linha a ser estabelecida (TUBINO, 2009, p. 104).
23
Conforme Sarker e Pan (1998), para que uma linha de producao flua corretamente,
e necessario prestar atencao ao tempo de ciclo (perıodo entre a producao de duas pecas),
ao numero de postos de trabalho, ao balanceamento da linha e a ordem de producao dos
diversos modelos existentes (caso existam).
O numero de postos de trabalho, de acordo com Sarker e Pan (1998), pode ser
definido pelo quociente da soma de todos os tempos das operacoes individuais pelo takt
time, atraves da seguinte equacao:
Numero de postos de trabalho =Soma de todos os tempos das tarefas individuais
Takt T ime(2)
Como foco desta secao, o balanceamento da linha de producao se trata da alocacao
de tarefas em um posto de trabalho para que o tempo ocioso seja reduzido e todas as
restricoes de precedencias sejam atendidas (BECKER; SCHOLL, 2006). E com o balan-
ceamento, de acordo com Almeida (2015), que todos os recursos de uma producao sao
aproveitados de modo mais satisfatorio, com o menor custo, incorporando na organizacao
os seguintes benefıcios (MEYERS; STEWART, 2011):
• Equalizacao do trabalho por todos os operadores;
• Identificacao de pessoa ou departamento com maior tempo de processamento (bot-
tleneck);
• Estabilizacao da rapidez da linha de producao;
• Determinacao da quantidade de postos de trabalhos necessarios;
• Determinacao do custo de montagem e embalagem ao cliente;
• Estabilizacao da porcentagem de trabalho de cada funcionario; e
• Reducao de custos.
Com o balanceamento de processos pode-se atingir um nıvel de produtividade
otimizado, ja que a ideia de balancear operacoes e que nao haja espera, transporte des-
necessario ou ate mesmo superproducao em operacoes onde ha uma folga de tempo em
relacao ao takt time definido pela equacao 2. A aplicacao deste conceito sera utilizada
para estudar os processos de automatizacao de operacoes aplicados neste trabalho. Co-
nhecendo os benefıcios do balanceamento da linha de producao, assim como todas as
ferramentas necessarias para implantar da melhor forma possıvel o lean manufacturing,
passa-se, na proxima secao, a falar sobre a automacao industrial e suas caracterısticas.
24
2.8 Automacao industrial
A automacao de processos pode ser compreendida como um sistema, que substitua
o trabalho humano, atraves do uso de computadores ou nao, de forma a potencializar a
capacidade de trabalho (YAMAGUCHI, 2006). Em resumo, a automacao industrial tem
como objetivo reduzir a necessidade de intervencao humana em processos ou controle de
maquinas, seja utilizando sistemas de controle, seja utilizando robos.
Automacao e a substituicao do trabalho humano por uma maquina. Au-
tomacao e a operacao de maquina ou de sistema automaticamente ou por con-
trole remoto, com a mınima interferencia do operador humano. Automacao e
o controle de processos automaticos. Automatico significa ter um mecanismo
de atuacao propria, que faca uma acao requerida em tempo determinado ou
em resposta a certas condicoes (RIBEIRO, 1999, p. 1).
Ambientes de trabalho nos quais o operador nao e mais um mero recurso de
producao, e sim um dos principais pilares do sistema produtivo, vem sendo implantados
com sucesso em industrias de diversos tipos (MONIZ; KOVACS, 1997). Como resultado,
tem-se o conceito de automacao balanceada, no qual, junto a um grande aumento de pro-
dutividade, tambem se observa uma carga de trabalho mais equilibrada aos empregados.
Com a utilizacao desse conceito no dia a dia produtivo, garante-se uma grande
integracao entre maquinas e operadores, maximizando a produtividade e criando sistemas
inteligentes de manufatura. A utilizacao de automacao na area produtiva contribui para
reducao de custos e melhoria de qualidade da producao (YAMAGUCHI, 2006). Nesse
contexto, a automacao surge como um conceito aliado ao lean manufacturing.
O inıcio da automacao industrial, segundo Moore (1986) deu-se a partir do controle
pneumatico de alguns processos e das medicoes oriundas deles, nos quais instrumentos
analogicos eram instalados em paineis de comando. Devido a grande evolucao e moder-
nizacao das tecnologias, varias dessas aplicacoes industriais avancaram muito no que diz
respeito ao controle e supervisao destes sistemas de automacao industrial (YAMAGUCHI,
2006).
Conforme Moore (1986), a digitalizacao de processos trouxe inumeros benefıcios
em relacao ao controle analogico empregado nos primordios da automacao. Dentre eles,
pode-se citar a flexibilidade no desempenho de operacoes, uma vez que, aplicando tecnicas
de controle aos processos, os mesmos podem ser ajustados, otimizando situacoes de acordo
com a demanda e realizando medicoes de parametros que sejam de interesse do ponto de
vista da otimizacao do processo. Alem disso, a aplicacao de sistemas digitais possibilita
mudancas mais rapidas e com menor custo se comparadas aos sistemas analogicos que
requerem mudancas fısicas.
