Planeamento de Experiências na Soldadura na GE Power Controls Portugal

Planeamento de Experiências na Soldadura na GE Power Controls Portugal Nuno Alexandre da Silva Baptista Soares Dissertação de Mestrado Orientador na FEUP: Professor Hermenegildo Pereira Orientador na GEPC Portugal: Engenheiro Rui Inácio Amaro Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto 2013-01-22 Planeamento de Experiências na Soldadura ii Planeamento de Experiências na Soldadura iii Aos meus pais, Joaquim e Filomena Planeamento de Experiências na Soldadura iv Resumo Esta dissertação relata a execução de um planeamento de experiências (DOE) em operações de soldadura, projeto que visa tanto a redução do tempo de ciclo da operação, como da sucata a esta associada, sem comprometer a qualidade do produto. O primeiro passo para implementar qualquer projeto é a análise do caso atual. Após a mesma, constatou-se que seria inatingível uma redução de não-conformidades por serem praticamente inexistentes, assim, este projeto foca-se na redução de tempo de ciclo e na redução de sucata indireta. Tratando-se de operações com tempos de ciclo muito curtos, fixou-se um tamanho de lote para análise. Depois do levantamento de dados inicial sobre os processos, e estudo dos mesmos, escolheram-se 4 parâmetros com 3 níveis cada para o planeamento de experiências. Utilizou-se uma matriz ortogonal de Taguchi (L27) como guia das experiências. A variável de saída otimizada foi o tempo de ciclo. Como consequência da análise do primeiro DOE decidiu-se executar mais dois, um na mesma operação e outro numa distinta, ambos com 2 variáveis de saída (tempo de ciclo e resistência da soldadura) um com 3 fatores e o último com somente 2 fatores. Em ambos foi possível aplicar um plano fatorial porque contemplavam menos experiências do que no primeiro DOE. Os dados obtidos foram analisados estatisticamente por análise ANOVA complementada por testes de significância e gráficos de modo a facilitar a compreensão. Como conclusão deste projeto apresenta-se uma combinação de fatores ideais e uma noção do peso geral de cada fator nas variáveis de saída, apenas se apresentam conclusões para dois dos DOE por não ter sido possível uma condução livre de ruídos no terceiro. Complementarmente referem-se algumas sugestões e soluções para agilizar práticas e métodos em atividades produtivas experienciadas durante o projeto. Planeamento de Experiências na Soldadura v Design of Experiments in Welding Processes Abstract This dissertation reports the implementation of a design of experiences in welding operations, project that aims the reduction of the operation’s cycle time, as well as the reduction of the scrap associated to the same operation, without compromising the product’s quality. The first step to implement any protect is the analysis of the current state or problem, after this it was made clear that it would be impossible to reduce the number of defect welding products as these were practicaly inexistent, therefore the project is entirely focused into reduction of cycle time and indirect scrap. As these are operations with very short cycle times, a batch size was fixed for the analysis. After the initial data gathering about the processes, and subsequent study, 4 parameters were chosen, varying within 3 levels each, for the DOE.A Taguchi orthogonal array (L27) was used to plan the experiences. The optimized exit characteristic was the cycle time. After the analysis of the first DOE, the decision to run two more was made, one in the same operation, and other in a different one, both with 2 exit characteristics to optimize( cycle time and weld resistance) one with 3 factors and the last one with 2. Both would follow a fully factorial plan, as there were fewer experiences to be made comparing to the previous DOE. The gathered data were statistically analyzed with ANOVA completed by significance analysis and interpretation aiding graphs. As a conclusion to this project a ideal combination of factors is presented, along with an impression on the effect each factor has on the product’s characteristics, only two of the DOE are granted conclusions as the other was impossible to run without noise infections. Furthermore, suggestions and solutions are presented, to be applied in certain erroneous procedures that crossed this project’s path. Planeamento de Experiências na Soldadura vi Agradecimentos Começo por apresentar os meus agradecimentos profundos à principal ajuda que tive neste projeto, as operárias da área de soldadura da General Electric Power Controls Portugal (GEPCP), especialmente às diretamente envolvidas no projeto, Srª Joana, Srª Elvira, Srª Fernanda e Srª Marisa. Agradeço a quem me acompanhou, incentivou e ajudou em todo o percurso na GEPCP, Srª Ilda, Sr. Fernando, Srª Sara, Sr. José Eduardo, Sr. Jaime, Srª Sandra, Eng.º Felipe Covarrubias, Eng.º Rui Coelho, Eng.º Vitor Neves entre muitos outros. Ainda relativo à GEPCP não posso deixar de expressar toda a minha gratidão aos estagiários presentes no meu dia a dia na empresa, Stephanie, Marta e Laura. Queria por fim deixar aqui um Muito Obrigado ao Eng.