Descrição
Conceitos e tecnologias aplicadas ao Planejamento de Instalações Produtivas.
PROPÓSITO
Compreender a importância, os conceitos e as técnicas referentes à Indústria 4.0 e ao Pensamento Enxuto.
Preparação
Antes de iniciar o conteúdo deste tema, tenha em mãos papel e caneta.
OBJETIVOS
Módulo 1
Descrever as características e tecnologias aplicadas na indústria 4.0
Módulo 2
Reconhecer os conceitos relacionados à Manufatura Aditiva, Sistemas Cyber-Físicos e Fábricas Escuras
Módulo 3
Identificar a origem e os conceitos relativos ao Pensamento Enxuto (Lean Thinking)
Bem-vindo ao estudo sobre automação, manufatura aditiva, Sistemas Cyber-Físicos e princípios Lean Thinking
MÓDULO 1
Descrever as características e tecnologias aplicadas na Indústria 4.0
A evolução das indústrias — da Revolução Industrial até a indústria 4.0
Introdução à Indústria 4.0
Para compreender os conceitos desenvolvidos e aplicados na Indústria 4.0, é importante conhecermos todo o processo de evolução dos sistemas industriais no mundo e as suas características, desde a Indústria 1.0 até a Indústria 4.0.
Primeira Revolução Industrial
A Primeira Revolução Industrial ocorreu no século XVIII na Europa Ocidental, entre os anos 1760 e 1850, através da implementação de novos sistemas de produção que revolucionaram, na época, o setor industrial. Esse período esteve repleto de fatos marcantes que são fundamentais para a humanidade até hoje, tais como: a utilização de novas fontes de energia — eólica, hidráulica e a vapor. Além disso, houve a substituição da produção artesanal pelos sistemas de produção em larga escala. Nessa época, foram desenvolvidos também a máquina a vapor e o telégrafo, que foi o primeiro meio de comunicação quase instantânea da humanidade.
Os processos produtivos evoluíram de forma a aumentar a produtividade, reduzindo os tempos de produção, aprimorando, dessa forma, o fluxo de produção e distribuição de materiais e produtos.
Segunda Revolução Industrial
A Segunda Revolução Industrial ocorreu entre a segunda metade do século XIX até meados do século XX, terminando durante a Segunda Guerra Mundial. Nesse período, a industrialização se disseminou ao longo do mundo, em especial nos Estados Unidos, Japão e demais países da Europa.
Tal fase é caracterizada por um grande avanço tecnológico, dentre eles o sistema de produção em massa, o que trouxe maiores níveis de produtividade e, consequentemente, lucratividade das empresas. Outros importantes avanços referem-se à utilização do petróleo como fonte de energia, utilizado no motor a combustão e da eletricidade em motores (motores elétricos).
Terceira Revolução Industrial
A Terceira Revolução Industrial iniciou-se após a Segunda Guerra Mundial, promovendo uma revolução não somente no setor industrial como também em outros setores, relacionando o desenvolvimento tecnológico dos processos produtivos ao avanço científico aplicados em diversas áreas. As mudanças decorrentes dos avanços tecnológicos são vistas até o momento, porém, face a sua importância, cada novo desenvolvimento representou um novo patamar alcançado na Terceira Revolução Industrial.
Durante a Segunda Revolução Industrial, a metalurgia, a siderurgia e a indústria automobilística eram as áreas que mais se destacavam nas fábricas. Com a Terceira Revolução Industrial, outros setores conquistaram espaço com o uso das novas tecnologias. O desenvolvimento de pesquisas nas áreas de biotecnologia, robótica, telecomunicações, eletrônica, transportes etc., transformaram os sistemas de produção. Meios de comunicação foram desenvolvidos e aprimorados, e novas máquinas industriais sugiram.
Com os avanços em tecnologia, agregando aos processos produtivos elevado grau de automação industrial, os índices de produtividade das indústrias cresceram e novos produtos puderam ser criados.
Houve ainda uma grande mudança no perfil da mão de obra utilizada, alavancados pela utilização de robôs que realizam o trabalho com maior produtividade e qualidade.
Tal feito reduziu os riscos de acidentes e permitiu o trabalho em locais em condições ambientais não adequadas ao homem, reduzindo assim a sua exposição aos agentes nocivos à saúde.
O perfil de mão de obra requerido pelo mercado mudou, demandando por trabalhadores com maior nível de qualificação de forma a atuarem também em cargos de liderança nas indústrias e na gestão das empresas.
