CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

TROCA RÁPIDA DE FERRAMENTA - TRF

Projeto de pesquisa apresentado como requisito parcial para a obtenção do grau em G2 da disciplina de Instrumentalização científica no curso de Engenharia de Produção pela Universidade Luterana do Brasil – Carazinho.

Acadêmicos (as): Edson José França, Jeferson Muller e Viviane Cristine Fries. Orientadores: Prof. Nelci Ehrhardt.

CARAZINHO

2010

UNIVERSIDADE LUTERANA DO BRASILULBRA CARAZINHO

COMUNIDADE EVANGÉLICA LUTERANA SÃO PAULOReconhecida pela Portaria Ministerial nº 681, de 07/12/89 – DOU de 11/12/89

1 IDENTIFICAÇÃO DA PESQUISA

1.1 Tema

Os benefícios completos completos da TRF somente podem ser atingidos depois

da realização de uma análise das operações de setup e da identificação dos seus

quatro estágios conceituais. Entretanto, técnicas efetivas podem ser aplicadas a cada

estágios, levando a reduções impressionantes do tempo de setup e a melhorias

drásticas na produtividade, mesmo nos estágios iniciais da aplicação do método.

1.2 Problema

A implementação do sistema de Troca Rápida de Ferramenta favorecerá o

processo individual de conformação do setor de Estamparia de uma indústria de

implementos agrícolas de grande porte, situada na região norte do Rio Grande do Sul,

que fabrica uma grande linha de produtos voltada para a área de agricultura de

precisão .

1.3 Hipótese ou questões norteadoras

O setor de Estamparia de uma indústria de implementos agrícolas da região norte

do Rio Grande do Sul, devido a sua grande linha de implementos também há uma

grande armazenagem de ferramentas e nisso vem as dificuldades no setups das

mesmas. Devido a esse grande fluxo de ferramental surgem as dificuldades na troca

dos mesmos e por isso que se leva a questão de TRF.

2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Atualmente a necessidade para baixos setups é maior do que antigamente pela

necessidade das empresas em introduzir a produção enxuta, pois o baixo setup é um

dos pilares deste sistema produtivo. (Alves, 2006)

A diminuição do tempo de setup para resolver problemas de capacidade tem

um ganho facilmente calculado, que geralmente é a não necessidade de se comprar

uma nova máquina.

Os benefícios na redução do setup segundo Mcintosh (apud Alves, 2006) são :

• Reduzir recursos (ex.: menos necessidade de mão de obra, menos

necessidade da habilidade da mão de obra);

• Aumentar flexibilidade;

• Aumentar o controle do processo (ex.: aumentar a qualidade do produto,

aumentar a confiabilidade do processo);

• Reduzir o tempo de parada de equipamentos;

• Reduzir inventário.

A metodologia de Shigeo Shingo (SMED – single minute Exchange of die) foi

publicada pela primeira vez no Ocidente em 1985, e é referência principal quando se

trata de redução dos tempos de setup de máquinas.

Os estudos sistemáticos realizados por Shingo foram escritos em seu livro

SMED – revolution in manufacturing – descreve algumas técnicas que auxiliam na

metodologia e oferece diversos exemplos de aplicações do SMED em empresas.

Na criação do SMED, Shingo distingue três etapas para o desenvolvimento da

metodologia que foi concebida ao longo de 19 anos (Shingo, 1985, apud Sugai, 2007).

Na primeira etapa realizada e 1950, Shingo identifica e classifica como setup

interno o conjunto de atividades realizadas com a máquina parada e setup externo

como o conjunto de operações realizadas com a máquina em funcionamento.

Na segunda etapa, em 1957, foi realizada a duplicação de ferramentas para

que o setup fosse feito separadamente, gerando aumento de 40% na produção.

Finalmente a terceira etapa ocorreu em 1969 na Toyota Motors Company, em

que cada operação de setup de uma prensa de 1000 toneladas exigia quatro horas de

trabalho, Shingo conseguiu ma redução desse tempo para 90 minutos. Com as

exigências da diretoria da Toyota, são aplicados mais esforços na redução do tempo

de setup, gerando o conceito de conversão de setup interno para setup externo, ou

seja transferindo algumas atividades feitas com a máquina parada para a máquina em

atividade. O tempo total da máquina parada é reduzido para apenas três minutos.