º Rui Inácio Amaro por toda a confiança que depositou em mim com um projeto arrojado como este, e por toda a disponibilidade que sempre demonstrou para comigo. Agradeço ao Nuno Casimiro e Mónica Faria, da secretaria do MIEM, por me ajudarem a resolver os problemas burocráticos iniciais associados aos contratos de estágio. Expresso uma enorme gratidão e um imenso respeito pelo meu orientador na FEUP, Eng.º Hermenegildo Pereira, pela disponibilidade demonstrada, pelos conhecimentos passados, pela paciência e atenção que teve comigo e para mim. Não poderia deixar de agradecer a todos os amigos que estiveram presentes na minha vida pessoal durante este trajeto, facilitando a habituação a ambientes e hábitos com os quais não estava acostumado, ajudando-me a ultrapassar mais levemente este desafio, tal como todos os anteriores. O maior agradecimento de todos vai e irá sempre para a minha família, a quem dedico esta dissertação e todos os demais projetos que encarei até então. Finalmente, um sincero agradecimento à GEPCP pela oportunidade facultada, e pela bolsa de estágio que me facilitou bastante a vida pessoal e profissional durante a duração deste estágio. Planeamento de Experiências na Soldadura vii Índice de Conteúdos 1 Introdução ........................................................................................................................................... 2 1.1 GE Power Controls Portugal – “Imagination at Work” .......................................................................... 2 1.2 Planeamento de experiências na soldadura na empresa GEPC Portugal ........................................... 3 1.3 Método seguido no projeto e análise comparativa de abordagens existentes ..................................... 3 1.4 Temas Abordados e sua Organização no Presente Relatório ............................................................. 4 2 Estado da Arte ..................................................................................................................................... 5 2.1 Planeamento de Experiências - DOE ................................................................................................... 5 2.2 Taguchi ................................................................................................................................................ 7 2.3 Lean. .................................................................................................................................................... 9 Gestão Visual .................................................................................................................................. 12 Takt-Time ........................................................................................................................................ 12 Normalização de Trabalho e Kaizen................................................................................................ 12 Sistema Pull e Kanban .................................................................................................................... 13 Heijunka .......................................................................................................................................... 14 Produção celular/Fluxo contínuo ..................................................................................................... 15 SMED (Single Minute Exchange of Die) .......................................................................................... 17 3 Apresentação do problema e do projeto ........................................................................................... 18 3.1 ELCB – Earth Leakage Circuit Breaker .............................................................................................. 18 Soldadura ........................................................................................................................................ 19 Subconjuntos ................................................................................................................................... 20 Térmico ........................................................................................................................................... 23 4 Planeamento de Experiências, Método de Taguchi ......................................................................... 26 4.1 Estado atual e escolha de parâmetros no planeamento de experiências .......................................... 27 OP 120 – Soldadura do contacto-móvel .......................................................................................... 27 OP 130 – Soldadura da pista de arco.............................................................................................. 29 4.2 Execução do Planeamento ................................................................................................................ 31 4.3 Implementação de Sistema de Kanbans ............................................................................................ 34 5 Análise estatística das experiências e reflexão sobre os seus efeitos e resultados ........................ 38 OP 120 ............................................................................................................................................ 