25
Entretanto, com a automacao tambem houve a substituicao da mao-de-obra por
sistemas automaticos, o que gerou desemprego e mudancas em estruturas economicas, o
que pode ser observado desde que os primeiros sistemas pneumaticos foram instalados em
industrias. Hoje, o nıvel de automatizacao em grandes industrias se caracteriza por uma
baixa intervencao humana no espaco fabril (YAMAGUCHI, 2006).
Muitas pessoas pensam e temem que a automacao significa perda de emprego,
quando pode ocorrer o contrario. De fato, falta de automacao coloca muita
gente para trabalhar. Porem, estas empresas nao podem competir economi-
camente com outras por causa de sua baixa produtividade devida a falta de
automacao e por isso elas sao forcadas a demitir gente ou mesmo encerrar
suas atividades. Assim, automacao pode significar ganho e estabilidade de
emprego, por causa do aumento da produtividade, eficiencia e economia (RI-
BEIRO, 1999, p. 2.1).
Mas, com isso, como e possıvel relacionar mao-de-obra humana em ambientes que
ainda nao se encontram totalmente automatizados? Nos proximos capıtulos mostrar-se-a
como a automacao foi aliada a conceitos de lean manufacturing para automatizacao e
estabilizacao de um processo.
2.9 Piramide de automacao
A fim de facilitar a visualizacao da real necessidade de automacao em seus dife-
rentes nıveis para tomadas de decisoes, a Figura 4 abaixo mostra como cada segmento de
uma piramide de automacao se relaciona, levando em consideracao o fluxo de informacao
e de controle.
26
Figura 3: Piramide de automacao detalhada
E interessante notar o quanto essa piramide de automacao relaciona diversas areas
de uma organizacao, desde comandos e maquinas ate a base gerencial. Pode-se notar que,
por um lado, como a cada nıvel a piramide aumenta, o fluxo de informacoes tambem tende
a aumentar e, por outro lado, o fluxo de controle tende a aumentar quanto mais baixo e
o nıvel da piramide de automacao. Em suma, a piramide de automacao visa ilustrar de
forma hierarquica cinco nıveis de controle e de trabalho, bem como o fluxo de informacoes
e de controle em cada um destes nıveis.
De acordo com Santos (2012), o primeiro nıvel - a base da piramide - diz respeito a
aquisicao de dados e controle manual, sendo composto pelos dispositivos de campo, sen-
sores e atuadores. Conforme Silva (2017), esse e o nıvel com menor inteligencia envolvida.
O segundo nıvel, por conseguinte, contempla os equipamentos responsaveis por
realizar o controle automatico das atividades da planta (SILVA, 2017). E nessa etapa
que estao presentes o Controlador Logico Programavel (CLP), o Sistema Digital de Con-
trole Distribuıdo (SDCD) e reles (chaves eletromecanicas) (SANTOS, 2012), que serao
explicados na proxima secao deste trabalho.
Conforme Silva (2017), o nıvel 3 esta relacionado a supervisao e otimizacao do
processo produtivo e pode obter informacoes do banco de dados da organizacao. Segundo
27
a autora, e possıvel encontrar nesse nıvel o uso da comunicacao OPC, importante na
comunicacao dos sistemas.
Os nıveis 4 e 5, por fim, estao atrelados ao gerenciamento da planta e corporativo,
respectivamente. Para Santos (2012), gerenciar a planta e ter o controle da fabricacao e
da logıstica de suprimimentos, enquanto que ter um gerenciamento corporativo esta mais
relacionado a planejamento estrategico da organizacao.
2.10 Tecnologias para controle da Automacao Industrial
Como visto na secao anterior, a automacao industrial tem se munido de algumas
tecnologias que auxiliam em sua implantacao e controle, como e o caso do Controlador
Logico Programavel (CLP), o Sistema Digital de Controle Distribuıdo (SDCD) e os reles.
De carater mais simples, o rele e uma chave que liga e desliga um circuito eletrico
e sua diferenca para uma chave convencional esta no fato de ele ser acionado eletronica-
mente, sem a necessidade da intervencao humana (RIBEIRO, 1999).
Ja o CLP e, de acordo com Ribeiro (1999), um equipamento eletronico e digital que
e capaz de controlar o processo de uma maquina e, ainda, ser programado e reprogramado,
com memoria para guardar os programas. Na concepcao de CLP, Franchi e Camargo
(2008) vao alem e o definem como sendo um computador projetado para o ambiente
industrial.
