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CURSO EM TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
GUILHERME WATANABE YOSHIOKA
PAULO LEANDRO CRUZ
GARÇA 2012
Aprimoramento de processo de Produção
CURSO EM TECNOLOGIA EM MECATRÔNICA INDUSTRIAL
GUILHERME WATANABE YOSHIOKA
PAULO LEANDRO CRUZ
GARÇA 2012
Aprimoramento de processo de Produção
Artigo Científico apresentado a Faculdade de Tecnologia de Garça – FATEC, como requisito para a conclusão do Curso de Tecnologia em Mecatrônica Industrial, examinado pela seguinte comissão de professores:
Data de aprovação: _ /_/_
______________________________
Prof. Yuji Yamamoto
FATEC Garça
____________________________
Prof. Dr. Dani Marcelo Nonato Marques
FATEC Garça
____________________________
Prof. Ms. Gustavo Adolfo Mesquita Serva Coraini
FATEC Garça
POSICIONADOR DE ROLAMENTOS
Guilherme Watanabe Yoshioka [email protected]
Paulo Leandro Cruz [email protected]
Tecnologia em Mecatrônica Industrial – Faculdade de Tecnologia de Garça (FATEC - Garça) Caixa postal – 17.400-000 – Garça/SP
ABSTRACT
This work aims; develop within the technical specifications and standards, a machine that will position axle bearings on pre-determined locations automatically. With this there will be a gain agility and precision in production, to reduce waste costs. Thereby showing the effectiveness and benefits of an automated process. Keywords: Technical Specifications. Procces automated. RESUMO Este trabalho visa desenvolver dentro das especificações técnicas e normas, uma máquina que posicionará rolamentos em um eixo em locais pré-determinados automaticamente. Com isso haverá um ganho de agilidade e precisão na produção, visando reduzir despesas com desperdícios. Mostrando assim a eficácia e benefícios de um processo automatizado. Palavras-chave: Especificações Técnicas. Processo automatizado.
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1. INTRODUÇÃO
Ao iniciar este projeto tem-se como finalidade aumentar a produtividade de
processo de fabricação, aumentando a sua precisão, e assim, evitando falhas e
desperdício de matéria prima, reduzindo custo e melhorando a qualidade do produto.
Para Campos (1992, p.3) quando uma empresa não está completamente
padronizada é conduzida a implantar esse processo para evitar problemas ocasionados
pela falta da unificação de procedimentos. As empresas buscam cada vez mais
padronizar seus produtos com especificações e controle preciso dos processos,
diminuindo o desperdício de matéria prima e o tempo de produção, o que proporciona o
aumento do seu lucro, tornando assim uma empresa competitiva, para o mercado atual.
O projeto tem a meta de aperfeiçoar o processo de fabricação, pois o processo
antigo possui baixa produtividade, que pode ser aprimorado com a automação. Criar
uma maquina automatizada, com interface homem-maquina e controlada através de um
CLP (Controlador Lógico Programável) que fará o controle do processo de produção
através de um software. Melhorando o e evitando possíveis erros e riscos.
2. METODOLOGIA DA PESQUISA
O Método e as metodologias de análise de conteúdo a ser apresentada vão
viabilizar a construção do trabalho de pesquisa de acordo com a proposta.
A pesquisa está focada na área de engenharia de projeto, visando aumentar a
produtividade, diminuir o tempo e os custos do processo, aumentando a qualidade do
processo e produto. Na elaboração deste estudo foram utilizados dados secundários
através de um levantamento na empresa e de consultas bibliográficas em leituras
relacionadas ao assunto em questão.
Comparativo dos dados a serem coletados durante a fabricação e a etapa de
campo será pela modalidade de pesquisa qualitativa, quantitativa.
