MANUFATURA ENXUTA (LEAN) E SEIS SIGMA ALIADAS À

(1) 17º Congresso de Fundição - CONAF 2017 – 26 a 29 de setembro de 2017 – São Paulo-SP

(2) Consultor, Mestre em Eng. Materiais, Black Belt e MBA em Gestão de Inovação Tecnológica.

Empresa: G. Neves Consultoria e Treinamentos

MANUFATURA ENXUTA (LEAN) E SEIS SIGMA ALIADAS À INOVAÇÃO ABERTA EM FUNDIÇÕES: ESTUDO DE CASO

1

Gilson Neves da Silva

2

Resumo O uso correto das metodologias 6 Sigma e Manufatura Enxuta (Lean Manufacturing) ajuda a reduzir retrabalhos e refugos, aumentando a qualidade dos produtos e produtividade dos processos, analisando desvios, desperdícios e variações. As atividades de inovação estão passando, nos últimos anos, por mudanças na forma de como são gerenciadas. Os ciclos de vida mais curtos dos produtos, junto com os altos custos de pesquisa e riscos financeiros ao investir em inovação são alguns dos motivos, implicando na mudança de um modelo fechado e interno para uma forma mais aberta, onde organizações relacionam-se com o mercado durante todo o processo de inovação. O termo “Open Innovation”, cunhado por Chesbrough em 2003, se refere à forma como as empresas realizam suas atividades de inovação, não apenas gerenciando pesquisas e desenvolvimentos internos, mas também acessando e absorvendo ideias, ciências e outros tipos de conhecimentos externos à organização. Nesse artigo, serão mostradas aplicações dessas metodologias em fundições. Palavras-chave: Lean; Produção; Enxuta; Seis Sigma.

LEAN MANUFACTURING AND SIX SIGMA –ANALYSIS OF THE PARADIGMS, ADVANTAGES AND PROBLEMS1

Summary The simultaneous and proper use of the Six Sigma and Lean Manufacturing helps to reduce reworks and scraps within a foundry, increasing the quality of the products and productivity of the processes, analyzing deviations, wastes and variations. The innovation activities are going by changes in the way of managing. The shorter life cycles of the products, along with the high costs for researches and financial risks to investing in innovation are some of the reasons, implying in the change from a Closed model to an Open one, where organizations have relationships with the market during the whole process. The term “Open Innovation”, by Chesbrough in 2003, refers to the way how the companies do their innovation activities, not only managing researches and internal developments, but accessing and absorbing ideas, sciences and other types of external knowledge. In this report, it will be shown applications of these methodologies in foundries. Key-words: Lean; Production; Six; Sigma. 1 INTRODUÇÃO As metodologias Seis Sigma (SS) e Manufatura Enxuta (Lean Manufacturing LM) são idolatradas por uns e consideradas inatingíveis por outros. O foco e aplicação são diferentes e não há sentido em falar que uma é melhor que outra. Resultados obtidos, quando ambas são bem empregadas, melhoram os ganhos gerais e autoestima dos colaboradores, embora seja importante que haja perpetuação para não gerar desânimo ou descrença nos trabalhos realizados. MELHORIA é o impacto positivo, relevante e duradouro em indicadores de interesse da organização e não basta atingir apenas um desses pontos.




1.1 METODOLOGIA SEIS SIGMA Werkema(1) diz que Seis Sigma é uma filosofia de busca permanente da qualidade visando maximizar resultados de forma estável e duradoura, sendo uma extensão dos conceitos de Qualidade Total com foco na melhoria dos processos, que visa obter mais qualidade e ganhos drásticos de produtividade e redução de custos. O foco principal é atingir níveis mínimos de defeitos para as características críticas da qualidade (CTQ – Critical to Quality). A análise baseia-se no modelo DMAIC:

1- DEFINIR: o que deve ser feito? 2- MEDIR: como estamos atualmente? 3- ANALISAR: o que é importante (CTQ)? 4- IMPLEMENTAR: como melhorar? 5- CONTROLAR: como manter a melhoria? (KPI – Key Process Indicators)

Tabela 1: Fundamentos e ferramentas do Seis Sigma (SS)

ETAPA FUNDAMENTOS FERRAMENTAS

DEFINE (Definir)

Qual é a expectativa do cliente (CTQ)? Qual processo deve ser melhorado?

VOC, SIPOC, KPI, etc

MEASURE (Medir)

Qual é a fonte potencial de variação? Qual é a capacidade do processo?

Histograma, Pareto, MSA,, Ishikawa, Takt Time, etc

ANALYSE (Analisar)

Por quê, quando e onde defeitos ocorrem? Qual é a fonte potencial de variação?

FMEA, Pareto, Box Plot, ANOVA, Multi-Variância, etc

IMPROVE (Melhorar)

Como o processo pode ser melhorado? Como aumentar capacidade do processo?

Análise de Regressão, DOE, FMEA, etc

CONTROL (Controlar)

Como controlar as fontes de variação para manter o processo sob controle?

CEP, Plano de Controle, Gestão Visual, etc

Fonte: Werkema, C. A. A. Lean Seis Sigma. Referência 1.