Desta forma Shingo criou sua metodologia SMED, um conceito com uma meta de

tempo : troca de matrizes em menos de dez minutos.

A sigla SMED foi traduzida livremente para troca rápida de ferramentas

(Fogliatto, 2003, p.165).

A troca rápida de ferramentas (TRF) tem por objetivo reduzir o tempo de

preparação(ou setup) de equipamentos, minimizando períodos não produtivos no chão

de fábrica.

A TRF pode ser descrita como uma metodologia para redução dos tempos de

preparação de equipamentos, possibilitando a produção econômica de pequenos

lotes, possibilitando à empresa resposta rápida diante das mudanças do mercado,

exigindo baixos investimentos no processo produtivo (Shingo, 2000, apud Fogliatto &

Fagundes). A TRF reduz a incidência de erros na regulagem dos equipamentos

(Harmon & Peterson, 1991, apud Fogliatto & Fagundes, 2003).

A redução do lead time proporciona aproximação entre requisitos do cliente e

resposta da empresa, resultando fidelidade dos clientes e menor complexidade

gerencial. O tempo ganho no lead time reduz dos custos de manufatura.

A redução do tempo gasto em setup é condição necessária para diminuir o custo

unitário de preparação. Tal redução é importante por três razões (Harmaon &

Peterson, 1991, apud Fogliatto & Fagundes, 2003):

• Quando o custo de setup é alto, os lotes de fabricação tendem a ser grandes,

aumentando o investimento em estoques;

• As técnicas mais rápidas e simples troca de ferramentas diminuem a

possibilidade de erros na regulagem dos equipamentos;

• A redução do tempo setup resultará em um aumento de operação do

equipamento.

A TRF é ferramenta essencial para redução do lead time , mantendo a

competitividade da empresa e atingindo a produção just in time.

3 JUSTIFICATIVA

O presente projeto vem de encontro a uma necessidade das indústrias que

buscam a modernidade em relação a eliminação de perdes e aumento dos lucros,

estamos tratando da TRF – Troca Rápida de Ferramenta.

O objetivo da TRF é a redução e a simplificação do setup, por meio da redução

ou eliminação das perdas relacionadas à operação de setup. A análise parte da

metodologia seminal proposta por Shingo (1996,2000).

Shingo (1996, 2000) define TRF a partir de uma visão primeiramente

estratégica, dividida em dois grupos:

1- estratégias envolvendo habilidades: procedimentos eficientes no setup são

resultados do conhecimento sobre o equipamento e da experiência e habilidade do

operador.

2- estratégias envolvendo o tamanho do lote: aumentando o tamanho dos

lotes , se reduz as perdas decorrentes de setups mais longos.

O processo de melhoria no tempo de troca de ferramentas proposto por Shingo

(2000) é constituído de quatro estágios: no primeiro estágio não se distinguem as

condições de setup interno (que ocorrem com a máquina parada) e externo (que

ocorrem com a máquina em operação). No segundo estágio , considerado o mais

importante na implantação da TRF, ocorre a distinção entre o setup interno e o

externo. No terceiro estágio ocorre a análise da operação de setup, verificando a

possibilidade de converter o setup interno em externo e no quarto estágio é feita a

análise de cada ação das operações de setup, buscando sua racionalização por meio

da eliminação de ajustes e operações do setup.

4 OBJETIVOS

4.1 Objetivo Geral

Este projeto de pesquisa tem como objetivo a aplicação de um sistema de troca

rápida de ferramenta aplicada em uma indústria metal mecânica, para assim

podermos demonstrar os conhecimentos adquiridos no curso de Engenharia de

Produção e as ferramentas que ela nos disponibiliza. Constituido na aplicação da TRF

para redução do tempo de parada para manutenção de um equipamento crítico do

processo, aumentando, com isso a sua disponibilidade. Para isso, foi necessário

também o desenvolvimento de uma metodologia detalhada e eficiente desta aplicação,

de forma a facilitar a sua utilização e permitir a obtenção de resultado mais

rapidamente. Assim, o objetivo geral do trabalho consistiu na aplicação da TRF,

simultaneamente, ao desenvolvimento da metodologia de aplicação.