Onde os dados inicialmente serão avaliados as condições atuais do processo,
munidos destes dados passaremos a pesquisa bibliográfica, consultando as publicações
sobre o assunto e principalmente verificando as melhorias de uma linha de produção a
serem aplicadas e quais as melhores soluções para obter um resultado satisfatório
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3. ENGENHARIA DE PROJETO E PRODUTO
De acordo com o (PMBOK 2008) um projeto é um esforço temporário
empreendido para criar um produto, serviço ou resultado exclusivo. A sua natureza
temporário indica um inicio e um termino definidos. O termino é alcançado quando os
objetivos tiverem sido atingidos ou quando se concluir que esses objetivos não serão ou
não poderão ser atingidos e o projeto for encerrado, ou quando o mesmo não for mais
necessário. Desenvolver um projeto a fim de implementar um sistema de automação
industrial em um processo de montagem de rolamentos em eixos. As pesquisas tem foco
em um projeto com menor custo, consumo de matéria-prima, padronizando o processo,
aumentando sua eficiência. Ele será controlado através de um CLP para que possa
executar suas funções autonomamente, sem precisar diretamente de algum colaborador
operando a máquina.
Inicia-se o projeto com a necessidade de buscar os requisitos do cliente e quais
as características que ele gostariam de encontrar na maquina. Por isso deve-se realizar
uma pesquisa com o cliente alvo, a fim de saber quais são as suas exigências.
Após a pesquisa obtivemos os seguintes requisitos:
Aumento na produção.
Redução de colaboradores por máquina.
Fácil operação.
Esteja com níveis de proteção de acordo com as normas regulamentadoras.
Utilizando os requisitos do cliente como base do novo projeto e as ferramentas
para o desenvolvimento de produto com os métodos, Quality Function Deployment e
Matriz de Pugh, serão usados para atender todos os requisitos da empresa foco.
Como se vê na figura 1, a antiga máquina não tem qualquer proteção para os
colaboradores que operam a maquina, podendo provocar alguma lesão corporal ou
perturbação funcional que cause a morte ou a perda ou redução, permanente ou
temporária, da capacidade para o trabalho. Segundo Vieira (2004) a sobrevivência
humana depende a milhares de anos da padronização. Originalmente, não era necessário
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registrar os processos padronizados, pois as pessoas aprendiam observando e gravando
na memória. Hoje os procedimentos documentados através do papel ou eletronicamente
é que fazem memória e para isso conta-se com organismos, governamentais ou não, que
auxiliam na elaboração de procedimentos documentados, através de normas técnicas,
como a ABNT - Associação Brasileira de Normas Técnicas e a ISO (International
Organization for Standardization). A sigla ISO foi escolhida de propósito, por significar
o mesmo que o radical grego que significa igualdade em qualquer idioma.Também
nota-se que os processos utilizados não são padronizados, tornando assim o processo de
produção mais demorado.
Figura 01-Antiga máquina
Fonte – O autor
3.1. Quality function deployment / Desdobramento da Função qualidade (QFD)
Segundo AKAO (1990), QFD é a conversão dos requisitos do consumidor em
características de qualidade do produto e o desenvolvimento da qualidade de projeto
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para o produto acabado através de desdobramentos sistemáticos das relações entre os
requisitos do consumidor e as características do produto. Esses desdobramentos
iniciam-se com cada mecanismo e se estendem para cada componente ou processo. A
qualidade global do produto será formada através desta rede de relações.
O QFD é uma técnica que pode ser empregada durante todo o processo de
desenvolvimento de produto e que tem por objetivo auxiliar o time de desenvolvimento
a incorporar no projeto as reais necessidades dos clientes. Por meio de um conjunto de
matrizes parte-se dos requisitos expostos pelos clientes e realiza-se um processo de
“desdobramento” transformando-os em especificações técnicas do produto. As matrizes
servem de apoio para o grupo orientando o trabalho, registrando as discussões,
permitindo a avaliação e priorização de requisitos e características e, ao final, será uma
importante fonte de informações para a execução de todo o projeto. Outro aspecto
importante a considerar é que, por ser uma metodologia que se baseia no trabalho
coletivo, os membros da equipe desenvolvem uma compreensão comum sobre as
decisões, suas razões e suas implicações, e se tornam comprometidos com iniciativas de
implementar as decisões que são tomadas coletivamente como demonstra figura 2.