A ênfase é a redução da variabilidade de produtos e processos e eliminação dos defeitos/retrabalhos ou erros resultantes dessa variabilidade. 1.2 METODOLOGIA MANUFATURA ENXUTA (“LEAN MANUFACTURING”) (2) Filosofia utilizada para remover todas as atividades que não agregam valor, ou seja, eliminar os desperdícios, onde temos ferramentas formando um sistema. Ela não pensa em altos investimentos; na verdade, a ideia é fazer as melhorias da forma mais econômica possível, maximizando o uso de recursos já disponíveis, pois aumentar a capacidade sem reduzir desperdício significa aumentar o desperdício. Não significa trabalhar mais, pois, reduzindo o desperdício, trabalha-se melhor. Não significa trabalhar com menos pessoas, mas sim otimizar seus recursos e pode acontecer de haver inclusive um aumento de colaboradores em alguns casos. Os princípios da Manufatura Enxuta (Lean Manufacturing) são:

a) Definir o que é VALOR: quem define valor é o CLIENTE; b) Identificar o FLUXO DE VALOR: separar a cadeia de processos em 3 tipos:

1- efetivamente agregam valor, 2- não agregam valor mas são necessários e 3- aqueles que não agregam valor, devendo ser eliminados;

c) Constituir um FLUXO CONTÍNUO: dar fluidez para os processos e atividades, reduzindo tempos de processamento e concepção de produtos, estoques, etc;

d) Estabelecer uma PRODUÇÃO PUXADA: permite inverter o fluxo produtivo, deixando de “empurrar” produtos para o cliente, eliminando estoques;

e) Atingir e perpetuar a PERFEIÇÃO: deve ser o objetivo do fluxo de valor. O TEMPO é a métrica primária, estando relacionada com velocidade e eficiência do fluxo total de valor: tempo TAKT (TT), tempo de ciclo (T/C), lead time (LT), etc. A base é a eliminação de desperdícios, reduzindo custos e aumentando lucros.




Os 7 desperdícios (MUDA) originais (Ohno) e o 8º considerado atualmente são: Quadro 1: tipos de desperdícios para o Sistema Lean Manufacturing (LM)

DESPERDÍCIO DESCRIÇÃO

Superprodução Produzir além da necessidade do cliente, sendo o pior de todos

Espera Espera por materiais, máquinas e processos anteriores aumentam lead time

Transporte Perda que pode até ser necessária, mas deve ser minimizada

Processamento Etapas desnecessárias ou incorretas que não tem relação com o cliente

Estoque Estoques maiores que o mínimo necessário, ocorrendo em etapas empurradas

Movimentação Movimentos desnecessários como buscas e relativos ao layout e ergonomia

Correção Retrabalho de produtos com má qualidade, desperdiçando tempo e energia

Intelectual Pessoas capacitadas que são mal aproveitadas, perdendo conhecimento e ideias Fonte: Lean Institute Brasil. Apostila: Estabilizando a Produção. Referência 2.

Para se melhorar o processo, é imprescindível se ter estabilidade do mesmo, isto é, previsibilidade, redução da variabilidade e disponibilidade em relação aos 4 M’s: material, método, mão de obra e máquina. Também temos várias ferramentas: MFV (Mapeamento de Fluxo de Valor), 5 S, Poka Yoke, Kaizen, JIT (Just in Time), TPM (Manutenção Produtiva Total), OEE (Eficácia Global do Equipamento), etc. 1.3 CONSIDERAÇÕES SOBRE INTERAÇÃO DAS DUAS METODOLOGIAS Tabela 2: sinergia e diferenças entre as metodologias LM e SS

ELEMENTO LEAN SEIS SIGMA

VISÃO Melhoria dos processos Melhoria da cadeia de valor

ABORDAGEM Redução dos defeitos, conceito de CTQ

Redução de desperdícios, com valor reconhecido pelo cliente

OBJETIVO Diminuir a variabilidade Diminuir o valor não agregado

INDICADORES Foco forte na eficácia com indicadores para atender o cliente

Foco forte em eficiência, indicadores mostrando atender a produtividade

ESTRUTURA DA EQUIPE

Estrutura composta por Belts de vários níveis e departamentos

Pequenos grupos, compostos por equipes da área

NATUREZA DO TRABALHO

Projetos observando impacto nos clientes interno e externo

Projetos definidos observando a cadeia de fluxo de valor

METODOLOGIA DMAIC e DMAV 5 princípios

ESTRATÉGIA DE IMPLEMENTAÇÃO

Implementar projetos estratégicos aos negócios da empresa

Implementar melhorias nos gargalos (conceitos kanban e kaizen)

COORDENAÇÃO Qualidade Produção

SUCESSO Empresas Norte-americanas Empresas Japonesas Fonte: Werkema. Lean Seis Sigma. Referência 1.