4.2 Objetivos Específicos

• Levantamento teórico sobre a TRF;

• Listagem das atividades realizadas durante a parada para manutenção antes

da melhoria;

• Identificação das atividades internas e externas;

• Conversão de atividades internas em externas, preparando uma nova

sequencia;

• Realização de um mapa de deslocamento (percursos e distâncias percorridas

pelos mantenedores) antes da melhoria;

• Redução de ferramentas utilizadas pelos mantenedores e organização das

mesmas;

• Análise da forma de aplicação da TRF;

• Realização da operação com a sequencia otimizada desenvolvida;

• Descrição de cada etapa de aplicação da TRF para preparação da

metodologia.

4.3 Metodologia

A metodologia genérica para implantação da TRF é composta por quatro

estágios: estratégico, preparatório, operacional e de comprovação.

4.3.1 Estágio estratégico

• Convencimento da alta gerência

O convencimento da alta gerência pode ser promovido pela visualização da

necessidade de mudança e dos possíveis resultados de melhoria.

• Definição de metas

As metas devem levar em consideração três fatores:

1. indicadores que comprovem a situação inicial dos tempos de setup antes do

início do projeto;

2. definição do percentual de redução de tempo setup que se quer alcançar;

3. definição de cronograma de implantação, contendo as atividades, os

responsáveis por atividades e uma previsão do tempo para a conclusão de

cada atividade.

• Escolha da equipe de implantação

A equipe de implantação é responsável pela velocidade e pelo sucesso das

ações do projeto, por isso deve possuir conhecimento dos processos, autonomia,

capacidade de liderança, posição de respeito e presença de representantes de todas

as áreas da empresa.

• Treinamento da equipe de implantação

Devem ser considerados durante todo o treinamento: o número de

participantes suficiente para que atuem como multiplicadores, o emprego de exemplos

práticos, conhecimento adquirido deve ser suficiente para possibilitar o repasse da

metodologia a todos os participantes.

• Definição de estratégia de implantação

Corresponde ao planejamento do projeto de TRF

4.3.2 Estágio preparatório

• Definição do produto a ser inicialmente abordado

Utilização da curva ABC, dirigindo os esforços para a categoria A da curva,

pois a redução de setup obtida nestes itens resultará em maior ganho financeiro para

a empresa.

• Definição do processo a ser inicialmente abordado

Conforme Shingo (2000), uma metodologia de TRF deve ser aplicada a todas

as atividades produtivas do processo de manufatura que contenham operações de

setup, devendo ser iniciados por meio de experiência piloto.

• Definição da operação a ser inicialmente abordada

Segundo Kannenberg (1994), sob o enfoque da Teoria das Restrições proposta

por Goldratt & Cox (1992), após a utilização dos conceitos de identificação das

restrições, pode-se encontrar a aplicação prática de TRF, a possibilidade de solução

para a restrição, o que pode evitar a aquisição de novos equipamentos e

principalmente, estabelecer uma operação para dar início à aplicação prática da

metodologia de TRF. (Fogliatto & Fagundes, 2003, p.169).

4.3.3 Estágio operacional

• Análise de operação a ser inicialmente abordada

As atividades são relacionadas por meio de uma lista de verificação, contendo

a descrição das atividades realizadas no setup quanto a seu tempo médio de

execução e indivíduos responsáveis.

• Identificação das operações internas e externas

Identificação e separação das operações do setup que podem ser realizadas

com o equipamento em operação, ates da parada para início de nova operação.

• Converter setup interno em externo

As operações do setup interno, separadas das operações do setup externo na

etapa anterior, devem ser reexaminadas para verificar a possibilidade de serem

realizadas com o equipamento em operação.

• Praticar a operação de setup e padronizar

Colocar em prática as ações definidas na observação e análise, contabilizando

os resultados de melhoria alcançados e repetindo as ações de setup até a obtenção

do melhor resultado.

O trabalho padronizado é a combinação ótima de operários, máquinas e

materiais (Imai, 1990, apud Fogliatto & Fagundes, 2003).