Figura 02-QFD
Fonte – KENNETH A. CROW
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3.2. Matriz de Pugh
A matriz de Pugh (criada por Stuart Pugh na década de 90) é um método que
compara os diversos conceitos de produto com que se pretende trabalhar com um
conceito de referência facilitando a escolha de um conceito que se sobressaia, (PUGH,
1991). Ela se baseia no pressuposto de que o projeto de produto deve englobar a
confrontação de diversos conceitos ou concepções diferentes acerca dos mesmos, a fim
de possibilitar seu desenvolvimento. É feita então, uma análise dos pontos positivos e
dos pontos negativos e equivalência dos conceitos propostos em relação ao conceito de
referência. Esta técnica possibilita a escolha do melhor conceito, chamado de conceito
“vencedor”, a ser adotado para o produto. Podem ser encontradas diversas adaptações
diferentes para o uso da “análise de Pugh”, mas em todas elas os conceitos de produtos
são listados em colunas na matriz e, em uma coluna à direita, coloca-se um conceito de
referência para que seja feita a comparação com os outros conceitos. Nas linhas
colocam-se os requisitos ou critérios de avaliação dos conceitos. No diagrama
geralmente usa-se a simbologia abaixo para indicar quais os conceitos que apresentam
vantagens, desvantagens ou equivalência com o conceito de referência:
(+/mais) - Vantagem sobre o conceito de referência
(- /menos) - Desvantagem sobre o conceito de referência
(=/igual) - Equivalente ao conceito de referência.
O preenchimento da matriz de Pugh inicia-se com a colocação dos conceitos
que foram definidos pela equipe em uma etapa anterior. Em seguida deve ser escolhido
pelo grupo o conceito de referência com o qual todos os outros serão. Outro ponto
importante a ser considerado é quanto aos critérios: após colocá-los nas linhas da matriz
devem-se eliminar os critérios que forem, ou representarem qualquer tipo de
ambiguidade. Uma vez feita a avaliação de cada conceito em relação ao conceito de
referência, faz-se a contagem do número total de sinais (-) e (+). Pode-se pedir que cada
membro da equipe de desenvolvimento do produto preencha um diagrama de Pugh em
separado e, depois se deve fazer uma avaliação em conjunto. Desta forma é possível
identificar vários conceitos e resultados diferentes.
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Realizado o procedimento até que a definição do conceito mais forte seja
evidente, conforme figura 03.
Figura 03 - Comparativo de concetos
Fonte - Total design: integrated methods for successful product engineering.
3.3. Work Breakdown Structure / Estrutura Analítica do Projeto (WBS)
Deve-se agora criar uma WBS, é uma ferramenta de decomposição do trabalho
do projeto em partes manejáveis. É estruturada em árvore exaustiva, hierárquica
orientada às entregas que precisam ser feitas para completar um projeto.
O objetivo de uma WBS (apêndice A) é identificar elementos terminais (os
produtos, serviços e resultados a serem feitos em um projeto). Assim, a WBS serve
como base para a maior parte do planejamento de projeto. A ferramenta primária para
descrever o escopo do projeto é a estrutura analítica do projeto. Assim pode-se concluir
desde já que é um instrumento poderoso que fornece a visão do projeto inteiro e que
além de servir como ferramenta de comunicação e alinhamento em geral, serve como
ferramenta para geração do cronograma do projeto. O cronograma por sua vez, será um
desdobro da WBS, detalhando os pacotes de trabalho em atividades. As atividades após
um sequenciamento/relacionamento deverão ser estimadas e os recursos alocados às
mesmas. Feito isto se tem o cronograma inicial, que após sofrer devidos ajustes com
acréscimos e adequação do numero de recursos deve ser aprovado. Após a aprovação do
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cronograma devemos então gerar a baseline do projeto que servirá como referencia
principal de acompanhamento do projeto por todo o seu ciclo de vida.