38 Análise do 2º ensaio na operação 120 – tempo de ciclo ................................................................. 41 Análise do 2º ensaio na operação 120 – Resistência à tração da ligação soldada ......................... 43 OP130 ............................................................................................................................................. 46 6 Considerações Finais ........................................................................................................................ 48 6.1 Conclusões ........................................................................................................................................ 48 6.2 Sugestões e trabalhos futuros ............................................................................................................ 50 Referências ............................................................................................................................................ 51 Bibliografia ..................................................................................................... Erro! Marcador não definido. ANEXO A: Matriz Ortogonal de Taguchi – L27 – Operação 120 DOE 1 ....................................... 52 ANEXO B: Matriz Completamente Fatorial – Operação 120 DOE 2 .............................................. 53 ANEXO C: Matriz Completamente Fatorial – Operação 130 DOE 3 .............................................. 54 ANEXO D: Planta do 2º piso da Fábrica, área dedicada aos ELCB ...................................................... 55 Anexos Restantes – Instruções de Trabalho, Controlo e Programas de Soldadura ............................. 56 Planeamento de Experiências na Soldadura viii Ìndice de Figuras Figura 1 - Dispersão de valores, diferença entre normal e desejado por Taguchi ...................... 7 Figura 2 - Ciclo SDCA ............................................................................................................. 12 Figura 3 - Esquema do nivelamento de produção .................................................................... 14 Figura 4 - Produção em células ................................................................................................ 15 Figura 5 - Exemplo de Value Stream Map ............................................................................... 16 Figura 6 - ELCB's ..................................................................................................................... 18 Figura 7 - Layout atual da área de soldadura............................................................................ 19 Figura 8 - Subconjunto Magnético 2P 30/ 60 S ....................................................................... 21 Figura 9 - OP300, Soldadura de bobine ................................................................................... 22 Figura 10 - OP230, atravessar tranças por núcleo. OP200, soldar borne curto ........................ 22 Figura 11 - Subconjunto Térmico 2P 30/60 ............................................................................. 23 Figura 12 - OP230 .................................................................................................................... 24 Figura 13 - OP130 .................................................................................................................... 24 Figura 14 - OP120 .................................................................................................................... 24 Figura 15 - OP200 .................................................................................................................... 24 Figura 16 - OP170 .................................................................................................................... 24 Figura 17 - OP160 .................................................................................................................... 24 Figura 18 - OP140 .................................................................................................................... 24 Figura 19 - Operações de soldadura do subconjunto Neutro 2P 15/45 .................................... 25 Figura 20 - Comparação elétrodo retificado com elétrodo por retificar ................................... 29 Figura 21 - Extrato de tabela utilizada na recolha de dados durante o DOE ............................ 31 Figura 22 - Esquema da Organização do sistema de abastecimento de subconjuntos ............. 35 Figura 23 - Esquema ilustrativo da distribuição dos contentores na estante de soldaduras ..... 36 Figura 24 - Formato etiqueta contentores ................................................................................. 37 Figura 25 - Formato sinal de produção ..................................................................................... 37 Planeamento de Experiências na Soldadura ix Índice de Tabelas Tabela 1 - Níveis concetuais do SMED e técnicas associadas (SHINGO,1985) ..................... 17 Tabela 2 - Sequência de operações de soldadura no subconjunto magnético .......................... 21 Tabela 3 - Informação sobre operações de soldadura no subconjunto magnético ................... 