• Eliminar ajustes

Os ajustes consomem de 50% a 70% do tempo de setup interno (Modem,

1983). Sendo uma operação desnecessária, o ajuste deve ser eliminado,

possibilitando um processo estável logo após a operação de setup.

• Eliminar o setup

A eliminação do setup, ideal e contexto de manufatura just in time, geralmente

não é viável na prática, mas outra solução, como a automatização do setup seria mais

adequada, contribuindo para a redução nos tempos de setup.

4.3.4 Estágio de consolidação• Consolidação da TRF em todos os processos da empresa

Os esforços de redução dos tempos de setup devem estar alinhados às ações

realizadas em todos os processos de manufatura da empresa.

Os indicadores de resultados em uma metodologia de implantação de TRF

podem ser comprovados pela medição do tempo de setup antes e depois da

implantação ou pelo cálculo do lote econômico de fabricação. O tempo de setup é um

ótimo indicador para a aplicação de uma metodologia de TRF, pois é de fácil

verificação durante toda a evolução da implantação. (Fogliatto & Fagundes, 2003, p.

171)

4.4 Delineamento do estudo

O Sistema Toyota de Produção (STP), sistema de produção fundado por

Taiichi Ohno e desenvolvido na Toyota Motor Company, busca a eliminação de todas

as perdas do processo produtivo (SHINGO, 1996, p.101) e é a base para a realização

de uma Produção Enxuta (LIKER, 2005, p.29). Para isso, conta com os seus dois

pilares de sustentação fundamentais: o Just-in-time (JIT) e a Autonomação (ou Jidoka)

(OHNO, 1997, p.25). Produzir de acordo com o Just-in-time significa a fabricação de

peças, e a passagem das mesmas para as próximas etapas do processo, apenas no

momento em que serão utilizadas e na quantidade necessária (SHINGO, 1996, P.103;

SLACK et al, 2002, p.482). Autonomação é a autonomia dada ao operador e à

maquina para parar o processo ao perceberem alguma anomalia (OHNO, 1997, p.28).

O STP utiliza muitas técnicas e ferramentas para alcançar seus objetivos. Uma delas é

a Troca Rápida de Ferramentas, conhecida por TRF, cuja aplicação pretende diminuir

o tempo de setup das máquinas e aumentar a utilização das mesmas. O setup é o

conjunto das tarefas necessárias para a mudança de produção de um lote de produtos

X para a produção de um lote de produtos Y, desde o momento em que se termina de

produzir a últimas peça de X até o momento de produção do primeiro Y nas condições

de qualidade determinadas (BURGER, 2004, p.40).

A aplicação da TRF permite a redução do Lead Time de fabricação

(tempo entre o recebimento da matéria-prima até a expedição dos produtos acabados

para os clientes) (BURGER, 2004, p.65) e o nivelamento da produção ou Heijunka (a

produção das mesmas quantidades dos vários tipos de produto todos os dias) (OHNO,

1997, p. 108, 133 e 134) O sistema de TRF foi desenvolvido por Shingo, que percebeu

a existência de dois grupos de atividades durante um setup: atividades internas,

aquelas que exigem uma interrupção do processo de produção por só poderem ser

executadas com a máquina desligada ou com ritmo de produção reduzido, e as

atividades externas, aquelas que não interrompem o processo, pois podem ser

realizadas com a máquina em operação normal (SHINGO 1996, p.79; SHINGO, 2000,

p.44). Esta classificação tem importância primordial para a implantação da TRF.

Shingo percebeu também a possibilidade de conversão de atividades internas em

atividades externas, o que melhoraria o setup por diminuir o tempo de máquina parada

(SHINGO, 2000, p.50). Este processo de conversão das atividades é dividido por

Shingo (1996, p.89; 2000, p.48) em quatro estágios conceituais: no início, não há

distinção entre setup interno (das atividades internas) e setup externo (das atividades

externas), depois há a separação entre eles, em seguida há a conversão de setup

interno em externo e por fim, ocorre a racionalização das atividades de set-up interno

e externo. Ele propõe um método redução do tempo de setup que consiste nas oito

principais técnicas de TRF (SHINGO, 1996, p.82) e busca a otimização de cada um do

quatro estágios conceituais. São elas:

1. Separação das operações de setup internas e externas;

2. Conversão setup interno em externo;

3. Padronização de peças necessárias para o setup;

4. Utilização de grampos funcionais (substituição de parafusos com roscas

longas);

5. Utilização de dispositivos intermediários padronizados facilitando a centragem

e o posicionamento de peças;

6. Realização de operações paralelas (com o uso de mais de um operador

realizando atividades simultâneas);

7. Eliminação de ajustes (aplicação de dispositivos que padronizem a operação

de ajustes reduzindo o tempo de start-up);

8. Mecanização.

Das oito técnicas, as de número 1, 2 e 6 são de análise e organização das

atividades, e não de mudanças estruturais, como são as outras. Apesar de exigirem

menos investimento em dinheiro, a aplicação já traz grande retorno. Mesmo a

aplicação apenas da técnica 1, já reduz o tempo de setup interno entre 30% e 50%.

(SHINGO, 1996, p.82)

Shingo considera também os tempos de preparação de atividades de inspeção,

transporte ou estocagem como setups (SHINGO, 2000, p.33), não estando, no

entanto, relacionados a utilização das máquinas.

4.6 Procedimentos metodológicos

4.6.1 Técnicas de Coleta

O método utilizado para troca de uma ferramenta anteriormente na empresa

em estudo e questão, é considerado um tanto demorado e o tempo aproximado desta

efetiva troca era de 30 min. Mas o que devemos destacar é o alto teor de perigo que

os operadores e seus auxiliares se expunham (esse setup era realizado com duas

pessoas), devido ao processo ser quase todo manual e com manuseio de talhas, onde

a ferramenta poderia cair de uma altura elevada se houvesse uma falha humana e

neste fato poderia-se ter um prejuízo grande; pois uma ferramenta deste porte,

dimensional grande tem um custo alto, podendo até custar entre R$ 60.000,00

(sessenta mil) à R$ 100.000,00 (cem mil) para sua fabricação e sua manutenção

dependendo do defeito até aproximadamente R$ 10.000,00 (dez mil). Onde os

defeitos podem surgir de mal uso devido a incorreta instalação e até mesmo na própria

queda entre o deslocamento da prateleira até a máquina (que no caso é uma prensa).

E o método utilizado para troca de uma ferramenta atualmente na empresa em

que está sendo aplicada a TRF (Troca Rápida de Ferramenta), está sendo muito

eficaz pois foi atingido uma redução de 66,66% no tempo de troca, isto significa que

de 30 min passou para 10 min. Como podemos explicar isso? Da seguinte maneiras,

anteriormente a mesma troca era feita com talhas e serviço manual, como foi

explicado no paragrafo anterior e atualmente esta sendo seguido os seguintes passos:

a ferramenta é pega por uma empilhadeira na prateleira onde ela é armazenada com

seu devido endereço, coloca-se a mesma na mesa giratória; onde há espaço para

duas ferramentas; e ao girar a mesa empurra-se a ferramenta para cima da máquina.

O operador já inicia a operação de estampagem/conformação e seu auxiliar já esta

preparando a próxima troca da ferramenta devido a mesa giratória ter capacidade para

duas ferramenta/matriz.

Neste estudo de caso mostramos a vantagem da TRF devido a diminuição do

tempo de setup e também o tempo que ganhamos para novos setups. Pois se

diminuímos 66,66%, onde antes faríamos 8 trocas hoje podemos fazer 16 trocas e

ganhamos além de tempo e rendimento uma satisfatória economia nos custos. E

lucraremos na fabricação de diversas outros modelos de peças neste tempo

economizado.

4.6.2 Técnicas de análiseNo esquema abaixo demostrado podemos avaliar a diminuição conseguida e

ao mesmo tempo o lucro que se irá alcançar devido a economia feita. Pois uma prensa

de grande porte como nesta que foi efetuada a TRF, prensa com capacidade de 800

toneladas, é um grande feito e um alcance importante para a eficaz capacidade

produtiva da empresa metal mecânica em questão.

Na troca de 1 ferramenta consegui-se uma diminuição de 20 min e em um dia

inteiro de trabalho que se equivale a 8h e 48min, consegue-se dobar a quantidade de

setups efetuados diariamente, de 8 setups para 16 setups.