3.4. Lista de Materiais
Informações sobre implementação
Uma lista técnica descreve os diversos componentes que, em conjunto, criam um
produto. Uma lista técnica para uma bicicleta, por exemplo, consiste em todas as partes
que compõem a bicicleta: o guidom, assento, as rodas e assim por diante.
Processo
Ao entrar o número do material de uma lista técnica relevante para o processamento da
ordem, o sistema exibe o material que descreve a lista técnica inteira como um item
principal. Os componentes individuais são exibidos como itens inferiores conforme
figura 04.
Figura 04- Lista técnica de materiais para máquina
Fonte- O autor
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4. OBJETIVOS
Criar um sistema automático de montagem de rolamentos em rotores para
empresa foco do estudo, a fim de aumentar sua produção, qualidade e lucratividade.
4.1. Geral
Automatizar o processo de fabricação, desenvolvendo um sistema mais preciso
e produtivo. Visando uma maior produtividade e diminuindo tempo de produção, assim
diminuindo também custo e perda de matéria prima, através de um controle preciso.
4.1.1.1. Específicos
• Desenvolver uma máquina para melhoria do processo;
• Fazer melhoria na qualidade do produto;
• Selecionar os melhores ajustes no equipamento possibilitando um melhor
rendimento;
• Reduzir o tempo de operação no processo;
• Reduzir custo de mão-de-obra;
5. MATERIAIS E MÉTODOS
Com o aprimoramento do processo e escolhendo o melhor procedimento, há
uma grande redução de custo em tempo e perda de matéria prima, que fazem o grande
diferencial da empresa atualmente no mercado, uma produção com perda mínima e
rápida é a meta.
5.1. Procedimentos
Após acionado e com proteção devidamente fechada, pois sem o devido
fechamento o sistema não funciona, o sensor identifica a entrada e posicionamento do
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eixo ao mesmo tempo outro sensor verifica se há rolamentos a ser montado, o pistão
empurra o rotor, os cilindros montam os rolamentos no eixo, em seguida irão recuar
para sua posição inicial, o rotor já com os rolamentos montados caem em um
compartimento para a entrada de outro.
5.2. Sensor Indutivo
De acordo com Lucas Lino (2010), sensores indutivos detectam a presença de
materiais condutores de energia elétrica de natureza metálica. Essa detecção é feita
através da incidência de um campo eletromagnético oscilante sobre o espaço, quando
um metal entra nesse campo, ele absorve parte do campo tornando-o mais fraco. Essa
“perda de força” do campo é detectada pelo circuito eletrônico do sensor que o
transforma em um sinal de saída como demonstrado na figura 05.
Figura 05- Funcionamento do sensor indutivo
Fonte- Digel Elétrica ltda.
5.2.1.1. Aplicação
Estes sensores são fundamentais para a lógica do processo, utilizaremos esse
tipo de sensor para detectar os rotores e rolamentos, a fim de informar ao sistema se é
possível realizar a operação dos cilindros ou não. Não havendo rotores, o sistema se
mantém parado há espera de algum rotor adicionado pelo operador. Havendo tal rotor o
sensor detectará e enviará um sinal para o controlador que logo após irá verificar se há
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rolamentos necessários, essa verificação será efetuada através de um sensor no
magazine dos rolamentos que irá detectar os rolamentos. Estando tudo conforme o
esperado, o controlador irá acionar os cilindros para realizarem a operação designada.
5.3. Controlador Lógico Programável (CLP)
Aqui são apresentados alguns conceitos sobre os CLPs para que seja evidente
sua importância para este processo.
Segundo a National Eletrical Manufactures Association (NEMA), o
Controlador Lógico Programável é definido como aparelho eletrônico digital que utiliza
uma memória programável para o armazenamento interno de instruções específicas, tais
como lógica, sequenciamento, temporização, contagem e aritmética, para controlar,
através de módulos de entradas e saídas, vários tipos de máquinas e processos.