21 Tabela 4 - Informação e cronologia das operações de soldadura no subconjunto térmico ...... 23 Tabela 5 - Informação e cronologia das operações de soldadura no subconjunto neutro ........ 25 Tabela 6 – Dados recolhidos nas medições iniciais da Operação 120 ..................................... 27 Tabela 7 - Fatores e níveis utilizados no DOE relativo a OP 120 ............................................ 28 Tabela 8 - Dados recolhidos nas medições iniciais da Operação 130 ...................................... 30 Tabela 9 - Fatores e níveis utilizados no DOE relativo a OP130 ............................................. 30 Tabela 10 - Dados de apoio à implementação do sistema Kanban .......................................... 35 Tabela 11 - Capacidades de Kanban por subconjunto ............................................................. 36 Tabela 12 - Configuração ideal para operação 120 dada pelo DOE ........................................ 40 Tabela 13 - Fatores e níveis utilizados no segundo DOE relativo a OP120 ............................. 40 Tabela 14 - Configuração ideal de parâmetros para otimização de tempo de ciclo dado pelo segundo DOE relativo a OP120 ............................................................................................... 42 Tabela 15 - Combinação final resultado dos 3 DOE ................................................................ 45 Tabela 16 – Resultado final dos DOE ...................................................................................... 48 Índice de Gráficos Gráfico 1 - Efeito dos níveis de cada fator no tempo de ciclo.................................................. 38 Gráfico 2 - Tempos de ciclo por tempo de soldadura............................................................... 39 Gráfico 3 - Tempos de ciclo por estado de elétrodo inferior .................................................... 39 Gráfico 4 - Efeito da variação de fatores no Tempo de ciclo ................................................... 41 Gráfico 5 - Tempos de ciclo em função estado dos elétrodos .................................................. 42 Gráfico 6 - Efeito dos fatores na resistência da ligação soldada .............................................. 43 Gráfico 7 - Resistência da solda em função de temperatura de soldadura ............................... 44 Gráfico 8 - Resistência da solda em função do estado dos elétrodos ....................................... 44 Gráfico 9 – Efeito de fatores no tempo de ciclo, OP 130 ......................................................... 46 Gráfico 10 - Efeito dos fatores na resistência da ligação soldada ............................................ 47 Planeamento de Experiências na Soldadura 6 Todo o propósito do DOE é o de otimizar e regularizar um processo, fazendo-o sem alterar os seus componentes ou intervenientes, apenas modificando as relações entre eles, sendo assim uma ferramenta de apoio ao controlo de qualidade e produção bastante económica e maioritariamente eficaz, tornando o processo mais eficiente, ou o produto final mais robusto e resistente à variabilidade ou a possíveis intempéries incontroláveis (problemas ambientais, aprovisionamento, variação dimensional,…). Assim sendo, o DOE é uma ferramenta utilizada na melhoria contínua tanto de processos como produtos. Para mais informação sobre aplicação prática do DOE, consultar Funkenbusch (2005) No caso deste projeto, o objetivo inicial do DOE passava por otimizar o processo de soldadura do neutro, reduzindo o desperdício, diminuindo tempos de ciclo e aumentando deste modo a produtividade das células. Planeamento de Experiências na Soldadura 7 2.2 Taguchi O Dr. Genichi Taguchi, nascido no Japão em 1924 e falecido em 2012, é considerado como um dos gurus da qualidade, ao lado de nomes como Ishikawa, Juran ou Deming, por todo o seu trabalho no âmbito do DOE, e por ter redefinido o conceito de qualidade. Segundo Taguchi a qualidade de um produto é definida por: “a perda causada à sociedade pelo produto, desde o momento em que este é expedido para o cliente”. Desenvolveu a maior parte do seu trabalho nos anos 50, utilizando uma abordagem diferente ao DOE clássico criado anos antes (1924) por Sir R. A. Francis. De um modo sucinto, a diferença prática entre estes dois métodos, é resumida em poucas palavras do seguinte modo: “o planeamento de experiências clássico defende fortemente uma abordagem sequencial e adaptável à experiência enquanto que a abordagem de Taguchi utiliza uma grande experiência para estudar todos os efeitos principais bem como algumas interações importantes”[ Jiju Antony, 2006] Taguchi começa por sugerir que a qualidade vem da robustez do processo, que produz algo e da sua invariabilidade face a condições perturbadoras (ruído). Enquanto a qualidade, de um processo produtivo ou produto, é muitas vezes definida por dois valores de controlo, LIE e LSE, Taguchi define-a como a proximidade a um valor específico, e tenta estabilizar o processo produtivo, assim como as características do produto, em torno desse valor, como se encontra ilustrado na figura seguinte, onde “LIE” e “LSE” representam os limites inferiores e superiores das características do produto, “u.p.” é o número ou percentagem de peças