5 RECURSOS HUMANOS

Edson França: Coleta e Aplicação de Dados / Pesquisa

Jeferson Muller: Análise de Dados

Viviane Cristine Fries: Elaboração Científica / Pesquisa

6 ASPECTOS ÉTICOS

A TRF, criado por Shigeo Shingo é usada nos equipamentos do processo de

manufatura industrial, auxiliando na economia de tempo e na redução de custos,

minimizando períodos não produtivos no chão de fábrica. Hoje não é possível falar em

produção lean sem ter um completo domínio dos setups. Os setups rápidos

contribuem para a redução de custos, aumento da capacidade produtiva, redução de

estoques, produção em lotes menores, redução do lead time, aumento da qualidade e

redução de custos pela eliminação de retrabalho e desperdícios de materiais, entre

outras.

7 CRONOGRAMA

Detalhamento das atividades a serem desenvolvidas durante o processo de

elaboração da monografia, artigo ou relatório. Sugere-se que o cronograma seja feito

em espécie de quadro, conforme modelo a seguir (que poderá ser alterado de acordo

com as orientações de seu curso):

Atividade Out. Nov. Dez.Levantamento bibliográfico X XLeitura e fichamento XColeta de dados XAnálise dos dados XRedação X XOrganização lógica XAplicação Prática XIntrodução e Conclusão XEntrega Projeto XApresentação Projeto XContatos com o professor X X X

REFERÊNCIAS

• SUGAI, Miguel; MCINTOSH, Richard Ian; NOVASKI, Olívio. Metodologia de

Shingeo Shingo (SMED). Revista Gestão e Produção, São Carlos, v 14, n 2 , p

323-338, ago 2007. Disponível em : <http://www.scielo.br.>

• ALVES, João Murta; REIS, Mário Eduardo Pauka. Um estudo de caso: um guia

para se calcular o ganho originado pela redução do tempo de setup. XXVI

ENEGEP, Fortaleza, 2006. Disponível em : <http://www.abepro.org.br.>

• FOGLIATTO, Flávio Sanson; FAGUNDES, Paulo Ricardo Motta. Troca rápida

de ferramentas: proposta metodológica e estudo de caso. Revista Gestão &

Produção, v10, n2, p.163-181, ago.2003. Disponível em:<http://www.scielo.br.>

• SHINGO, Shigeo. O Sistema Toyota de Produção, “Do Ponto de Vista da

Engenharia de Produção”. Porto Alegre: Bookman, 1996, p 77-95 ; 141-198

• SHINGO, Shigeo. Sistema de Troca Rápida de Ferramenta, “Uma Revolução

nos Sistemas Produtivos”. Porto Alegre: Bookman, 2000, p 43-51 ; 69-126

• OHNO, Taiichi. O Sistema Toyota de Produção , “além da produção em larga

escala”. Porto Alegre: Bookman, 1997.

• LIKER, Jeffrey. O Modelo Toyota: “14 princípios de gestão do maior fabricante

do mundo”. Porto Alegre: Bookman, 2005.

ANEXOS

A - Modelo Antigo

1º etapa:

Movimentação com talha de + / - 50m, da prateleira de armazenagem até a parte da frente da prensa de 800 ton.

2º etapa:

Ferramenta colocada em cima do trilho de deslocamento manual e após colocada deve ser ajustado o trilho com a altura da mesa da prensa; ajuste feito com talha.

3º etapa:

Esforço humano de 2 pessoas para colocar a ferramenta em cima da mesa da prensa e após iniciar o ajuste para inicio da operação.

B - Modelo Atual

1º etapa:

Movimentação com empilhadeira de + / - 15m, da prateleira de armazenagem até a parte da trás da prensa de 800 ton.

2º etapa:

Ferramenta colocada em cima da mesa giratória de deslocamento manual, com esforço humano de 1 pessoa para colocar a ferramenta em cima da mesa da prensa e após iniciar o ajuste para inicio da operação.

3º etapa:

Auxiliar do operador da prensa 800 toneladas já iniciando setup da próxima ferramenta em quanto a máquina está estampando/conformando.