Nesse período, devido a impossibilidade de utilizar o Sistema de Produção em Massa desenvolvido pela Ford, a Toyota desenvolveu um Sistema de Produção próprio de forma a competir com as demais empresas mundiais, originando, então, o Sistema Toyota de Produção — desenvolvido pelos engenheiros Eiji Toyoda e Taiichi Ohno — que tinha como base a eliminação de perdas, a qualidade perfeita, a padronização, o combate aos desperdícios, a automação e a não utilização de estoques, através do conceito de produção puxada a partir da demanda de clientes
Vale ressaltar que as novas tecnologias desenvolvidas passaram a estar ao alcance da população através dos meios de comunicação, pelos quais as informações são acessadas remotamente e de forma instantânea ao longo de todo o mundo, surgindo, assim, o conceito de globalização, no qual barreiras físicas, econômicas, sociais, políticas, religiosas e culturais foram quebradas.
A Terceira Revolução Industrial promoveu um relevante aumento nos níveis de produtividade e qualidade suportados pela utilização de robôs e permitindo o desenvolvimento de novos produtos com maior facilidade. As atividades que mais se destacam nesse período estão relacionadas à produção de computadores, softwares e equipamentos de telefonia e internet. A mão de obra, nessa fase, passa a requerer maior qualificação, assumindo funções de liderança nos processos produtivos e gestão das empresas.
As empresas multinacionais se intensificaram e a economia mundial cresceu com forte tendência à instalação de novas indústrias pelo mundo, especialmente em países em desenvolvimento face às vantagens econômicas oferecidas. Estabeleceu-se uma nova relação entre o homem e o meio ambiente, onde os recursos naturais passaram a ser explorados de maneira irracional.
Atenção
O crescimento bastante significativo do número de indústrias ao redor do mundo provocou o aumento da poluição atmosférica, o que tem ocasionado o agravamento do efeito estufa. As questões ambientais e a mudança do clima passaram a ser discutidas internacionalmente, despertando assim o interesse mundial em estabelecer ações que garantam a sustentabilidade e a preservação das gerações futuras.
Outro problema refere-se ao aumento do desemprego provocado pela substituição do homem pela máquina, motivando o excesso de mão de obra não qualificada e, consequentemente, a sua exploração. Surgem novas relações de trabalho entre patrões e empregados e o aumento do número de empregos informais.
Saiba mais
Após a Segunda Guerra Mundial, os Estados Unidos desenvolveram o Plano Marshall, que ofereceu grande ajuda financeira aos países mais afetados pela guerra, a fim de que eles pudessem se reerguer e se tornarem grandes economias.
Quarta Revolução Industrial
O termo “Indústria 4.0” foi apresentado pela primeira vez durante um evento na Alemanha, em 2011 (Hannover Messe), referindo-se às grandes transformações decorrentes do grande número de inovações tecnológicas apresentadas em diferentes áreas, em especial nos campos da automação e do controle de dados, por meio da integração promovida por elas entre os mudos virtual e o real, através dos chamados Sistemas Cyber-Físicos.
Os Sistemas Cyber-Físicos são constituídos por elementos computacionais colaborativos a fim de controlar entidades físicas. A Indústria 4.0, com as novas tecnologias desenvolvidas, permite tornar toda cadeia de valor de uma empresa digitalizada e automatizada através de sistemas inteligentes de monitoramento e interação em tempo real. Essas novas tecnologias permitem a fusão dos universos físico, digital e biológico.
A Indústria 4.0 alavancou os desenvolvimentos estabelecidos na Terceira Revolução Industrial com a utilização de computadores cada vez mais inteligentes e sistemas autônomos alimentados por grande quantidade de dados e reajustados continuamente através do aprendizado de máquina. Ela já é uma realidade em todo o mundo, e as grandes indústrias tem como fato a necessidade de utilização dessas novas tecnologias em seus processos industriais, pois são um grande diferencial competitivo diante de um cenário econômico globalizado.
1ª Revolução - 1784
Mecanização de processos através da energia hidráulica e a vapor.
2ª Revolução - 1870
Início da Produção em Massa apoiado pelo uso da energia elétrica.
3ª Revolução - 1969
Automação de processos através de CLPs e introdução de robots.
4ª Revolução - Hoje
Processos autônomos proporcionados por tecnologias cibernéticas.
A Indústria 4.0 em detalhes: características, benefícios e desafios
Características da Indústria 4.0
A fim de compreender o funcionamento da Indústria 4.0, estruturada por grandes e sempre recentes inovações tecnológicas de ponta, torna-se fundamental conhecermos as suas principais características. Desta ficamos preparados para os novos desafios aos quais já estamos sendo submetidos.
Na indústria 4.0, as máquinas não dependem do ser humano para funcionarem, visto que se utilizam de Sistemas Cyber-Físicos capazes de tomarem decisões de forma independente a partir de informações em tempo real sobre o desempenho dos equipamentos durante a sua operação.
Refere-se à comunicação entre os Sistemas Cyber-Físicos e humanos por meio da Internet das Coisas associada à computação em nuvem.
Relaciona-se ao redesenho necessário de setores e departamentos impostos pela Indústria 4.0, de forma a assegurar todo o suporte tecnológico necessário para a realização das tarefas com qualidade e dentro dos prazos estabelecidos. Esse redesenho é fundamental, pois proverá todo o suporte necessário aos novos sistemas utilizados na produção.