Os primeiros CLPs lancados eram equipamentos grandes e relativamente ca-
ros, considerados competitivos somente para aplicacoes que contivessem pelo
menos 150 reles. Atualmente, com melhorias de projeto e uso cada vez maior
de circuitos integrados, pode-se utilizar facilmente um CLP para circuitos
equivalentes a 15 reles (FRANCHI; CAMARGO, 2008).
Na visao de Groover (2011), muitos equipamentos antigos estao sendo substituıdos
pelos controladores inteligentes, ja que seu uso promove maior produtividade e confia-
bilidade. Em oposicao ao reles, por exemplo, Groover (2011) entende que existem as
seguintes vantagens:
• O processo de programar o CLP e mais facil comparado ao processo de cabear o
controle do rele;
• O CLP pode ser reprogramado enquanto o rele deve ser cabeado;
• O CLP ocupa menos espaco em comparacao ao painel do rele;
• A confiabilidade do CLP e maior;
28
• O CLP e mais facilmente conectado a sistemas de computador; e
• O CLP pode realizar uma variedade maior de funcoes.
Por fim, com uma inteligencia um pouco maior, o Sistema de Controle Digital
Distribuıdo (SDCD) utilizado na automacao industrial com a finalidade de aumentar a
produtividade, diminuir os custos operacionais, melhorar a qualidade do produtos e, ainda,
descentralizar o processamento de dados com a coordenacao simultanea das tarefas atraves
de vario agentes (SANTOS, 2013).
2.11 Gestao da Qualidade: o PDCA
O ciclo PDCA e uma das ferramentas mais utilizadas na gestao da qualidade, ou
controle da qualidade total (TQC), e na melhoria contınua em diversas empresas, pois e
uma metodologia que permite realizar checagens durante o projeto e garantir que possıveis
erros possam ser corrigidos ao longo do desenvolvimento. A sigla PDCA, de acordo com
Tubino (2009), significa: Plan, Do, Check e Act. Como se pode observar na figura 4,
o ciclo PDCA representa uma ferramenta utilizada na melhoria contınua, ja que este
procedimento permite avaliar e melhorar os resultados cada vez que e aplicado.
Figura 4: Ciclo PDCA utilizado durante o desenvolvimento
29
Na primeira etapa desse ciclo, realiza-se o planejamento das atividades, com o
qual e possıvel estudar situacoes e propor solucoes que se encaixem melhor a resolucao
dos problemas; alem disso, e nessa etapa que sao estabelecidos os objetivos a serem
alcancados com o processo. Aqui, algumas perguntas podem ser realizadas para se obter
um bom planejamento (SILVEIRA, 2013):
• Quais os problemas?;
• Quais processos estao relacionados ao problema?;
• Quais dados sobre o problema estao disponıveis?;
• Quais sao as ferramentas de controle?;
• Qual o padrao estabelecido e qual sera o novo?;
• Quais os objetivos e metas?;
• Qual metodo permitira o alcance das metas?;
• Em quanto tempo a meta sera alcancada?; e
• Quais cursos e treinamentos serao necessarios?
Na segunda etapa, executam-se as atividades da forma planejada; aqui, tem-se
o treinamento de funcionarios e a coleta de dados. Ja na terceira etapa, e realizada
a avaliacao das tarefas executadas e, principalmente, a eficacia das solucoes propostas
dos problemas identificados. Na ultima etapa, realizam-se atividades complementares
para que o objetivo principal definido na primeira etapa seja resolvido; caso a solucao
ainda nao seja totalmente satisfatoria, ainda, pode-se recomecar o ciclo, propondo novas
solucoes e estudando novas variaveis do processo para que o objetivo inicial seja atingido
(TUBINO, 2009).
Em decorrencia do metodo de gerenciamento proposto pelo ciclo PDCA, cada
vez que um problema e identificado e solucionado, o sistema produtivo passa
para um patamar superior de qualidade; dessa forma busca-se trabalhar den-
tro da otica do melhoramento contınuo, em que problemas sao vistos como
oportunidades para melhorar o processo (TUBINO, 2009, p. 167).
Tendo elaborado toda a fundamentacao teorica ate aqui, e possıvel elaborar as con-
sideracoes a respeito da metologia utilizada para este trabalho, assim como seus resultados
encontrados e conclusoes. Esse conteudo pode ser encontrado no capıtulo a seguir.
30
3 METODOLOGIA
Apos uma fundamentacao teorica em lean manufacturing e automacao industrial,
neste trabalho sera apresentado um estudo e desenvolvimento de uma automacao em uma
industria do segmento de linha branca, que contempla a producao de eletrodomesticos
nao-portateis, como geladeira, fogao, entre outros. As etapas criadas para essa aplicacao
serao determinadas e devidamente explicadas nas proximas secoes.
3.1 Metodo de Pesquisa
A escolha do metodo de trabalho foi baseada em observacao e entendimento do
processo em um primeiro momento, para, com isso, desenvolver solucoes que atendes-
sem a automatizacao, mas que tambem garantissem que ele se tornaria estavel apos a
implementacao do sistema.