1.4 METODOLOGIA DE INOVAÇÃO ABERTA (“OPEN INNOVATION”) (3) A inovação é essencial para a competitividade e sobrevivência das empresas. As atividades de inovação estão passando, nos últimos anos, por mudanças na forma de como são gerenciadas. Os ciclos de vida mais curtos dos produtos, junto com os altos custos de pesquisa e riscos financeiros ao investir em inovação são alguns dos motivos, implicando na mudança para uma forma mais aberta.

Fonte: Dissertação. Thomas, E. – Referência 3.

Figura 1. Definições de inovação por diversos autores.




O termo “Open Innovation”, Chesbrough(4), é a forma como as empresas realizam as atividades de inovação, gerenciando pesquisas e desenvolvimentos internos e também acessando e absorvendo ideias, ciências e outros tipos de conhecimentos externos à organização. É um paradigma que assume que firmas podem usar ideias externas e internas de modo a avançar suas tecnologias, processos ou produtos. A Inovação Aberta se divide:(3): - Outside-in: aquisição de fontes externas de inovação perspectiva compradora; - Inside-out: comercialização de ideias ou processos de inovação e tecnologias que não foram incorporadas à estratégia da empresa– perspectiva “vendedora”. É importante porque raramente as empresas possuem todo o know-how da cadeia. Um modelo de Inovação Aberta bastante difundido é o Método do Funil (Gates) (4), onde há estágios de desenvolvimento e, entre eles, filtros para avaliar a viabilidade da continuidade ou não dos projetos.. As avaliações (Portões ou Gates) são um conjunto de critérios através dos quais os projetos devem ser analisados antes de passarem para o próximo estágio. Abaixo, tem-se o fluxograma.

Fonte: Dissertação. Thomas, E. – Referência 3. Fonte: Referência 5. ANEEL.

Figura 2. Fluxograma do Método do Funil para tomada de decisões. Figura 3. Método do Funil para o setor elétrico (Aneel).

Tabela 3: Fundamentos e ferramentas do Método do Funil para Inovação Aberta


DESCOBERTA Antes do projeto estar inserido na empresa Pesquisa, insight, etc

1º PORTÃO Análise preliminar por grupo multifuncional Brainstorming

ESTÁGIO 1: Avaliação Preliminar

Analisa a viabilidade técnica, mercados, etc, e constrói cenários de potencial

Pesquisas, patentes e contatos

2º PORTÃO Reavalia a ideia, agora projeto Brainstorming, avaliações, etc

ESTÁGIO 2: Definição

Projeto deve estar bem definido, incluindo pesquisa de mercado, recursos gerais, etc

Análise de viabilidade técnica e econômica do projeto

3º PORTÃO Avalia fortemente o aspecto financeiro por ser o último estágio antes do desenvolvimento

Cálculos financeiros

ESTÁGIO 3: Desenvolvimento

O produto é desenvolvido e testado Prototipagem rápida, modelos, etc

4º PORTÃO Revisão pós-desenvolvimento para avaliar qualidade e parte financeira

Várias

ESTÁGIO 4: Validação

Várias atividades, como testes de qualidade e performance do produto, eficiência, etc

Novos testes-piloto, prototipagem, etc

5º PORTÃO Decisão pré-comercialização Retorno de investimento

ESTÁGIO 5: Comercialização

Tem-se operações e lançamentos no mercado Marketing

Revisão Pós-implementação

O grupo envolvido no projeto é desfeito e o produto torna-se regular no portfólio

Fonte: Referência 5. ANEEL.




Se todas as fases são feitas internamente na empresa, tem-se a Inovação Fechada, com controle sobre todas as fases, funcionando como barreira à disseminação daquele conhecimento. A inovação tem que ser vista na empresa inovadora como algo estrutural e não apenas do setor de Pesquisa & Desenvolvimento. Isso é um paradigma forte e cruel. As principais diferenças entre Inovação Aberta e Fechada:(1)

- Aberta: propriedade intelectual permite diversos usos, origem do conhecimento é interna e externa, conhecimento de alta qualidade e distribuído, projetos que não se encaixam no modelo de negócios poderão ser vendidos ou surgir novos mercados; - Fechada: propriedade intelectual é um subproduto da inovação, o conhecimento é escasso, difícil de encontrar e perigoso de confiar, modelo de negócios limita desenvolvimento de projetos, mercados fora do escopo raramente aparecerão. Os principais parceiros na Inovação Aberta são: institutos de pesquisa, clientes, fornecedores, universidades, a própria matriz num conglomerado, consultores, etc. Trabalhos com concorrentes podem ser feitos quando problemas estão fora da área onde reside a vantagem competitiva. Alguns fatores favorecem a Inovação Aberta(1): - globalização, alta intensidade de tecnologia, gastos altos e ciclos de vida curtos, convergência de tecnologia, novos modelos de negócio, mudança de fronteiras. Temos no mundo vários exemplos de Inovação Aberta em fundições: - Na Alemanha, indústrias metalúrgicas com professores da RWTH em Aachen, fornecedores, clientes, no slogan “Progresso Mais Rápido com Inovação Aberta”; - Desde 2012: Magmasoft participa do cluster de Inovação Aberta num grupo de dez parceiros industriais e quatro institutos no projeto “Processos e Metais Avançados”; - Em 2013, o grupo Vesuvius desenvolveu prototipagem de insumos com clientes, centros de pesquisa e universidades, gerando 27 invenções e 150 novas aplicações de patentes, aumentando em 50% o mercado nos últimos quatro anos.; Fonte: Referência 6. Site da AMAP (Alemanha). Fonte:.Referência 7. Vesuvius..