Consiste no desenvolvimento de tecnologias habilitadas a criarem uma cópia virtual de setores, viabilizando simulações a fim de monitorar os processos em fase de implementação, possibilitando que verifiquem atualizações, realizem ensaios em softwares e testem diferentes configurações.
Permitir análises em tempo real. Tal como tecnologias que disponibilizam informações sobre o mercado financeiro, como cotações da bolsa de valores, índices, taxas e indicadores econômicos.
Permite que as operações da linha de produção sejam alteradas de imediato. As empresas podem fabricar produtos diferentes de forma sequencial sem precisar reconfigurar todo o processo.
Benefícios da Indústria 4.0
Vejam os principais benefícios colhidos pelas empresas que utilizam as tecnologias desenvolvidas pela Indústria 4.0:
• Aumento de produtividade
• Redução de custos e perdas
• Produção em tempos menores
Menores lead times de produção.
• Diminuição das interrupções na produção
• Fluxos de processo mais constantes.
Quando uma máquina quebra e precisa de reparo, ocorre perda de tempo, dinheiro e mobilização de equipes. Com isso, a produção é afetada. Com máquinas conectadas e supervisionadas pela Internet das Coisas, os problemas são monitorados e podem ser previstos, possibilitando, por exemplo, a realização de manutenções preditivas.
• Melhores condições de trabalho
Faz com que os operadores realizem operações menos desgastantes e com menor risco de acidentes.
• Personalização
Possibilita que as necessidades dos clientes sejam identificadas mais facilmente e que produtos sejam desenvolvidos de acordo com os requisitos que agregam valor aos clientes.
• Agilidade
As novas tecnologias decorrentes da Indústria 4.0 permitem que as alterações na demanda sejam mais facilmente atendidas com menores custos e maior eficiência no atendimento aos clientes.
Principais desafios da Indústria 4.0
A seguir serão relacionados e comentados alguns desafios decorrentes da implementação da Indústria 4.0, que vêm impondo significativas mudanças organizacionais e operacionais nas empresas.
Segurança e confiabilidade dos sistemas
Essa é uma das principais preocupações devido à necessidade de integração de vários conjuntos de dados em diferentes sistemas por meio de redes. Quanto maior é o volume de informações compartilhadas e trocadas entre diferentes sistemas, maior é o risco no que se diz respeito à segurança de informações e desempenho do sistema como um todo.
Vale ressaltar que operar com sistemas estáveis e robustos é fundamental, pois eles são a base da comunicação entre as máquinas.
Capacitação das pessoas
Devido à falta de conhecimento das novas tecnologias pertinentes à Indústria 4.0, é muito comum que as pessoas ofereçam resistência às mudanças impostas por este novo cenário, o que dificulta não só a tomada de decisão, como também todo o processo de implementação. Assim, neste processo é fundamental a capacitação dos gestores sobre as novas tecnologias e, principalmente, dos benefícios delas decorrentes.
Custo de implantação
Os custos de implementação dessas novas tecnologias são bastante elevados, sendo, portanto, as restrições financeiras um dos principais obstáculos à sua implementação. É muito importante, porém, lembrar que estes investimentos em tecnologia são plenamente compensados pelos resultados decorrentes da economia de energia, redução de falhas e do aumento de produtividade obtido.
Tendências para os próximos anos
A tendência para o futuro é que os novos desenvolvimentos serão focados em softwares, plataformas inteligentes e aplicativos, o que, certamente, levará a Indústria 4.0 a um patamar mais elevado.
Tecnologias utilizadas na Indústria 4.0
Vejamos as principais tecnologias que caracterizam a Indústria 4.0:
Uma das tecnologias mais inovadoras, atualmente, é a IoT, que possibilita a interconexão entre coisas físicas e virtuais, processando dados e até tomando decisões, sem a necessidade de intervenção humana. Como exemplo de IoT, temos os sistemas nos quais um software controla os produtos nas prateleiras, indicando a necessidade de reposição e fazendo solicitações de compras por meio de sensores nas máquinas e equipamentos que passam dados continuamente e até “tomam decisões”, efetuando ajustes e regulagens no processo de forma autônoma.
A computação em nuvem (Cloud Computing) é largamente utilizada para o armazenamento e compartilhamento de dados e arquivos através da internet, além de permitir que os usuários acessem remotamente as informações armazenadas sempre que desejar, bastando, para tal, ter acesso à rede.
O Machine Learning é um sistema que pode modificar o comportamento das máquinas de forma autônoma com base na sua própria experiência, através de algoritmos previamente definidos, com mínima interferência humana. Como exemplo, temos o site de busca, Google, onde o histórico de pesquisas realizado pelo usuário é levado em consideração na hora da exibição da relação de opções existentes em comparação à busca solicitada.