Neste trabalho foi utilizado o metodo exploratorio, analisando implantacoes pas-
sadas e buscando relacoes de causa e efeito, para, posteriormente, aplicar a automacao.
Esse metodo foi escolhido porque busca um embasamento teorico de outros projetos seme-
lhantes na area, trazendo uma bagagem maior de conhecimento. Alem disso, utilizou-se
o ciclo PDCA para validacao das etapas.
Neste estudo de caso, foi possıvel implementar a automacao, desde a idealizacao
dos requisitos do projeto ate a estabilizacao do processo automatizado. Alem disso, um
dos objetivos desta pesquisa foi entender como a automacao se encaixa no contexto do lean
manufacturing, buscando ferramentas que possam ajudar na instalacao e na estabilizacao
de um processo de automatizacao.
O ciclo de pesquisa do tipo PDCA, ainda, nao encerra o projeto apos a imple-
mentacao, uma vez que pequenos ajustes sempre devem ser realizados para que o processo
seja de melhoria contınua. Alem disso, como em toda automacao, foi necessario um tempo
para que o processo ficasse estavel e de acordo com as especificacoes desejadas.
3.2 Etapas do Projeto e Cronograma
Para determinar o cronograma do projeto, foram fatores decisivos a quantidade de
pessoas envolvidas no projeto, bem como suas responsabilidades, e o tempo disponıvel
para dedicacao a automatizacao. A partir da definicao do cronograma, entendeu-se que
o prazo para realizacao do projeto seria de seis meses, como pode ser visto na Figura 5 a
seguir:
31
Figura 5: Cronograma do projeto
Neste projeto foram envolvidas cinco pessoas, cada uma com responsabilidades
ligadas as suas areas de trabalho. Cada uma das pessoas envolvidas foram listadas e suas
responsabilidades enumeradas
• Lıder do projeto: responsavel por todo desenvolvimento do cronograma e gestao do
projeto.
• Comprador: responsavel por toda a negociacao com o fornecedor escolhido para
execucao do projeto.
• Estagiario 1: responsavel pelas simulacoes 3D dos processos;
• Estagiario 2: responsavel pelo acompanhamento da instalacao das automacoes e
adequacao eletrica da area; e
• Engenheiro de processos: responsavel pela adequacao tecnica das automacoes aos
padroes e normas tecnicas seguidos pela industria.
3.3 Estudo do Processo Atual
Este trabalho foi realizado em uma empresa do segmento de manufatura de linha
branca, na regiao de Sao Carlos. Essa empresa ainda se encontra em um nıvel baixo
de automacao em seus processos, buscando cada vez mais inseri-las para estabilizar seus
processos e reduzir gastos com sua producao.
32
Com o objetivo de entender a atual estrutura do processo de engraxamento do
motor do produto a ser fabricado que basicamente consiste na aplicacao da graxa ao
motor que sera posicionado no produto .Este sera um dos postos a ser automatizado,
e para tanto foram utilizadas algumas ferramentas baseadas nos conceitos de lean, ja
apresentados anteriormente, e que sem os quais uma automacao pode nao apresentar os
resultados satisfatorios em um cenario em que nem todas as operacoes sao automatizadas.
Para entender como o processo atual funciona, foram analisados os padroes de
trabalho do posto que seria automatizado, uma vez que, dessa forma, e possıvel analisar
informacoes que dizem respeito a sequencia da operacao quanto a fatores ligados a sua
qualidade.
O posto a ser otimizado tem uma sequencia de operacoes representada da seguinte
forma, como indica a Tabela 1:
Tabela 1: Descricao das operacoes
Numero da operacao Descricao da operacao Tempo1 Pegar tubo e engraxar 10 segundos2 Posicionar tubo nas guias da maquina 9 segundos3 Engraxar tubo e fixar na maquina 14 segundos4 Pegar e posicionar motor na maquina 12 segundos5 Fixar motor na maquina com parafusos 15 segundos
A operacao completa deste time conta com cinco pessoas, uma em cada etapa
descrita na Tabela 1 acima. Pode-se perceber que a operacao de fixacao do motor esta
apresentando um tempo muito proximo do takt time, que e de 18 segundos, e, com isso,
pode haver uma ruptura causada pela falha operacional ou podem acontecer lesoes no
operador, ja que a tarefa exige um esforco ergonomico grande. Como pode ser visto
na Figura 6 , essa operacao leva o operador a um esforco no pulso quando realiza o
posicionamento do motor, alem de desgaste devido a fixacao com a parafusadeira.