produzidas, “y” representa a medição da característica do produto sendo que “y0”será o valor alvo para o qual Taguchi sugere ser planeada a produção. Num sentido mais prático, descrevendo já algo do que vem retratado experimentalmente no presente relatório, Taguchi sugere um rácio S/N, utilizado para medir a resistência do processo às intempéries incontroláveis. Figura 1 - Dispersão de valores, diferença entre normal e desejado por Taguchi Planeamento de Experiências na Soldadura 8 Existem 3 tipos de sinal-ruído:  Um para quando se pretende que a característica final mensurável, chamada sinal de saída, se aproxime de um valor nominal - nominal is better  Outros dois para quando se pretende que este sinal atinja valores extremos:  Máximos - higher is better  Mínimos - smaller is better Em todo o caso, quanto maior for o rácio, maior é a estabilidade das características de saída do processo. É este rácio, juntamente com os resultados efetivos, que serão analisados após as experiências, sendo então levado em conta não só o resultado da experiência, mas também a robustez desse mesmo resultado. As experiências são realizadas segundo uma matriz ortogonal, preparada para cobrir as principais interações e os níveis de fatores estatisticamente mais relevantes. Estas foram aperfeiçoadas e normalizadas por Taguchi, e permitem-nos realizar um DOE com menos ensaios do que a grande parte de outros métodos, atingindo conclusões de igual peso no planeamento de um processo. Consultar Taguchi (1990) para aprofundar as bases estatísticas do seu método. A escolha, utilização e interpretação destas matrizes serão descritas mais à frente no decorrer da experiência em si. Planeamento de Experiências na Soldadura 9 2.3 Lean O planeamento de experiências em processos está obviamente associado à diminuição do desperdício, seja em recursos utilizados ou tempo. Isto acaba por tornar o planeamento de experiências numa ferramenta da abordagem Lean. Podemos associar o nascimento do Lean, na década de noventa (séc.XX), ao reconhecimento pelos E.U.A do TPS (Toyota Production System). A história deste sucesso começa com Sakichi Toyoda que funda a Toyota Motor Co. em 1937. O seu filho, Kichiro Toyoda, estuda e aprofunda o sistema de produção implementado pela Ford (1ª metade do séc. XX) e posteriormente Taiichi Ohno adapta-o às realidades do mercado japonês, inventando o conceito de JIT e aprofundando o TPS. Convém ter em conta que tanto a criação do TPS e consequentemente do Lean, como a sua total implementação prática na Toyota, levou o seu tempo, “Foram precisos mais de 30 anos de esforço incansável a Eiji Toyoda, Ohno e outros para implementar completamente todas estas ideias – incluindo o just-in-time – dentro da cadeia de abastecimento da Toyota. No fim eles conseguiram, com consequências extraordinárias para a produtividade, qualidade de produto e resposta às mudanças na procura do mercado” (Womack, Jones, Roos, 1990) Lean é uma cultura focalizada na eliminação do desperdício em qualquer processo que crie valor, em praticamente todas as frentes possíveis, na busca incessável pelo resultado ótimo. Para isso o Lean identifica os três tipos de desperdício seguintes: Muda – Qualquer atividade que consuma tempo ou recursos sem acrescentar valor ao processo ou produto. Mura – Variabilidade por desregulação vinda de procuras esporádicas ou de ritmos de trabalho que levem a operadores ou máquinas a esperar ou a apressar-se. Muri – Instabilidade e dificuldade, por sobrelotação, quantidade irrealista de trabalho alocado a uma máquina ou operador. O Lean combate mais regularmente o Muda, utilizando a representação do Value Stream Map (VSM), que tem como função sinalizar, na cadeia de valor interna, quais os passos no processo que acrescentam valor ao produto, e quais são os que originam desperdício em tempo e recursos. Seguidamente, apresenta -se o que o Lean identifica como os 7 tipos principais de Muda:  Transporte  Inventário  Movimento  Espera  Sobreprodução  Defeitos  Práticas laborais Planeamento de Experiências na Soldadura 10 Antes de especificar as ferramentas utilizadas na cultura Lean, para otimizar os processos, convém salientar que na atuação no “Gemba” (local onde tudo acontece e o valor se cria) o Lean privilegia o respeito pelos operadores, o seu envolvimento na melhoria e nos resultados, e potencia as suas competências, valorizando as suas tarefas sempre que se libertam conscientemente do desperdício e aumentam a sua participação na criação de soluções e valor. Sendo o trabalho feito pelos operadores da “linha da Frente”, é absolutamente necessário que estes sejam estimulados pelo trabalho que efetuam, tanto a nível profissional como pessoal. Para isto, a cultura Lean começa por defender que:  Se deve permitir que o funcionário: o Trabalhe em segurança o Conheça o seu cliente o Esteja envolvido na empresa o Se sinta concretizado  Sejam adotados os seguintes princípios para os operadores: o Trabalhar segundo o seu sistema o Remover passos inúteis do seu trabalho o Não sobrar nada a não ser passos que acrescentem valor ao produto  Nunca se deve desperdiçar o tempo e esforço dos operadores Este contínuo compromisso por parte da gestão