No Machine Learning são utilizados os conceitos de redes neurais artificiais, que são algoritmos baseados na estrutura de neurônios do cérebro, os quais resolvem problemas complexos. Algumas aplicações típicas desse método são: sistemas de bloqueio, com êxito, da maior parte das tentativas de fraudes com cartões de crédito que acontecem regularmente no mundo inteiro; sistemas de reconhecimento de voz e de imagem; e sistemas de prevenção de falhas em equipamentos.
A IA é responsável por consentir que as máquinas “pensem” como seres humanos. Dessa forma, elas podem analisar dados, avaliar alternativas, tomar decisões e aprender com essas próprias decisões. Algumas de suas aplicações: auxílio em diagnósticos e tratamentos na área de saúde; atendimentos eletrônicos através de chatboxes; gestão de empresas; vendas; ramo acadêmico; equipamentos que fabricam e conferem os produtos sem precisarem ser operados por um humano; e no próprio GPS que utilizamos diariamente.
É um sistema computacional que, através de estímulos visuais e auditivos, coloca o usuário imerso em determinado ambiente simulado. Nos cursos de medicina, os alunos podem olhar e manipular, de forma visual, os órgãos internos e externos do corpo humano. O marketing já utiliza a tecnologia para que os clientes tenham uma visão real sobre os produtos, e os smartphones já estão sendo fabricados com a capacidade de criar e reproduzir vídeos em 360°.
Um cobot é um pequeno robô que realiza tarefas manuais em conjunto com as pessoas, com menores investimentos do que em robôs industriais que automatizam tudo. Como exemplo de cobot citamos as vestimentas que transformam o braço humano em uma versão pneumática, de forma a conectar o operador à máquina, com a vantagem de realizar um movimento sensitivo e flexível, conforme o movimento humano, mas com a precisão de um robô.
Utilizando materiais como plástico, vidro e outros, já é possível criar produtos das mais diversas formas e técnicas com um nível único de personalização na fabricação de produtos, lembrando que a tendência é que o acesso às impressoras 3D se popularize nos próximos anos.
A definição do nível e tipos de tecnologias a serem aplicadas na produção de bens e serviços é de suma importância para o Projeto de Instalações. Assim, é preciso ressaltar o conhecimento dessas novas tecnologias e os importantes benefícios trazidos por elas às empresas que as utilizam, dentre eles o aumento substancial nos níveis de produtividade e qualidade, atendimento às necessidades dos clientes e menores prazos de entrega.
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MÓDULO 2
Reconhecer os conceitos relacionados à Manufatura Aditiva, Sistemas Cyber-Físicos e Fábricas Escuras
Manufatura aditiva, Sistemas Cyber-Físicos e Fábricas Escuras
Conceitos
Neste módulo, serão apresentados os conceitos referentes à Manufatura Aditiva, Sistemas Cyber-Físicos e Fábrica Escura, fortemente relacionados com a Indústria 4.0 e de suma importância no Projeto do Processo Produtivo, que servirá como base para o Projeto da Fábrica.
Manufatura Aditiva
O termo Prototipagem Rápida é utilizado nas indústrias para descrever processos de fabricação que possibilitem a rápida criação de um modelo ou protótipo. As tecnologias de prototipagem são divididas em duas categorias: com remoção de material e com adição de material, sendo a primeira chamada de Prototipagem Rápida Subtrativa e a segunda de Prototipagem Rápida Aditiva, também conhecida como modal Manufatura Aditiva.
A Manufatura Aditiva, que atualmente está substituindo o termo “Prototipagem Rápida”, vem desenvolvendo métodos inovadores de fabricação que reduzem o tempo de produção e a taxa de erros a partir de fontes de dados gerados por sistemas de projetos auxiliados por computador, em que os produtos desejados, muitas vezes de formato bastante complexo, são obtidos através da adição e união de diversos materiais. Eles oferecem diversas vantagens quando comparados a processos de fabricação tradicionais baseados na remoção de métodos, como o fresamento e o torneamento, possibilitando, na maioria das vezes, que os produtos sejam manufaturados com menores custos e em menores tempos.
Os processos de Manufatura Aditiva são executados a partir dos seguintes passos:
Criação de um modelo tridimensional (CAD) do produto a ser fabricado.
Conversão do arquivo CAD para o formato da máquina de Manufatura Aditiva.
Fatiamento do modelo tridimensional criado em desenhos de duas dimensões (2D) com aproximadamente 0,1 mm de espessura, transversais, e que dispostas uma sobre as outras podem recriar o produto.
Criação do produto a ser fabricado em material sólido através de um processo chamado “aditivo”, no qual se combinam camadas de vários materiais.
Execução da limpeza e acabamento do produto.