33
Figura 6: Operacao de posicionamento do motor
Ja na operacao referente ao engraxamento do tubo, pode-se notar uma folga em
relacao as demais operacoes, ja que o takt time e de 18 segundos e o tempo da operacao e
de 10 segundos. Quando operacoes deste tipo apresentam folga de tempo, o desperdıcio
gerado pela espera aparece, afetando, principalmente, a produtividade do operador e
comprometendo o lead time de entrega das operacoes.
Tendo posse destas informacoes, e possıvel analisar como cada operacao se encaixa
para a montagem do produto e em quais operacoes encontram-se folgas e quais operacoes
estao mal distribuıdas. Com isso, foi feita, inicialmente, uma simulacao 3D para entender a
distribuicao de operadores na linha, tendo em vista a analise do posto que seria otimizado,
o que e demonstrado na Figura 7.
34
Figura 7: Simulacao em 3D do processo atual
Com os resultados apresentados na simulacao do processo em 3D, foi possıvel
entender se a proposta da solucao de automatizacao atenderia aos requisitos de producao
e se atenderia a area destinada ao processo. Como pode-se ver na figura 9, o novo formato
do processo aqui estudado contaria com dois robos, um robo colaborativo e um robo seis
eixos.
35
3.4 Desenvolvimento da Solucao
A partir dos dados apresentados e dos estudos realizados no processo atual, foi
possıvel delinear uma solucao que contemplasse a automatizacao do processo de fixacao
do motor e do engraxamento do tubo, as operacoes que seriam automatizadas. Para a
fixacao do motor, foi escolhido um robo do tipo seis eixos, cujas especificacoes tecnicas
podem ser vistas na Tabela 2 abaixo, dado que o grau de liberdade e de movimentacao
desses traz mais versatilidade ao processo e atenderia as condicoes de fixacao do motor.
Tabela 2: Especificacoes Tecnicas do Robo de Seis Eixos
Caracterıstica KR 20 R1810Numero de Eixos 6
Numero de Eixos Controlados 6Volume da area de trabalho 23.3m2
Peso Aproximado 250kg
Carga Util Nominal 20kgClassificacao de Protecao IP65
Nıvel de Som 75dB
Fonte: KUKA Robter, 2015
Da tabela, podemos verificar as especificacoes tecnicas do robo. Os eixos sao seis,
pois sao os necessarios para a operacao de fixacao do motor descrita na tabela 1. Alem
disso, foi levado em consideracao a area de trabalho pois como o processo ainda contaria
com algumas operacoes manuais, a area de trabalho do robo seria um fator limitante para
o projeto. Com as especificacoes tecnicas do robo estudadas, foi possıvel chegar ao modelo
que atenderia as necessidades da operacao.
Dessa forma, pode-se verificar, tambem, as especificacoes dos eixos do robo na
Tabela 3:
Tabela 3: Especificacoes de eixo do Robo de Seis Eixos
Caracterıstica KR 20 R1810A1 ±185A2 ±185 ±65A3 ±138 ±175A4 ±350A5 ±130A6 ±350
Fonte: KUKA Robter, 2015
36
Com a especificacao dos eixos foi realizado um estudo das operacoes que seriam
suprimidas pela utilizacao deste robo, para que desta forma a movimentacao do robo fosse
coerente com a operacao automatizada.
Ja para o engraxamento do tubo, foi proposto um robo colaborativo, uma vez que
essa operacao, mesmo apos a automatizacao, seria precedida de processos com operadores
e, com isso, o enclausuramento iria tomar um espaco essencial aos processos. Portanto,
com os sistemas de seguranca presentes em robos colaborativos, ter-se-ia um ambiente
seguro para esta automatizacao. Alem disso, por questoes de monitoramento de potencia
e forca e das caracterısticas da operacao de engraxamento do tubo, esse robo atenderia
perfeitamente aos quesitos da operacao. Suas especificacoes tecnicas sao encontradas na
Tabela 4 e as de eixo na Tabela 5:
Tabela 4: Especificacoes Tecnicas do Robo Colaborativo
Caracterıstica KR 20 R1810Numero de Eixos 6
Numero de Eixos Controlados 3Volume da area de trabalho 15m2
Peso Aproximado 28,9kg
Carga Util Nominal 10kgClassificacao de Protecao IP54
Nıvel de Som 72dB
Fonte: Universal Robots, 2015
Tabela 5: Especificacoes de eixo do Robo Colaborativo
Caracterıstica KR 20 R1810A1 ±360A2 ±360 ±65A3 ±360 ±175A4 ±360A5 ±360A6 ±360
Fonte: Universal Robots, 2015
O robo colaborativo aqui proposto e do tipo seis eixos e com a caracterıstica de ser
leve quando comparado ao robo tradicional pesando aproximadamente 15 por cento do
peso de um robo tradicional. E alem disso, tem uma interface homem-maquina facil de
operar ja que conta com um visualizador de programacao que facilita o entendimento de
sua programacao, bem como a restauracao de backups quando necessario, como se pode
37
ver na Figura 8, o que o tornou ideal para um processo no qual a interferencia de pessoas
com o funcionamento da maquina e muito grande.