Neste artigo foi utilizado o CLP da FESTO FEC®Compact, figura 06, de uso
didático disponibilizado pela instituição de ensino.
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Figura 06-CLP FESTO Compact
Fonte – Festo
5.3.1.1. CLP’s versus Microcontroladores
Eles podem fazer o mesmo processo, podem ser reprogramados para a
mudança e/ou adaptação de uma melhoria e até mesmo para um processo
totalmente diferente, porem, devido à robustez e o seu tamanho pouco maior não
influenciar para um chão de fabrica, foi escolhido o CLP como controlador deste
processo.
5.3.1.2. PROGRAMAÇÃO
A programação do CLP foi feita na linguagem ladder. É apresentada a lógica,
que para qualquer mudança pode ser facilmente manipulada ou transformada no
software sem que ajam mudanças físicas, mas baseado na seguinte sequencia: botão
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ativa a maquina, sensores verificam a disposição de rolamentos e eixos prontos para
serem cravados, com isso o processo pode começar, o pistão que esta disposto em frente
ao suporte empurra o eixo com o rotor para a posição de cravamento e retorna, sensor
detecta o eixo acionando o cravamento, após ser cravado os rolamentos no eixo, este cai
em um compartimento dando lugar para o próximo, assim sucessivamente até que acabe
as peças ou que seja desligado o processo.
5.4. Lógicas do processo
O processo funcionará com a seguinte lógica: Ligando a máquina o sensor ao
perceber que há eixos posicionados em seu local de montagem irá verificar se há
rolamentos necessários para a realização do trabalho, um cilindro pneumático atuara
empurrando os rolamentos em direção ao eixo, assim montando-os, em seguida os
cilindros irão recuar para sua posição inicial, com auxilio de uma válvula solenóide de
dupla ação. Após o processo de montagem de rolamentos realizado, o rotor montado
será retirado da maquina com auxilio da gravidade através de um rampa, para a entrada
de outro eixo, assim sucessivamente.
5.4.1.1. Sistemas de segurança
O projeto conta com um sistema de segurança eficaz, a fim de proteger e
manter a integridade dos colaboradores da empresa. Ele conta com um sistema de grade
que limitará a distância mínima de um colaborador até pontos críticos da maquina de
acordo com a norma regulamentadora nº12 e o Programa de Prevenção de Riscos em
Prensas e Equipamentos Similares (PPRPES), que é um planejamento estratégico e
seqüencial das medidas de segurança que devem ser implementadas em prensas e
equipamentos similares com o objetivo de garantir proteção adequada à integridade
física e à saúde de todos os colaboradores envolvidos com as diversas formas e etapas
de uso das prensas e/ou dos equipamentos similares. Para a adequação as normas
regulamentadoras nº 10 e 26 têm-se a intenção do protótipo ser devidamente aterrado e
sinalizar proteções e partes moveis. Botões de emergência de fácil acesso para
interromper o processo em andamento. Para melhor entendimento consultar apêndice B.
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5.5. Aplicação QFD
De acordo com a tabela 01, os requisitos do cliente encontram-se ao lado
esquerdo (azul) e as características técnicas à direita (verde) e através de um esquema de
pontuação, as características que tem maior pontuação, assim sendo, as que têm maior
compatibilidade com os requisitos do cliente.
Tabela 01 – Aplicação do QFD
Fonte- O autor
Neste caso, foram escolhidas seis características técnicas mais compatíveis:
Atuador Pneumático, Atuador hidráulico, Alimentação manual, Alimentação através de
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uma esteira. Essas características são ferramentas chave para o aprimoramento da
máquina, como apresentado na tabela 02.
Tabela 02-Seleção da máquina através dos principais itens
Fonte – O autor
5.6 Aplicações da Matriz de PUGH
Com a aplicação da matriz de Pugh, vê-se que a Máquina1 é a melhor, em
relação às outras pré-selecionadas como demonstra a tabela 03.