Aplicações da Manufatura Aditiva
Atualmente, a Manufatura Aditiva é utilizada nos mais variados setores da economia mundial. Trata-se de um método que torna mais fácil a produção de peças mais detalhadas e com menores custos de produção quando comparados a outros tipos de manufatura. Dentre as aplicações da Manufatura Aditiva, podemos citar: fabricação de peças para as indústrias aéreas e automobilística, criação de próteses de baixo custo (braços biônicos, próteses odontológicas etc.).
Vale ressaltar que, para o mercado odontológico, a Manufatura Aditiva possibilitou a criação de próteses resistentes e confeccionadas em menor tempo, fabricadas dentro do próprio consultório do dentista.
Sistemas Cyber-Físicos
Um Sistema Cyber-Físico é aquele constituído por elementos computacionais colaborativos, visando ao controle de entidades físicas. Estes sistemas possuem uma forte interação com os dispositivos eletromecânicos que constituem determinado equipamento e os sistemas computacionais embarcados.
Os sistemas ditos embarcados referem-se àqueles nos quais o computador é completamente dedicado ao dispositivo ou sistema que ele controla.
Os Sistemas Cyber-Físicos estão fomentando a pesquisa e busca por soluções não só inovadoras, como também revolucionárias. Eles transferem a inteligência dos seres humanos para locais remotos, de modo a permitir que “pensem” e tomem decisões com base nesse raciocínio. Esses sistemas vêm se caracterizando por apresentarem muitas funcionalidades inovadoras através da sua interação cada vez maior com o mundo cibernético.
Os Sistemas Cyber-Físicos são utilizados em indústrias desde os anos 80, porém só recentemente o avanço tecnológico nos processadores, na comunicação sem fio e nos sensores evoluiu a ponto de viabilizar a produção de componentes com vários novos recursos e a baixos custos, devido aos avanços em ferramentas e metodologias que tornaram confiáveis os novos Sistemas Cyber-Físicos.
Aplicações dos Sistemas Cyber-Físicos
A lista de aplicações caracterizadas como Sistemas Cyber-Físicos é bem extensa. Citaremos algumas das principais: dispositivos médicos, controle e segurança de tráfego, sistemas automotivos, controle de processos, conservação de energia, controle ambiental, aviação, instrumentação, controles de infraestruturas (energia, recursos hídricos, sistemas de comunicação), robótica, sistemas de defesa etc.
Vejamos, de forma genérica, como os Sistemas Cyber-Físicos funcionam em uma indústria:
Clientes cadastram os seus pedidos via sistema (on-line).
O Sistema direciona os pedidos para o Módulo de Análise de Crédito, que certifica a existência de restrições, bem como limites disponíveis para cada um dos clientes
O pedido é, então, direcionado para o Módulo de Estoques (Produtos Acabados), que reserva os matérias em estoque para o atendimento dos pedidos, gerando, com base nos saldos não reservados, as necessidades de reposição para o atendimento, bem como ressuprimento das quantidades a serem mantidas em estoque para cada um dos produtos.
Com base na necessidade gerada, os Módulos de Planejamento e Controle de Produção e Engenharia são alimentados de forma automática, emitindo, assim, as Ordens de Produção e, para cada uma delas, as listas de materiais para a produção de cada um dos produtos.
Com base nas necessidades de materiais identificados na etapa anterior, o Módulo de Estoques (matérias-primas) reserva os materiais necessários, gerando Requisições de Compra de modo automática e a atender as pendências e reposições de estoques assim parametrizadas.
As Requisições de Compras de materiais são enviadas aos fornecedores de forma on-line, que informam a disponibilidade de atendimento. Com base nessas informações, o sistema define quais os fornecedores serão responsáveis pelo fornecimento, emitindo a eles, via sistema, os Pedidos de Compra.
O Módulo de Manufatura é alimentado com essas informações de prazos e o sistema configura as linhas de produção para o atendimento dos pedidos, fornecendo dados aos atuadores e sensores que controlam as linhas e o processamento dos pedidos.
Os dados de máquinas são enviados para uma central que retransmite estas informações via internet aos sistemas supervisores, os quais atuam de forma contínua nos equipamentos. O conjunto formado por estes sensores e atuadores conectados à internet constituem os Sistemas Cyber-Físicos, pois conectam as linhas de produção aos interessados (mundo real) via mundo virtual.
É importante mencionar que cada Centro de Trabalho troca informações com os demais. Essa tecnologia é chamada de comunicação máquina a máquina(Machine to Machine - M2M), na qual as máquinas interagem, trocando dados, informações e comandos entre elas. Tais máquinas também podem interagir com os humanos, quando temos a comunicação máquina a humanos(Machine to Human - M2H).
Exemplo
a) Caso uma linha precise de algum tipo de manutenção, o próprio sistema aciona o Setor de Manutenção, já informado com relação a um possível atraso no prazo de entrega de seu pedido.
b) Uma vez concluídos os pedidos, os clientes são automaticamente informados, as documentações necessárias ao embarque dos produtos emitida, e o transporte solicitado. Além disso, os clientes podem acompanhar on-line todo o transporte, desde a fábrica até os locais de entrega estabelecidos.