Figura 8: Robo colaborativo utilizado nas simulacoes
38
A partir disso, e importante considerar que, com as automatizacoes, duas maos-
de-obra seriam eliminadas do processo aqui analisado. Com isso, os riscos ergonomicos
do processo foram excluıdos, assim como o balanceamento de atividades foi normalizado.
Esses dois pontos sao essenciais para a viabilidade da automatizacao em uma industria.
Com essas alteracoes, o processo ficaria ilustrado pela Figura 9 a seguir:
Figura 9: Simulacao em 3D do processo apos a automatizacao
Resumindo, seriam suprimidos dois operadores das operacoes aqui descritas. Como
pode-se ver na comparacao da figura 10, a operacao se torna automatizada com a utilizacao
de dois robos: um colaborativo e um de seis eixos.
Figura 10: Comparacao entre a situacao atual da operacao e a proposta de
projeto
39
3.5 Estudo da Viabilidade Financeira
Com o modelo de automacao que atenderia as necessidades do processo, foi rea-
lizado um orcamento com quatro fornecedores, cada um deles oferecendo a automacao,
instalacao e integracao com os sistemas do robo. Com esse orcamento, foi feita uma
analise de precos para que a decisao sobre o fornecedor que melhor atenderia as neces-
sidades fosse tomada. Abaixo, na Tabela 5, tem-se todos os fornecedores de automacao
consultados e se eles atendiam aos aspectos de conhecimentos tecnicos, prazo de entrega
e precos, incluindo impostos e taxas vigentes no Brasil.
Tabela 6: Analise Financeira
Nome do Fornecedor Conhecimento Tecnico Prazo de Entrega PrecoFornecedor A - X XFornecedor B X X XFornecedor C - X -Fornecedor D X - X
Para a analise feita, foram consideradas tres principais taxas de impostos para
calculo final de valor: o PIS (Programa de integracao Social), que representou 16% do
preco final; o COFINS (Contribuicao para o Financiamento da Seguridade Social), que
incidiu sobre o preco da automacao em 7.65%; e o ICMS (Imposto sobre Circulacao de
Mercadoria de Servicos), que, por ser um imposto estadual, somente em dois fornecedores
este imposto foi considerado e incidiu em 8.8%.
Sobre o fornecedor, tres condicoes foram essenciais para a escolha: a primeira
dizia respeito ao conhecimento tecnico do fornecedor em automacoes deste tipo, para
que a instalacao fosse bem sucedida; a segunda ao prazo de entrega da automacao; e a
terceira ao preco de cada fornecedor, que foi comparado para calculo do retorno sobre o
investimento desta automatizacao (ROI).
A partir dos requisitos levados em consideracao, o fornecedor B atenderia as
condicoes do projeto de melhor forma, com um melhor prazo de entrega e um preco
condizente com a automacao.
A partir das simulacoes foi proposta a reducao de dois postos de trabalho, resul-
tando na otimizacao de dois operadores por turno de producao. Com isso, a partir do
valor total da automacao proposta pelo fornecedor B e comparando com o valor do salario
anual dos operadores que tiveram suas operacoes otimizadas pela implantacao dos dois
robos no processo. Na tabela a seguir podemos ver a comparacao dos custos aproximados
referentes a automacao e a otimizacao de operadores e com isso o retorno que este projeto
40
proporcionara a empresa.
Tabela 7: Comparacao de investimento e retorno
Descricao CustoOperador ( Custo anual) R$ 75.000,00Custo total automatizacao R$ 290.000,00
Comparando entao o custo de dois operadores por turno, o custo total dessa
operacao por ano sera de R$ 300.000,00. Comparando o custo anual destes operado-
res com o custo da automacao,que se encontra na tabela 6, o retorno sobre o investimento
(ou seja, o tempo que leva para que o investimento com a automacao se equipare ao gasto
com operadores) sera de aproximadamente 11 meses. Ou seja, em onze meses o custo
da automatizacao se iguala ao custo das despesas com operadores. Com este resultado,
torna-se mensuravel o quanto uma automacao e economicamente viavel em processos in-
dustriais. Neste caso, devido ao retorno em torno de 11 meses que pode ser considerado
um retorno financeiro rapido considerando as quantias investidas, a automacao se torna
viavel financeiramente.
Apos o estudo de viabilidade financeira, se torna possıvel a compra e a instalacao
da automacao no processo.
41
4 APRESENTACAO E ANALISE DOS RESULTA-
DOS
Os resultados obtidos com este trabalho serao apresentados em duas fases dife-
rentes, sendo a primeira relacionada a instalacao da automacao do processo e a segunda
relacionada a estabilizacao do processo apos a insercao da automacao.