em investir nos operadores, em incutir neles o desejo de melhorar o seu trabalho através da eliminação do desperdício é a espinha dorsal do Lean e de qualquer mudança que pretenda implementar o processo perfeito. Após este compromisso estar assente, devemos salientar os 7 princípios Lean apontados por Pinto (2009): 1. Conhecer o Stakeholder 2. Criação de Valor 3. Definição de Cadeias de Valor 4. Otimização de Fluxo 5. Utilização de Sistema Pull 6. Lutar pela Perfeição 7. Contínua Inovação A inovação e a luta pela perfeição reforçam a ideia de que os métodos Lean nunca têm fim, aproximam-se mais de uma filosofia que a empresa acolhe e adota do que apenas uma melhoria de processos. Com o início do Lean na empresa, este nunca mais deve ser esquecido ou abandonado, devendo a luta pela perfeição continuar ano após anos, numa melhoria contínua dos processos (Kaizen). (Pinto 2006) Os benefícios resultantes de implementar a cultura Lean numa empresa são lógicos, e estão publicados casos e testemunhos em diversas obras, relatórios e estudo de casos. Planeamento de Experiências na Soldadura 11 De acordo com o Lean Institute dos EUA estes podem ser resumidos do seguinte modo:  Crescimento do negócio – valores superiores a 30%  Aumento da produtividade – valores entre 20 a 30 %  Reduções dos stocks – valores típicos apontam para reduções superiores a 80%  Aumento do nível de serviço – valores entre 80 a 90%  Aumento da qualidade do serviço prestado ao cliente. Redução dos defeitos: 90%  Maior envolvimento, motivação e participação das pessoas  Redução de acidentes de trabalho:90%  Redução de espaço ao nível do shop floor – valores na ordem dos 40%  Aumento da capacidade de resposta por parte da empresa  Redução do lead time – valores típicos entre 70% a 90% De modo a atingir benefícios deste género, é preciso implementar a cultura Lean desde o início, como foi aqui explicado, o verdadeiro crescimento tem de provir dos colaboradores, só após eles estarem preparados e motivados as ferramentas da cultura Lean podem funcionar. São conhecidas mais de 60 ferramentas de eliminação do desperdício, chamadas Lean Tools, sendo seguidamente resumidas aquelas que aqui se consideram proeminentes, tendo estado mais presentes no dia-a-dia nesta empresa. Planeamento de Experiências na Soldadura 12 Gestão Visual – assenta na ideia de que a fábrica e o seu funcionamento deve ser de fácil interpretação para os operadores, adaptando o sistema de informação para as pessoas, isto requer que “todo o local de trabalho disponha de sinais (sonoros ou visuais) que informem as pessoas do que fazer, quando fazer, o que está a correr mal, quem precisa de ajuda.” (Pinto, 2006) Takt-Time – um “intervalo preciso de tempo”, utilizado na música para definir ritmos, e adaptado à produção com o mesmo intuito. Demonstra o tempo exato que a linha de produção dispõe para produzir uma unidade do seu produto. É obtido dividindo o tempo disponível de produção, pela quantidade a produzir. à medida que o ritmo de produção se aproxima deste valor elimina desperdício e não realiza sobreprodução. Normalização de Trabalho e Kaizen – a filosofia Kaizen de melhoria contínua está sempre associada à ideia do standard work na indústria, uma não pode funcionar sem a outra. A normalização do trabalho serve-se de 3 ferramentas essenciais à estabilização de um processo para “definir a interação de e entre pessoas e o seu meio enquanto processam um produto ou um serviço” (Biblioteca GE), estas ferramentas são:  Takt-Time  Sequenciação do trabalho  Eliminação do work-in-progress (WIP) Se a isto não se aliar a melhoria contínua, não se deve esperar um aumento de produtividade nem diminuição do desperdício pois os problemas repetem-se sem serem abordados, o que acaba por destruir a motivação dos operadores e desperdiçar a criatividade que estes podem incutir ao processo. Do mesmo modo, se aplicarmos os conceitos Kaizen de melhoria contínua e de aumento de produção a partir do aumento de confiança nos funcionários, sem uniformizar o trabalho, a mudança fica caótica, insustentável, tornando-se impossível a identificação do progresso acabando este por estagnar antes de ser considerável. Assim sendo, podemos associar o ciclo de melhoria contínua PDCA(Plan-Do-Check-Act), substituindo o P de plan por um S de standardize, criando o ciclo SDCA (Standardize-DoCheck-Act). Figura 2 - Ciclo SDCA Planeamento de Experiências na Soldadura 13 Sistema Pull e Kanban – O sistema pull e a utilização de Kanban, estão intrinsecamente associados, sendo uma das coligações mais acertadas e producentes na filosofia Lean/TPS/JIT. “Kanban é uma palavra de origem Japonesa que significa cartão, quadro de aviso ou bilhete. (…) Por ser uma ferramenta muito importante na filosofia TPS/JIT, o Kanban tornou-se sinónimo do sistema pull”.