Em virtude dos elevados níveis de interconectividade que permitem a reconfiguração automática das linhas de produção, essas fábricas são chamadas de "fábricas inteligentes"(smart factories)
Fábricas Escuras
Um nível de automação industrial sem precedentes deu origem às chamadas “Fábricas Escuras” em países como Holanda e Japão: plantas industriais que operam praticamente no escuro, com robôs e alguns poucos profissionais humanos para comandar as máquinas. As “Fábricas Escuras” são assim denominadas por não possuírem pessoas atuando em seu interior — somente máquinas. Como máquinas não necessitam de iluminação para sua operação, o ambiente fabril pode funcionar perfeitamente no escuro. Máquinas trabalhando sozinhas, em um nível de automação total e com sistemas inteligentes, constituem-se em passos que já começam a ser dados no rumo à evolução tecnológica mundial em nossa era.
A fim de que um ambiente desse tipo possa existir, porém, é necessária a presença de mão de obra altamente qualificada, isto é, composta de especialistas de diversos ramos de atuação, que serão responsáveis por todas as etapas: desde o planejamento, passando pelo projeto, o estudo da viabilidade, a execução e, por fim, a operação do sistema produtivo, além de sua integração com outros sistemas. No entanto, apesar do domínio na produção de máquinas operatrizes certamente continuar nas mãos das grandes marcas mundiais, as características particulares das empresas ao redor do mundo exigirão modelagens customizadas, que poderão ser executadas por equipes multiprofissionais locais.
Os primeiros setores produtivos a aderirem a esta concepção são os que apresentam alta repetitividade de tarefas, evoluindo para outros, à medida que a viabilidade técnica-econômico-financeira destes seja constatada.
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MÓDULO 3
Identificar a origem e os conceitos relativos ao Pensamento Enxuto (Lean Thinking)
Introdução à Manufatura Enxuta
Este Módulo mostrará a origem do Pensamento Enxuto, bem como os principais conceitos e ferramentas da Manufatura Enxuta, estabelecendo as suas relações no que diz respeito ao Projeto de Instalações Produtivas.
Origem da Produção Enxuta
Após a Segunda Guerra Mundial, o Japão era um país devastado que precisava encontrar uma maneira de se reerguer. A guerra causou grandes perdas às empresas, os materiais e recursos eram escassos, e os japoneses precisavam encontrar uma forma de competir com as empresas mundiais. No entanto, a indústria automobilística contava com a Ford (com excesso de recursos e que havia desenvolvido e implementado um sistema de produção em massa de baixo custo) como uma grande concorrente.
A competição entre japoneses e americanos ocorria de forma desigual, porém obrigou as empresas japonesas a desenvolverem um sistema próprio de produção que as permitisse competir novamente no mercado internacional. Mediante essa necessidade, nasceu o Lean Manufacturing, também conhecido como Sistema Toyota de Produção. Essa metodologia visava entregar ao cliente exatamente o que ele queria, no momento que ele queria (Just in Time), com a melhor qualidade possível.
Mas como isso seria possível?
Através de uma produção baseada em simplicidade, baixo custo, qualidade perfeita, envolvimento total dos funcionários e, principalmente, redução total às perdas e desperdícios. Portanto, o termo “Produção Enxuta” refere-se a um sistema de produção sem desperdícios, que atenda aos seus clientes, na quantidade e no momento desejado por ele, e feito certo da primeira vez.
Não ficamos felizes em pagar por qualquer ação feita para a fabricação e entrega do produto que desejamos comprar que não agregue valor a ele (só custos).
Atenção
Os sistemas de Produção Enxuta nas fábricas possuem duas características muito importantes
• Transferência do máximo de atividades e responsabilidades que agregam valor ao produto aos trabalhadores.
• Utilização de um sistema que associa dispositivos que rapidamente detectam defeitos e relacionam cada problema (tão logo descobertos) às suas causas raízes.
Os 7 desperdícios na Produção Enxuta
Os sete desperdícios encontrados são:
São decorrentes de falhas no processo e/ou na operação do processo de matérias-primas. Quando ocorre, há duas opções para o produto: refugo ou retrabalho. Ambos geram custos e não agregam nenhum valor aos clientes.
Corresponde à produção além do necessário, o que leva a utilizar mão de obra, matérias-primas e energia.
Estoques excessivos de produtos finais, matérias-primas ou insumos geram altos custos financeiros e demandam espaço físico adicional e despesas de armazenamento, além de acarretarem custos de armazenamento desnecessários.
As esperas aumentam o lead time de produção e entrega. São geralmente causadas por filas nos Centros de Trabalho, máquinas paradas, pausas para limpeza ou até mesmo falta de mão de obra, quebrando o fluxo do processo.