Figura 4 Membros da Inovação Aberta da AMAP e produtos de alguns projetos. Figura 5. Desenvolvimento de novas luvas exotérmicas pela Vesuvius – Alemanha. Figura 6. Estudo de fluxo de metal líquido durante rinsagem pela Vesuvius – Alemanha.

- Na Itálica, o projeto de Engenharia de Powertrain da Fiat com várias fundições; - 2015: GE promoveu concurso de Inovação Aberta para fundições, chamado “Desafio de Manufatura para Fundidos de Aviação”. O trabalho ganhador reuniu empresas de fundição, engenharia e usinagem que conseguiram reduzir 50% do peso de um dos componentes por prototipagem rápida; O grupo de Inovação Aberta é composto geralmente pelas áreas técnicas, marketing e comercial da empresa e por profissionais externos a ela. Há políticas de apoio governamental para inovação tecnológica no Brasil, como FINEP, BNDES, FAPESP, FAPEMIG, etc, que apoiam projetos até a fundo perdido, mas são pouco explorados. Serão discutidos casos de Inovação Aberta, sendo dois deles com resultados tornados públicos e outro com resultados sendo mantidos dentro da empresa.




2 MATERIAL E MÉTODOS Aplicações da sinergia entre Manufatura Enxuta, Seis Sigma e Inovação Aberta serão apresentadas a partir de agora. 2.1- CASO 1: NOVAS LIGAS DE AÇO MANGANÊS HADFIELD(8) O projeto nasceu com a necessidade de desenvolvimento de ligas para Mineração. A ideia central foi em torno de performance e redução de custos de manutenção. Com a “Descoberta” da necessidade, juntou-se um grupo composto pela Vale, Universidade Federal de Ouro Preto, CBMM-Araxá, Cefet - Ouro Preto, Metso - Sorocaba que, na primeira avaliação (portão), optou pela continuidade da ideia. O estágio 1, Avaliação Preliminar, analisou que a produção do aço manganês com nióbio era viável tecnicamente e os mercados absorveriam os novos materiais que pretendiam substituir molibdênio por nióbio, dado o alto preço do primeiro, além de atributos de resistência ao desgaste e potencial detectado por pesquisas e contatos. O portão 2 reavaliou o projeto que seguiu para o segundo estágio, Definição, onde foram definidas as composições químicas e tratamentos térmicos, clientes parceiros e condições de manufatura, sendo produzidas duas ligas com vários ciclos térmicos. O portão 3 avaliou o aspecto financeiro, mostrando que havia uma boa redução no custo de metal e preço finais que valiam a pena na época. O projeto passou para o Desenvolvimento, terceiro estágio, onde as ligas foram fundidas em uma fundição em Minas Gerais e também no Senai-Itaúna. Os tratamentos térmicos foram feitos no Cefet-Ouro Preto e na Metso-Sorocaba. No portão 4, fez-se uma revisão pós-desenvolvimento, avaliando a qualidade, que mostrou problemas de dissolução dos carbonetos de nióbio, levando a novos ciclos de solubilização; a parte financeira confirmou a economia prevista no projeto. O quarto estágio, Validação, foi feito na Metso, em Sorocaba, unindo a Fundição com a Engenharia de Aplicação para testes laboratoriais em britador de mandíbulas, medindo indicadores de resistência, como Work Index, etc, e comprovando-se a performance adequada. Alguns ajustes de composição foram feitos nessa época. Fonte:. – Referência 9.

Figuras 7 e 8.. Britador em escala laboratorial (Metso) onde foram feitos testes preliminares. Figuras 9 e 10. Metalografias óticas de carbonetos de nióbio em composições diferentes. Fonte: Próprio autor. Referência 8.

No portão 5, decisão pré-comercialização, foram calculadas as projeções financeiras para os mercados que foram escolhidos como ideais para as primeiras vendas e o retorno do investimento, levando em conta o aumento do “market share” no Brasil com a redução do preço, dada a concorrência com fundições de menor custo. Os primeiros produtos desenvolvidos foram mandíbulas e martelos. No quinto estágio, Comercialização, as vendas foram implementadas especialmente em pedreiras da região de São Paulo por facilidade de medição do desgaste. Após revisão pós-implementação, as análises técnicas e comerciais foram refeitas.