(Pinto,2006) Este funciona como o meio de troca de informação que possibilita a aplicação de sistema pull com sucesso, criando um fluxo contínuo de informação entre a procura e a oferta num processo fabril. A “autorização” para a produção é dada através do cartão Kanban priorizando o output impedindo casos de starving e sobreprodução. O fluxo de operações é coordenado pelo cliente final, e à medida que a linha de montagem vai consumindo as peças necessárias, vai autorizando os centros de trabalho anteriores a produzir mais um lote de peças. Embora muito importante, deve ser implementado com a preparação adequada de todos os intervenientes para não fomentar o descrédito em eventuais dificuldades e falhas que comprometam os objetivos definidos. João Paulo Pinto, descreve no livro “Gestão de Operações na Indústria e nos Serviços”, as condições necessárias para correta implementação de um sistema Kanban/pull:  Necessidade de um bom layout dos postos de trabalho (de preferência o layout celular)  Necessidade de tempos reduzidos de operação e Setup  Eliminação de situações imprevistas (i.e., processos estáveis)  Desenvolvimento e extensão das relações entre clientes e fornecedores a todo o processo (necessidade de uma definição abrangente de cliente e fornecedor)  Necessidade da polivalência das pessoas através de formação e treino  Os colaboradores terão de ser capazes de mudar o posto de trabalho e executar afinações ou operações de manutenção quando necessário (manutenção autónoma)  Processos uniformizados e estáveis  Produtos com design simples e sujeitos a uma procura estável e previsível  Necessidade de evolução ao nível do design dos produtos, i.e., torna-se necessário normalizar materiais, subconjuntos constituintes do produto, levando a uma diminuição no número de referências a trabalhar, no número de mudanças de produtos e na variedade de Kanbans. Como principais vantagens pode referir-se a rápida movimentação da informação, uma boa adaptação do sistema à procura, diminuição de stocks, descentralização de controlo dos processos fabris, um serviço mais eficiente e uma comunicação mais eficaz dentro da fábrica. Planeamento de Experiências na Soldadura 14 Heijunka – Termo japonês para “programação nivelada”, grande apoio ao sistema pull na medida em que pretende equilibrar e gerir de modo eficaz possíveis oscilações que surjam no planeamento de produção. Em vez de produzir em contínuo o volume de produto necessário para satisfazer as necessidades previstas a médio prazo, o heijunka procurará alternar a produção desses produtos com outros artigos, em menor quantidade e em espaços de tempo mais curtos, isto lineariza os planos de produção e cria um padrão cíclico de procura e oferta dentro da fábrica. Figura 3 - Esquema do nivelamento de produção Antes da implementação deste planeamento é preciso atingir uma compreensão profunda de como funciona a produção na unidade fabril, percebendo todos os fluxos de materiais e informação. Então deve iniciar-se a diminuição do lead-time, fundamental ao nivelamento de produção, porque se se tentar nivelar a produção antes de reduzir o lead-time para valores muito baixos, incorre-se no risco de aumentar os inventários de forma drástica, sendo este o efeito contrário ao visado pelo heijunka. Segundo Suzaki (2010) um modo de aplicar este tipo de planeamento de forma simples passa por dividir a produção mensal em duas partes, como se o mês tivesse duas partes completamente independentes, seguidamente voltar a fazer o mesmo, e continuar este processo até ser incomportável para a empresa suster este tipo de planeamento. Este planeamento, levado sistematicamente, reduzirá o lead-time, o valor de inventários intermédios e reduzirá os custos operacionais. Planeamento de Experiências na Soldadura 15 Produção celular/Fluxo contínuo – A produção celular defende a criação de células de pequeno tamanho, em detrimento das grandes linhas de produção, isto permite a produção de pequenos lotes, aumentando a flexibilidade da produção e permitindo a existência de um fluxo contínuo de peças. Entre outros fatores relevantes associados a este método estão:  Redução do tempo de setup  Diminuição das movimentações dos materiais;  Redução dos stocks em curso (WIP);  Facilidade de monitorizar os processos;  Autocontrolo com gestão visual e sistemas poka yoke;  Polivalência dos operadores na célula. Estas células podem ter várias configurações, sendo a mais comum a configuração em “U”, com um número reduzido de trabalhadores, e com produção unitária, permitindo a redução instantânea do WIP. Figura 4 - Produção em células J.P. Rodrigues Silva em Técnicas e ferramentas Lean, defende 6 fundamentos para a produção celular:  Fluxo dos Materiais – Células dispostas perto umas das outras, diminuindo a movimentação de materiais.  