Corresponde à movimentação de materiais de um local para outro, não adicionando valor algum ao produto.
Correspondem aos deslocamentos e movimentos do homem no local de trabalho.
Ocorrem quando, para se produzir algo, executamos atividades que não precisariam ser feitas (mesmo que fossem eliminadas, não fariam a menor falta). Por exemplo, pessoas conferindo produtos que já foram verificados, ou utilização de recursos para a produção que não os previstos (de maior produtividade), causando mais tempos de processamento e, consequentemente, maiores custos.
Principais ferramentas utilizadas na Produção Enxuta
Nos sistemas de Manufatura Enxuta, o foco é a eliminação dos 7 desperdícios acima e, para isso, diversas técnicas e ferramentas são aplicadas com esse objetivo. Abaixo, faremos um breve resumo dessas ferramentas. São elas:
Os 3Ms correspondem a 3 palavras japonesas:
- MUDA: Desperdício — Qualquer atividade que consuma recursos sem criar valor para o cliente.
- MURA: Variabilidade — Falta de regularidade em uma operação, como altos e baixos na programação ou nos resultados. É difícil planejar e ter confiabilidade nos resultados esperados quando eles variam muito. O MURA foca, exatamente, na variabilidade de volumes e de resultados, visando reduzi-las ao máximo através da identificação de suas causas raízes, com o auxílio das ferramentas da qualidade.
- MURI: Sobrecarga — Máquinas trabalhando sem que sejam feitas as intervenções planejadas tendem a quebrar com mais facilidade, bem como operadores trabalhando acima da sua capacidade, após algum tempo, tem os seus rendimentos reduzidos em função do desgaste excessivo a que são submetidos.
Programa implementado pelas empresas com foco em organização, limpeza, saúde e segurança, visando a eliminação dos desperdícios, entre outras coisas.
Estudos realizados para diminuir o tempo de troca de ferramentas de forma a reduzir o tempo de máquina parada, assim como aumentar a disponibilidade do equipamento e permitir a produção em lotes pequenos.
Sistema voltado para a programação de diversas entradas nas máquinas de um mesmo produto em determinado período, de modo a aumentar a flexibilidade no atendimento aos clientes.
Sistema que utiliza os conceitos de layout em forma de células de manufatura, propiciando o fluxo unitário de peças, redução de lead times, estoques de materiais em processo, transportes de materiais e movimentações de pessoas, que fazem parte dos 7 desperdícios.
Consiste na determinação e padronização do método mais eficaz para a realização dos trabalhos e no treinamento para que todos trabalhem seguindo esse método estabelecido. Se os operadores trabalham utilizando diferentes métodos, é de se esperar que os resultados apresentados sejam diferentes. O Trabalho Padrão é uma das formas de se atuar no MURA.
São dispositivos à prova de falhas, simples e desenvolvidos pelos próprios operadores para evitar erros na produção.
São sistemas de sinalização visíveis a todos para que as informações necessárias à tomada de decisões não dependam da ação do homem, e sim de códigos visuais previamente estabelecidos ou informações visíveis ao alcance de todos, melhorando e tornando mais ágil a comunicação. Sinaleiros são bastante utilizados nas fábricas, onde os códigos definidos para cada uma das suas cores indicam determinada situação facilmente visível, tal como:
Vermelho: Máquina aguardando ou em Manutenção.
Amarelo: Aguardando Material.
Verde: Em Troca de Ferramentas etc.
Corresponde ao treinamento multifuncional dos operadores de forma a se obter uma maior flexibilidade de mão de obra, reduzindo custos e aumentando a empregabilidade das pessoas.
São programas que estimulam os próprios operadores a se reunirem para resolver problemas ou tratar de melhorias em seus Postos de Trabalho. “O homem não é mais o problema, mas parte da solução, não sendo pago apenas para executar, e sim para pensar”.
Ferramenta utilizada para mapear os processos, identificando os tempos gastos com valor agregado e sem valor agregado como forma de visualização de oportunidades para a melhoria dos processos.
Ferramenta utilizada para aumentar a disponibilidade dos equipamentos através da quebra do paradigma “a produção produz e a manutenção conserta”. Na MPT, todos são responsáveis pelos equipamentos, desde os operadores até o pessoal de manutenção, engenharia e de outros setores. Nos trabalhos de MPT utiliza-se, como forma de acompanhamento, um Indicador chamado de Eficácia Geral do Equipamento (OEE-Overall Effectiveness of Equipment), que considera a disponibilidade do equipamento, a sua performance e os seus índices de qualidade.
É uma ferramenta de programação da produção e de materiais que utiliza o conceito de produção puxada, em que cada etapa do processo só tem autorização para produzir se a etapa seguinte necessitar de produto.