2.2 DESENVOLVIMENTO DE PEÇAS PARA MERCADO DE ENERGIA EÓLICA A energia eólica está crescendo em todo o mundo como fonte de energia renovável. No Brasil, sua participação está crescendo ano a ano desde 2012. Diante dessa necessidade e mercado potencial surgido com ela, algumas fundições estudam esse assunto no Brasil. O autor participou de alguns projetos desses. Variando de empresa para empresa, um projeto com estrutura de Inovação Aberta possui fatores comuns para garantir o sucesso que serão vistos na sequência. No início (Descoberta), são grupos multifuncionais que, durante uma primeira avaliação (portão) avaliam se a ideia deve seguir, englobando áreas da empresa, como Engenharia, Comercial e Produção, além de consultores, universidades e clientes. Nas fundições, pode nascer de modo informal por meio de uma consulta. No estágio 1, Avaliação Preliminar, analisou-se que a produção das peças para o mercado eólico era viável tecnicamente e o mercado absorveria os produtos. Apesar de projetos para mercado eólico envolverem peças de todo tamanho e peso, o foco aqui será peças grandes, como cubo (hub) e placa de cama (bed plate). Nesse estágio, ferramentas do Seis Sigma, como FMEA (Failure Mode and Effect Analysis) e o Controle Estatístico de Processos (CEP), somadas a ferramentas da Manufatura Enxuta, como Mapeamento de Fluxo de Valor (MFV) e Gráfico de Balanceamento Operacional (GBO), ajudam na análise de riscos de entrada no negócio porque pode-se medir a capacidade da empresa de conseguir produzir. A seguir, um FMEA simplificado para hub em ferro fundido nodular GGG 40.3. Tabela 4: FMEA para avaliar riscos na fabricação de hubs (RPN = número de probabilidade de risco)

Etapa Entrada Tipo de falha potencial

Causa de falha potencial

Efeito da falha potencial

Controles atuais

S O D RPN

Instalação Equipamentos Falta de estrutura para produção

Estudo insuficiente

Falta de produtividade

Layouts e capacidades

8 1 2 16

Simular peça

Softwares Projeto inadequado

Falta de experiência

Refugo ou retrabalho

Simulações e testes-piloto

9 3 2 54

Fabricar molde

Sílica com resina fenólica

Resistência baixa Falha no sistema de regeneração

Inclusões e falha dimensional

Ensaios e controle do misturador

7 1 2 14

Fabricar macho

Coquilhas / resfriadores

Coquilhas úmidas ou muito usadas

Armazenagem inadequada

Fervura e porosidades

Área e instrução

9 1 2 18

Fundir metal

Ferroligas Adição de insumo diferente

Erro operacional

Dross Certificados e ensaios

9 1 2 18

Tratar metal

Liga Mg-TR e inoculante

Baixo rendimento Má qualidade Não atingir propriedade

Certificados e ensaios

9 1 3 27

Vazar Temperatura Temperatura baixa Panela fria Dross Medição 9 1 1 9

Resfriar no molde

Tempo de resfriamento

Desmoldar quente Falha no controle

Propriedade inadequada

Termopares 9 2 1 18

NDT Ensaios de US e PM

Aparelhos em más condições

Falta de manutenção

Resultados equivocados

Certificados e manutenção

8 2 2 32

Obs.: NDT = ensaios não destrutivos; US = ultrassom; PM = partícula magnética; Mg = magnésio; TR = terras raras

Fonte: informações aleatórias do próprio autor.com base em FMEA’s realizados para esse tipo de peça

No portão 2, o projeto foi reavaliado e seguiu para o segundo estágio, Definição, onde foram avaliadas práticas e projetos que eram referência no mundo, além de clientes iniciais nacionais e estrangeiros e condições de manufatura. O portão 3 avaliou o aspecto financeiro, mostrando que havia uma margem simulada que poderia dar um bom retorno. O projeto passou para o Desenvolvimento, 3º estágio, onde ligas foram fundidas com diversas composições para avaliar sanidade e propriedades mecânicas. Para isso, vários blocos com seções representativas foram vazados. No portão 4, fez-se uma revisão pós-desenvolvimento, avaliando a qualidade, que mostrou problemas de ultrassom e drosses, etc, levando a novas discussões. O quarto estágio, Validação, foi feito por alguns protótipos.