4.1 Instalacao da Automacao do Processo
A partir de toda a analise realizada ate aqui para a implantacao deste projeto na
industria de linha branca da cidade de Sao Carlos, foi feita a compra e a instalacao do robo
de seis eixos que possibilitaria a automacao do processo. Com essa instalacao, o processo
de engraxamento teve seu balanceamento de operacoes alterado e, entao, representado da
seguinte forma:
Tabela 8: Descricao das operacoes atualizada
Numero da operacao Descricao da operacao Tempo1 Posicionar tubo na maquina 14 segundos2 Posicionar motor na maquina 10 segundos
Nota-se dessa tabela que, a partir da instalacao dos dois robos no processo como foi
proposto pela simulacao da figura 10, os operadores envolvidos nas operacoes remanescen-
tes se tornaram responsaveis pela movimentacao e posicionamento de material somente,
bem como balanceando o processo para o takt time de 18 segundos. Quando se compara a
tabela 1 com a tabela 7, que descreve o processo antes e depois da automatizacao dos pro-
cessos, pode-se perceber que a quantidade de operacoes foi de cinco operacoes para duas,
o que ficou de acordo com a simulacao proposta no estudo inicial do projeto. Alem disso,
em oportunidades futuras pode-se melhorar a movimentacao dos materiais utilizando-se
outras automacoes oportunamente nos dois processos mostrados na tabela 7.
Com ajuda do ciclo PDCA para melhoria contınua das solucoes propostas foi
possıvel realizar um ciclo de melhoria durante a instalacao do projeto. Antes da ins-
talacao foi detectada uma falha no software em ladder e com isso foi necessario planejar
uma solucao que tirasse essa falha atraves da programacao do software. Logo que a solucao
foi desenvolvida, foi necessario validar no processo, utilizando os robos para verificar a
assertividade da solucao. Com a solucao verificada e validada, os robos puderam ser entao
implementados.
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A partir da instalacao do robo, foi possıvel ajustar a operacao e verificar se, na
pratica, a automatizacao comportaria as operacoes definidas. Com a automacao e o
correto ajuste do robo, pode-se alcancar a eficiencia no processo e garantir a queda de
nao conformidades. A Figura 11 e 12, a seguir, mostram a instalacao do robo de seis eixos
e o robo colaborativo, respectivamente.
Figura 11: Robo seis eixos instalado no processo
43
Figura 12: Robo colaborativo instalado no processo
4.2 Estabilizacao do Processo
Apos a instalacao de uma automacao em um processo em que ainda ha contato de
pessoas com a montagem, a automacao precisa passar por um processo de estabilizacao.
Esse processo diz respeito ao nivelamento de todas as variacoes que podem ocorrer nos
tempos das operacoes.
Enquanto um robo tem seu ritmo de trabalho constante, uma pessoa possui va-
riacoes no seu ritmo de trabalho ao longo do dia, bem como variacoes ligadas a fadiga.
Alem disso, em uma automacao, existe uma queda no ritmo de trabalho no inıcio de seu
funcionamento ate a estabilizacao do processo; por esse motivo, a estabilidade do processo
e muito importante.
Neste estudo de caso, a estabilizacao da automacao foi feita com ajuda de todos
os operadores do time, analisando posto a posto os impactos da automacao. Com isso,
foi levantada uma lista de demandas com os operadores para que o processo se tornasse
estavel. A lista de demandas foi a seguinte:
• Treinamento sobre lean manufacturing ;
• Treinamento sobre programacao de CLPs para os operadores envolvidos no processo
de automatizacao; e
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• Palestra com os coordenadores para entendimento das diferencas entre processo
atual e processo futuro.
Com esses treinamentos, os operadores se tornaram mais pro-ativos em relacao
as mudancas que ocorreram no processo. Os impactos de uma automatizacao podem se
tornar negativos quando nao existe o suporte dos operadores envolvidos. O impacto pode
ser visto como obstaculo para o bom funcionamento dos processos, que antes funcionavam
sem dificuldade, se nao existirem medidas como as listadas anteriormente para que os
operadores se sintam envolvidos durante toda a automacao.
Neste processo de estabilizacao a utilizacao do conceito dos 4Ms foi essencial
Para a estabilidade do processo, utilizaram-se algumas ferramentas do lean manu-
facturing. A princıpio, analisaram-se alguns aspectos sugeridos pelos operadores de linha.
Foram os seguintes pontos:
• Adequacao as normas de seguranca interna da fabrica: pintura de faixas, identi-
ficacao visual de riscos e separacao homem-maquina;
• Ligacao dos CLPs (Controlador Logico Programavel) do robo a rede estabilizada
para evitar danos por picos de tensao;
• Treinamento basico dos operadores em CLPs;
• Melhoria nas ligacoes eletricas dos postos de trabalho ligados a esta automatizacao;
e
• Limpeza da area, deixando disponıvel e identificado somente o que for utilizado nas
operacoes diarias.