O lean manufacturing aplicado ao projeto de instalações produtivas
Os conceitos de Produção Enxuta aplicados no Projeto de Instalações
Com relação ao Projeto de Instalações Produtivas, é de suma importância que os desperdícios vistos aqui sejam bem conhecidos pelo Projetista, já que certamente a maioria deles ocorrerá em decorrência de um projeto mal elaborado, impactando de forma significativa nos resultados operacionais e financeiros da empresa.
A seguir, vejamos algumas situações de desperdício:
TRANSPORTE DE MATERIAIS E PRODUTOS
Quanto maior a distância entre as estações de trabalho, maior a necessidade de transporte de materiais, demandando tempo e dinheiro, não só no transporte como também nos custos decorrente da utilização de equipamentos de movimentação (custos de operação e de manutenção, além do investimento na aquisição destes) e de área necessária para o transporte de produtos (corredores, áreas de manobras etc.).
Movimentação de pessoas
Atividade que não agrega valor ao produto, a movimentação de pessoas também é influenciada pelo projeto do processo e do layout. Quanto mais próximos forem os postos de trabalho uns dos outros, menores serão os deslocamentos de pessoal, em especial durante o retorno em vazio após transportes de materiais para outros postos.
Além disso, quanto ao projeto do posto de trabalho, suas áreas de abastecimento de matérias-primas e retirada de produtos processados devem ser o mais próximo possível das áreas de operação.
Esperas
Geralmente ocorrem por dois motivos: desbalanceamentos entre estações de trabalho em razão das diferentes capacidades produtivas (projeto do processo); ou grande distância entre estações de trabalho consecutivas devido a problemas na elaboração do layout, já que postos distantes um dos outros geralmente impedem o fluxo unitário de peças, levando ao processamento de lotes e ocasionando esperas (enquanto uma peça está sendo processada, as demais peças do lote estão aguardando processamento), o que eleva substancialmente os lead times de fabricação.
Processos inadequados
Decorrentes de falhas no projeto do processo, geram custos e desperdício de tempo, comprometendo os resultados operacionais da empresa.
Estoques
Requerem área para estocagem, causam tumulto na fábrica e imobilizam capital. O Projeto do Processo deve ser concebido de forma a considerar o mínimo possível de materiais em estoque e a assegurar o fluxo produtivo.
Superprodução
Assim como os estoques, requerem área, causam tumulto na fábrica e imobilizam capital, além de ocupar equipamentos fazendo com que outros produtos fiquem aguardando o término do lote em processamento, causando esperas e longos lead times.
Com relação às ferramentas apresentadas, três delas apresentam grande impacto no Projeto da Instalação:
Se a fábrica não tiver um Sistema de Troca Rápida de Ferramentas implementado, certamente a produção será planejada em grandes lotes, gerando esperas, grandes áreas para estocagem de materiais (lotes) aguardando processamento e longos lead times de fabricação. Portanto, essa definição é muito importante no momento de elaboração do layout da fábrica.
A utilização de células de manufatura com os postos de trabalho praticamente juntos em forma de U ou C minimizam transportes e movimentações. Permite um melhor balanceamento de linhas através da polivalência de mão de obra, reduz esperas, aceleram o fluxo de produção, reduzem estoques de materiais em processo e lead times de produção.
A utilização do Sistema Kanban requer o dimensionamento dos miniestoques e quadros porta kanbans (quando for o caso) para o dimensionamento de espaços nas estações de trabalho. Para tal, o Projeto de Trabalho assume papel importante nesta etapa, pois fornece informações para o Projetista da Instalação.
Verificando o aprendizado
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Conclusão
Considerações Finais
Cada uma das Revoluções Industriais trouxe importantes desenvolvimentos para a humanidade, em especial para o setor industrial. Assim, os sistemas de produção evoluíram ao longo do tempo, desde a produção artesanal, passando pelos sistemas de produção em massa com elevado nível de automação e produção enxuta, até os Sistemas Cyber-Físicos e demais tecnologias que integram os mundos real e virtual, tornando o trabalho físico cada vez independente do homem e proporcionando que as fábricas funcionem com o mínimo de interferência humana.
No desenvolvimento do Projeto de Instalações Produtivas, no entanto, apesar do grande avanço tecnológico que se apresenta, é importante o conhecimento dos conceitos da Produção Enxuta, de forma que os desperdícios sejam identificados e eliminados (ou minimizados), muitas vezes com a aplicação das novas tecnologias disponíveis.
Podcast
CONQUISTAS
Você atingiu os seguintes objetivos:
Descreveu as características e tecnologias aplicadas na indústria 4.0
Reconheceu os conceitos relacionados à Manufatura Aditiva, Sistemas Cyber-Físicos e Fábricas Escuras
Identificou a origem e os conceitos relativos ao Pensamento Enxuto (Lean Thinking)
Desperdício é tudo aquilo que consome recursos, mas não agrega valor ao cliente.