Nesse momento, com vários resultados internos e com referências externas, foram definidas as condições do ferro fundido nodular ferrítico GGG-40.3 que possui requisitos altos de resistência ao impacto, além de ensaios de tração e metalografia. Na confirmação desse conjunto de requisitos, usando conceitos de Seis Sigma, Manufatura Enxuta e Inovação Aberta, um grupo multidisciplinar interno e externo à empresa ajudou nas decisões com análises estatísticas, revisão dos FMEA’s, reuniões com especialistas de empresas fornecedoras de insumos como ligas nodularizantes e inoculantes, reuniões com clientes, design de experimentos, etc. Um exemplo do que foi feito é o Design de Experimentos (DOE), de Taguchi, que é uma técnica interessante onde conseguimos avaliar influência de vários parâmetros ao mesmo tempo, inclusive efeitos secundários e terciários, economizando tempo e dinheiro com redução de eventos que, nesse caso, podem ser corridas na Aciaria. Ele consegue medir quais variáveis geram maior influência no parâmetro avaliado e quais configurações de fatores irão gerar a melhor resposta. O número de variáveis a ser estudado poderá vir de um diagrama de Ishikawa. A teoria das ferramentas não é explorada nesse trabalho; de forma simplificada, pode-se mostrar a fórmula geral: E = nv , onde “E” é o número de eventos avaliados, “n” é o número de níveis e “v” é o número de variáveis. Normalmente adotam-se dois níveis, sendo um mínimo e outro máximo no caso de valores numéricos ou SIM e NÃO no caso de atributos. Exemplo: 23 = 8 significa que 3 variáveis com 2 níveis gerarão 8 ensaios se for rodado o Planejamento Fatorial Completo. Se não há preocupações com interações de maior ordem, o Planejamento Fatorial Fracionário fornece um meio de obter boas estimativas dos efeitos principais e talvez das interações de segunda ordem, mas com uma fração do esforço computacional requerido por um planejamento fatorial completo. Um projeto de experimentos fatoriais fracionados é do tipo 2 k− p. Pode-se rodar o DOE Fracionado com réplicas para ganhar robustez na análise. Há diferentes exemplos de montagem da tabela com os parâmetros. Abaixo, tem-se um modelo algorítmico simples onde (- 1) pode ser o valor mínimo ou um atributo SIM x NÃO e (+ 1) seria a outra opção (valor máximo ou SIM x NÃO). As interações são calculadas pela multiplicação dos sinais com o valor da Resposta. O efeito é dado pela diferença da média de valores positivos (+) e negativos (-). Tabela 5: DOE – montagem da tabela Tabela 6: DOE – cálculo dos efeitos

Fonte: referência 9.

No portão 5, decisão Pré-comercialização, foram calculadas as projeções financeiras e o market share pretendido para esse novo produto no portfólio da empresa e para quais clientes a produção em escala seria direcionada. O quinto estágio, Comercialização, implementou as vendas e lançou no mercado, especialmente com um dos maiores clientes do mercado. Após revisão pós-implementação, as análises técnicas e comerciais foram feitas.




3 RESULTADOS Fala-se em economia de milhões para projetos de Seis Sigma e relação de 4:1 para o Lean Manufacturing (R$ 4,00 ganhos para R$ 1,00 investido), mas pode variar. Na Inovação Aberta, os ganhos são conforme a amplitude de cada projeto e há ganhos intangíveis pela troca de experiência entre a empresa e os agentes externos. Na fundição, economizam-se investimentos pela melhoria da produtividade e qualidade do processo/produto e maior eficiência pelos conceitos inovadores.

3.1 NOVAS LIGAS DE AÇO HADFIELD COM NIÓBIO EM CAMPO A performance em escala industrial atendeu aos valores esperados de projeto com uma diferença de 3% na vida útil média, enquanto que as condições comerciais também foram respeitadas, gerando redução de custo nos produtos e melhores condições de competitividade com fundições menores. As ligas entraram no portfólio da Metso, o trabalho foi tema de Mestrado do autor, o projeto foi dado como terminado e o grupo desse desenvolvimento foi desfeito. Outras ligas à base de nióbio foram desenvolvidas depois com base nesse projeto, como aços baixa liga e ferro branco alto cromo, mas foram projetos internos na Metso conduzidos como Inovação Fechada devido a particularidades existentes. Lições aprendidas (lessons learned) e o networking tecnológico deram bons frutos. Em contato com o autor, outras pessoas usaram essa dissertação como apoio.

Fonte: catálogo Metso Fonte: catálogo Metso Figura 11. Produtos diversos em aço Hadfield Figura 12: solubilização de mandíbula

Usando o diagrama de Ishikawa, tem-se os 6 M’s: Material, Mão de Obra, Método, Meios de Controle, Meio Ambiente e Máquina. Usando os estudos de caso, aço Hadfield e fundidos para o mercado eólico, serão mostrados alguns exemplos de estabilização usando método DMAIC na inovação.

3.1.1 ESTABILIDADE DE MATERIA PRIMA NA MOLDAGEM Abaixo, foto e micrografias evidenciando altíssima segregação em aço manganês por exotermia acima do normal (fervura) em luvas de moldagem. Os compostos de cor cinza escura são regiões de segregação de carbono, cromo e manganês (matriz austenítica) e nota-se que há trincas apenas na região segregada. Fonte: próprio autor – artigo: Trincas em Peças Fundidas Causadas por Alta Exotermia de Luvas – ABIFA 2005. Figuras 13, 14 e 15. Segregação e trincas decorrentes dela. Micrografias eletrônicas (MEV) e peça, observando

que as trincas começam e terminam nas áreas segregadas; matriz limpa sem trincas..




Esse é o tipo de problema complexo que exige análises tipo DMAIC (Seis Sigma).