Com essas medidas, foi possıvel melhorar a estabilidade do processo,focando nos
quatro Ms apresentados no capıtulo 2, onde a mao-de-obra foi envolvida no projeto e rece-
beu treinamentos com foco na estabilizacao da automacao, alem disso as maquinas foram
devidamente ligadas na rede eletrica estabilizada da planta para evitar danos devidos a
picos de tensao, bem como os metodos referentes as operacoes remanescentes foram con-
solidados nestes treinamentos, e todos os aspectos abordados aqui foram extremamente
importantes para estabilizacao das operacoes e das automacoes. Para estabilizacao das
operacoes tambem foram propostas contra-medidas para que, quando ocorram falhas de
energia, por exemplo, a producao nao seja afetada. Com os operadores treinados, foi
possıvel diminuir paradas por falhas nos CLPs, quando ocorrem quedas de energia, pois
os CLPs nao mais dependiam de tecnicos especializados para reinicializacao. Alem disso,
com a adequacao as normas de seguranca, o trabalho dos operadores se tornou mais se-
guro e, com isso, eles podem trabalhar juntamente ao robo instalado. Na Figura 13 ,
45
pode-se ver como a area ficou apos a aplicacao das demandas referentes ao 5S e as normas
de seguranca.
Figura 13: Area organizada apos aplicacao do 5S
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5 CONCLUSOES E TRABALHOS FUTUROS
A partir do trabalho proposto e exposto nos capıtulos anteriores, tem-se que o
principal objetivo foi implantar o processo de automacao em uma industria de linha
branca, da cidade de Sao Carlos, interior de Sao Paulo, e adotar procedimentos de lean
manufacturing para estabilizar a automacao realizada.
Com isso, antes que as atividades metodologicas de aplicacao fossem feitas, acreditou-
se ser importante fundamentar este trabalho com referencias bibliograficas que pudessem
clarificar assuntos como: Sistema Toyota de Producao (secao 2.1), Producao Lean Manu-
facturing (secao 2.2), Princıpios do Lean Thinking (secao 2.3), Conceito de Desperdıcio
(secao 2.4), Programa 5S (secao 2.5), Estabilidade de Processos (secao 2.6), Balancea-
mento de linhas de producao (secao 2.7), Automacao Industrial (2.8), Piramide de Au-
tomacao (secao 2.9), Tecnologias para controle da Automacao Industrial (2.10) e Gestao
da Automacao Industrial (secao 2.11).
Apos conhecer alguns conceitos que envolvem o cenario em que a Automacao In-
dustrial se encontra, foi possıvel tracar as etapas de implantacao do projeto, assim como
o cronograma com todas as atividades a serem realizadas e seus respectivos perıodos de
acontecimento.
Atraves da observacao da producao da industria como um todo, entendeu-se que
o posto de trabalho que deveria ser automatizado era o de engraxamento do motor do
produto em fabricacao, gracas a dois processos, em particular, que necessitavam de uma
automacao: a operacao de posicionamento do motor, por conter um tempo de conclusao
muito proximo ao takt time de 18 segundos, o que pode fazer com que ocorra o desperdıcio
de defeito, ja que a operacao exige muito esforco do operador; e a operacao de engraxa-
mento do tubo, que possui uma folga muito grande para o takt time, o que possibilita a
ocorrencia do desperdıcio de espera.
A solucao para isso foi, entao, a adocao de um robo de seis eixos e de um robo
colaborativo que automatizasse os processos dessas operacoes, reduzindo ou excluindo
os desperdıcios. Apos uma analise financeira para escolha de um fornecedor, que teria
a responsabilidade de aplicar a automacao e integrar os sistemas do robo, e posterior
instalacao do processo, compreendeu-se que era necessario estabiliza-lo, atraves de treina-
mento sobre lean manufacturing, programacao de CLP e palestra para o entendimento de
processo atual e futuro. Com os treinamentos realizados, os operadores se tornaram mais
ativos em relacao as mudancas, o que pode ser considerado um impacto positivo da im-
plantacao. Alem dos treinamentos, julgou-se importante adequar a normas de seguranca
da fabrica, ligar os CLPs do robo a rede estabilizada da fabrica, a fim de evitar danos por
picos de tensao, melhorar as ligacoes eletricas e fazer uma limpeza na area, como sugere
47
o Programa 5S.
Contudo, entendeu-se que a automacao, assim como a sua estabilizacao, propiciou
a industria de manufatura escolhida para este projeto a reducao de falhas, seja com
operadores, controladores logicos ou queda de energia. Ainda, a adequacao das normas de
seguranca tornou o local de trabalho mais seguro. Pode-se, com isso, no futuro, encontrar
uma metodologia que seja ideal para empresas que utilizam o lean manufacturing em seus
sistemas de gestao.
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