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Tabela 03 - Matriz de PUGH
Fonte – O autor
6. CONCLUSÃO
A automação encontra-se hoje no centro do processo de modernização da
economia brasileira. A resposta aos desafios para uma automação bem sucedida
encontra-se na conjunção dos importantes fatores a seguir: o uso de abordagens
metodológicas que considerem, simultaneamente, os aspectos tecnológicos,
organizacionais e sociais do problema; a definição e implantação de uma política
científica na qual Governo, Indústria e Universidade participem efetivamente, nos seus
respectivos papéis; e a formação em automação orientada a uma nova atitude do
engenheiro, mais criativa e com as habilidades necessárias em termos de
multidisciplinaridade e integração.
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O projeto de engenharia é o guia para a execução de uma obra. Através de um
bom projeto é possível prever e direcionar como, quando e por quem as operações serão
realizadas. Com o estudo do projeto de construção da máquina, os dados analisados
foram mais precisos, o processo pôde ser otimizado, a propriedade de alcançar um bom
resultado foi muito maior.
A execução da obra envolve, entre outras coisas, a definição dos métodos e
técnicas construtivas. Na execução, acontece o gerenciamento da obra, contratação
devida para cada etapa, aquisição de materiais necessários e demais providências
exigidas para o bom desempenho de todas as tarefas.
6.1. Produtividade
A máquina irá conseguir entregar para fabrica cerca de 360 eixos montados por
hora. Colocando a média de 8 horas trabalhadas por dia que seria as horas de trabalho
de um colaborador, ela irá entregar cerca de 2.880 eixos montados por dia. Porém, além
de ser mais rápida para montar rolamentos nos eixos ela não precisa trabalhar somente 8
horas por dia, poderá trabalhar 24 horas por dia, levando a uma média total de 8.640
eixos montados em 24 horas de trabalho. Segue a lista de preço dos materiais utilizados
na tabela 04.
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Tabela 04 – Lista de preços dos materiais utilizados
Fonte-Autor
7. REFERÊNCIAS
AKAO, Y.: Introdução ao desdobramento da qualidade, Trad. por Zelinda Tomie Fujikawa e Seiichiro Takahashi, Belo Horizonte, Escola de Engenharia da UFMG, Fundação Cristiano Ottoni, 1996. AZEVEDO NETTO José. Como Preparar um Relatório. Revista DAE, v.33 n.93, Dezembro 1973. BOOTHROYD, G.: “Simplifying the process”, Manufacturing Breakthrough, No.1, pp.85-89, 1992. FATEC GARÇA. Ferramenta QFD. 2012
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NBR 14724 - ABNT – Associação Brasileira de Normas Técnicas.: Informação e documentação. Trabalhos Acadêmicos - Apresentação. Rio de Janeiro: ABNT, 2002. PMPBOK Guide, 2008 Edition. Project Manegement Institute. PUGH, S. (1991). Total design: integrated methods for successful product engineering. Addison Wesley. SEVERINO, Antonio Joaquim. Metodologia do trabalho científico. 22. Ed. rev. e ampl. São Paulo: Cortez, 2002. VASCONCELOS A.C ET alii. Manual para Normalização de publicações Técnicas-Científicas. Editora UFMG, 2ª Ed, 1992. KENNETH A. CROW http://www.scpdnet.org/papers/crow-qfd/Crow-qfd.htm
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APÊNDICE A- WBS
Posicionador de Rolamentos
Gerenciamento de projeto Concepção Pesquisa Projeto Fabricação do Protótipo
Homologação
Plano do Projeto
WBS
Cronograma
Plano de Qualidade
Controle
Relatórios de desempenho
Reuniões
Fechamento
Relatório final do projeto
Restrições
Relatório de lições aprendidas
Estudo de viabilidade
Pesquisa com consumidore
Avaliação dos custos
Relatório de pesquisa
técnica
Engenharia
Dados da engenharia
Projeto de fabricação
Contratação
Testes em Campo
Relatório de Homologação
Relação de fornecedores
e peças e ferramentas
Simulação
Contratos
Planos Testes
Testes
Relatórios de Testes