Tabela 7: DMAIC no caso de trincas em aço Hadfield - Seis Sigma (SS)


DEFINE (Definir)

Trincas em muitas peças KPI, brainstorming, CEP, SIPOC, VOC

MEASURE (Medir)

Custo Interno de Qualidade (CQI) aumentando Histograma, Pareto, Ishikawa, CEP

ANALYSE (Analisar)

Trincas típicas de segregação sempre em massalote num período definido para a alteração de comportamento. Análises internas e externas das trincas (microscopia, análises químicas, etc) e análises dos processos internos

microcópio ótico, MEV, FMEA, Tregot, MASP

IMPROVE (Melhorar)

Trocar lotes de luvas e testar luvas de outro fornecedor que mostrou que o comportamento inadequado estava limitado a determinado lote de um dos fornecedores

DOE, FMEA,

CONTROL (Controlar)

Análises periódicas das luvas e criação de especificação garantiram a perpetuação dos bons resultados

Plano de Controle, Gestão Visual, CEP,

Fonte: Próprio autor. Artigo apresentado na Abifa. Referência 10.

3.2 ESTABILIDADE DE MÉTODO DE VAZAMENTO PARA GGG 40.3 - EÓLICO Essa classe de ferro nodular ferrítico EN-GJS-400-18U-LT (GGG 40.3) exige resistência ao impacto de 7 joules no mínimo e 10 joules de média a (– 20ºC), ausência de drosses, metalografia com tipo de grafita e nodularidade especificados e áreas máximas de defeitos de ultrassom. Está se considerando aqui que o grupo da Inovação Aberta já definiu parâmetros que agora são “constantes” e ajudarão a congelar o processo (“frozen process”). Nesse exemplo, são considerados constantes e definidos os seguintes parâmetros: tipo de liga nodularizante FeSiMg, tipo e quantidade de liga na inoculação normal, composição química geral (carbono, fósforo, etc) e pré-condicionamento do metal. Serão considerados 4 parâmetros (temperatura de vazamento, percentual de silício, pós-inoculação e percentual de liga nodularizante) e 2 níveis nesse DOE. Será feito um DOE ½ fracionado no cálculo de corridas: - número de corridas = 2 (4− 1) = 23 = 8; se completo: 2 4 = 16. Os parâmetros apresentam os seguintes valores ou atributos: - Temperatura de vazamento: (-1) = 1.330ºC; (+1) = 1.360ºC; - Percentual de silício : (-1) = 1,7%; (+1) = 2,1% ; - Percentual de liga nodularizante : (-1) = 1%; (+1) = 1,5% ; - Pós-inoculação: (-1) = NÃO; (+1) = SIM. Substituindo o algoritmo (-1) e (+1) pelos parâmetros, vem: Figura 16: hubs. Próprio autor.

Tabela 8: DOE para avaliar propriedades mecânicas e sanidade de fundido para mercado eólico

Teste

PARÂMETROS RESPOSTAS

Temperatura de vazamento

% silício % liga FeSiMg

Pós-inoculação

Resistência ao impacto

Dross Metalografia no corpo de prova

Ultrassom

1 1.330 1,7 1 NÃO 11 SIM OK Reprovado

2 1.360 1,7 1 SIM 18 NÃO OK Aprovado

3 1.330 2,1 1 SIM 11 SIM Reprovada Reprovado

4 1.360 2,1 1 NÃO 10 SIM Reprovada Reprovado

5 1.330 1,7 1,5 SIM 16 SIM OK Reprovado

6 1.360 1,7 1,5 NÃO 13 NÃO OK Aprovado

7 1.330 2,1 1,5 NÃO 9 SIM Reprovada Reprovado

8 1.360 2,1 1,5 SIM 12 SIM Reprovada Reprovado

Fonte: informações do próprio autor.com base em DOE’s realizados para essa peça (valores médios). Observação: ultrassom reprovado significa remoção do defeito até o nível permitido. Metalografia inadequada pode significar necessidade de tratamento de ferritização.




Calculando os efeitos dos parâmetros sobre a resistência ao impacto: Tabela 9: DOE para avaliar propriedades mecânicas e sanidade de fundido para mercado eólico

Teste Temperatura de vazamento % silício % liga FeSiMg Pós-inoculação Resistência ao impacto

1 - 1 - 1 - 1 -1 11

2 +1 -1 -1 +1 18

3 -1 +1 -1 +1 11

4 +1 +1 -1 -1 10

5 -1 -1 +1 +1 16

6 +1 -1 +1 -1 13

7 -1 +1 +1 -1 9

8 +1 +1 +1 +1 12

∑ ” -1“ / 2 47/2 = 23,5 58/2 = 29 50/2 = 25 43/2 = 21,5 = soma dos negativos/2

∑ ”+1“ / 2 53/2 = 26,5 42/2 = 21 50/2 = 25 57/2 = 28,5 = soma dos positivos/2

EFEITO + 3,0 - 8,0 0,0 + 7,0 = diferença entre (+) – (-) Fonte: informações do próprio autor.com base em DOE’s realizados para essa peça. 4 DISCUSSÃO 4.1 NOVAS LIGAS DE AÇO HADFIELD COM NIÓBIO EM CAMPO Esse projeto feito com a rede de conhecimentos e estruturas diferentes mostrou que a sinergia bem aplicada pode gerar melhores resultados que feito de forma fechada. Descobertas adicionais que não estavam no contexto inicial do trabalho ajudaram a resolver outros problemas ou limitações tecnológicas. 4.1.1 ESTABILIDADE DE MATERIAL NA MOLDAGEM É fundamental na sinergia entre Manufatura Enxuta, Seis Sigma e Inovação Aberta que a estabilidade de processos e produtos seja buscada como base o tempo todo. Esse foi um evento que gerou muito prejuízo com refugos e retrabalhos. 4.2 ESTABILIDADE DE MÉTODO DE VAZAMENTO PARA GGG 40.3 - EÓLICO Quanto maior o valor da diferença, maior o efeito sobre a propriedade avaliada. A partir dos valores dos efeitos calculados, pode-se inferir que um aumento no valor da resistência ao impacto, que é o desejado, é provocado por:

- Diminuição no percentual de silício da liga (fator mais importante = - 8,0); - Realização da pós-inoculação (segundo mais importante = + 7,0); - Aumento na temperatura de vazamento (menos significativo = + 3,0).

Também mostra que, para a liga nodularizante Fe-Si-Mg escolhida, uma variação entre 1 e 1,5% não foi sensível para alterar essa propriedade mecânica. Nas figuras abaixo, pode-se ver que a análise feita possui fundamentos teóricos. Análises para drosses, metalografia e ultrassom são feitas para tomar decisões. Pode-se rodar um novo ensaio nas mesmas configurações (réplica) para confirmar. Figuras 17 e 18. Influência do silício e nodularidade no impacto do nodular GGG 40.3. Figura 19. Metalografia feita pelo autor mostrando metalografia adequada (forma, tipo e número). Fonte: Referência 11.




5 CONCLUSÃO A maioria das fundições no Brasil possui uma realidade de competitividade extrema de preços e custos e não possuem recursos para investir em inovações. A Manufatura Enxuta identifica etapas que não agregam valor e dá ferramentas para evidenciar problemas no fluxo (desperdícios), enquanto que a Seis Sigma melhora a capacidade de etapas que agregam valor, reduzindo variação na operação, melhorando a qualidade do valor adicionado através da redução da variabilidade. Eles melhoram velocidade, qualidade e custo simultaneamente, pois o primeiro deixa o processo mais rápido, enquanto o segundo reduz defeitos. Melhor produtividade e qualidade geram lucros. A Inovação Aberta pode usufruir dos benefícios das metodologias acima para que produtos e processos nascidos nesse modelo de inovação sejam mais robustos. A Inovação Aberta, que é tão difundida fora do Brasil, mas ainda incipiente aqui, gera contribuições muito importantes para os desenvolvimentos de empresas, instituições de pesquisa, universidades, etc, formando a cadeia forte de descobertas e disseminação de conhecimento, apresentando vantagens de ter pessoal externo com visão mais abrangente (“pensando fora da caixa”), quebrando paradigmas e trazendo conhecimentos pouco disponíveis para a empresa, enquanto que o pessoal da empresa contribui com a visão de restrições da produção, mercados mais interessantes e desafios que poderão inviabilizar projetos, podendo gerar resultados altamente recompensadores dos pontos de vista técnico e financeiro. Trabalhos realizados com Inovação Aberta mostram que essa metodologia pode gerar resultados mais rápidos e superiores do que com a Inovação Fechada. Fora isso, há o networking e a interação cultural, dinâmica, técnica, entre outros fatores extremamente positivos. Os grandes desafios são quebrar os paradigmas de compartilhamento de ideias e desenvolvimentos em conjunto com outros agentes. Deve-se cuidar para não exagerar e usar métodos complexos em casos simples, pois não se deve ser puramente estatístico e sim um analista bem crítico. Outro ponto importante é que projetos nascidos no modelo de Inovação Aberta não precisam necessariamente ser abertos ao público; essa é uma confusão que se faz.

REFERÊNCIAS

1 WERKEMA, M. C. C. Lean Seis Sigma. Nova Lima, MG. Werkema, Ed., 2004.

2 Lean Institute Brasil. Apostila de curso: Estabilizando a Produção. 2010.

3 THOMAS, E. A Inovação Aberta e a Fechada no Brasil. Unisinos. São Leopoldo. RS

4 CHESBROUGH, H. W. Open Innovation: researching a new paradigm. Oxford University Press. 2006.

5 ANEEL - AGÊNCIA NACIONAL DE ENERGIA ELÉTRICA (2008). Manual do Programa de Pesquisa e Desenvolvimento do Setor de Energia Elétrica. Brasília: ANEEL. 67p.

6 Advanced Materials and Processes. Site AMAP. 2015.

7 Vesuvius. Annual Report and Accounts 2013.

8 SILVA, G. N. Estudo da substituição do Molibdênio pelo Nióbio em Aços Austeníticos ao Manganês Hadfield. Universidade Federal de Ouro Preto, 2004.

9 RAMOS, A. W. Análise estatística da Qualidade. Universidade de São Paulo. 2007.

10 SILVA, G. N. In: Trincas em Peças Fundidas Causadas por Alta Exotermia de Luvas. ABIFA 2005.

11 ELKEM. Catálogo de produtos. 2009.

MANUFATURA ENXUTA (LEAN) E SEIS SIGMA ALIADAS À

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