Proximidade a equipamentos especiais (monumentos) – Estes equipamentos devem ficar localizados entre as células que os usam  Linha de Montagem – Semelhança com uma pequena linha de montagem  Mobilidade – Facilidade de reajustar ocasionalmente as máquinas dentro da célula  Proximidade – Processos sequenciais devem ser colocados lado-a-lado  Gestão Única – os recursos de uma célula devem responder apenas a um responsável Planeamento de Experiências na Soldadura 22 Convém salientar que a operação 300 tem que ser efetuada duas vezes, o mesmo número de bobines no subconjunto, e que grande parte do excessivo tempo absorvido pela operação 200 provém da operação manual de atravessar as tranças por dentro do núcleo. Servem as imagens seguintes para melhor clarificar este processo. Figura 9 - OP300, Soldadura de bobine Figura 10 – OP”X”, atravessar tranças por núcleo. OP200, soldar borne curto Planeamento de Experiências na Soldadura 23 Térmico Composto por um maior número de componentes (entre 7 a 9 componentes diferentes), o subconjunto térmico requer um maior número de operações de soldadura para ser produzido, tendo por isso um tempo de processo final mais elevado que os restantes. Os componentes que formam este subconjunto estão divididos em: Bobine, Shunt, Pista de Arco, Bimetal, Trança e Contato Móvel, sendo que cada subconjunto pode conter mais do que um tipo de cada componente. Na construção dos subconjuntos térmicos são utilizadas 9 diferentes operações de soldadura, isto não significa que sejam 9 operações em cada térmico, mas que para a construção dos 7 diferentes térmicos existentes, são utilizadas 9 instruções de trabalho diferentes. No subconjunto térmico 2P30/60, ilustrado na figura 11, podemos contabilizar 6 operações de soldadura distintas:  Soldar trança ao contacto móvel – OP120  Soldar trança à pista de arco – OP130  Soldar shunt – OP140  Soldar bimetal à pista de arco – OP160  Soldar trança ao bimetal – OP170  Soldar trança ao borne comprido – OP210 A soldadura do subconjunto térmico é, neste momento, a única pode ser efetuada através de um processo de fluxo contínuo, com a estação de soldadura anterior a abastecer a seguinte em linha e de forma direta, embora ainda se conte com a existência de buffers que acumulam uma quantidade indesejada de WIP. A cronografia das operações utlizadas na produção deste subconjunto está representada por ordem na seguinte tabela: Tabela 4 - Informação e cronologia das operações de soldadura no subconjunto térmico Operação Descrição Jig Eléctrodo Inferior Eléctrodo Superior Tempo Médio de Operação 120 Soldar contato móvel BX9403 BX993 BX990 5.7 130 Soldar pista de arco à trança BX9510 BX989 BX952 6.2 140 Soldar Shunt BX9465 BX943 BX915 6.1 160 Soldar pista ao bimetal BX9440/3 BX912/3 BX921 4.2 170 Soldar Trança ao bimetal BX9435 BX919 BX923 5.2 200 Soldar borne comprido BX9450 BX953 BX917 230 Montar união, retirar rebarba, acertar parafuso - - - 5,3 Figura 1 - Subconjunto Térmico 2P 30/60 Figura 11 - Subconjunto Térmico 2P 30/60 Planeamento de Experiências na Soldadura 24 De forma a melhor clarificar as operações intervenientes neste processo, assim como os componentes nestas envolvidos, as seguintes imagens foram captadas aquando a realização de cada passo acima descrito. Figura 14 - OP120 Figura 13 - OP130 Figura 18 - OP140 Figura 12 - OP230 Figura 17 - OP160 Figura 16 - OP170 Figura 15 - OP200 Planeamento de Experiências na Soldadura 25 NEUTRO O subconjunto neutro é o alvo deste projeto e as operações de soldadura que o constituem são aquelas que este pretende melhorar e fortificar. É dos três subconjuntos o mais simples, de mais fácil montagem, e o que apresenta uma taxa de rejeição menor (cerca de 0.5%), contudo existe sempre algo a melhorar, uma forma mais eficaz de se realizar o processo. A produção deste subconjunto passa em 5 dos 6 possíveis casos por somente 3 operações, sendo estas:  Soldar trança ao contacto móvel – OP120  Soldar trança à pista de arco – OP130  Soldar trança ao borne curto – OP200 O caso estudado, o neutro 2P15/45, está contido neste lote de 5 de operações idênticas, sendo também o subconjunto neutro com maior procura, o que faz deste um produto perfeito para a aplicação do planeamento de experiências. Tal como nos subconjuntos apresentados anteriormente, são representados na seguinte tabela a cronologia destas operações, assim como a duração média das operações e as ferramentas a alterar no equipamento de soldadura. Tabela 5 - Informação e cronologia das operações de soldadura no subconjunto neutro Operação Descrição Jig Eléctrodo Inferior Eléctrodo Superior Tempo de Operação 120 Soldar contato móvel BX9400 BX982 BX923 5,8 130 Soldar pista de arco à trança BX9515 BX937 BX952 6,4 200 Soldar borne curto BX9450 BX953 BX927 4.7 Servem as seguintes ilustrações para melhor clarificar as operações, os formatos dos jigs assim como o formato do subconjunto em si. Estes processos serão evidentemente aprofundados aquando a apresentação e identificação do problema, sendo sobre a operação 120 e a 130 que o planeamento de experiências recairá diretamente. Figura 19 - Operações de soldadura do subconjunto Neutro 2P 15/45 Planeamento de Experiências na Soldadura 26 4 Planeamento de Experiências, Método de Taguchi O planeamento de experiências pretende reduzir a sucata no processo de soldadura, seja ela planeada ou não, e diminuir o tempo de ciclo com a normalização do mesmo. Para tal, foi necessário o levantamento inicial do estado atual do processo alvo, a soldadura do neutro. Como foi descrito anteriormente, o neutro é um conjunto criado a partir de 3 operações de soldadura distintas, com características distintas, que levam a resultados diferentes tanto em qualidade como em eficácia. Assim sendo, foi necessário considerar as três operações em separado, começando pela análise dos parâmetros utilizados em cada uma, e da aplicabilidade do planeamento de experiências. Foi definido um caso de estudo, porque existem 6 tipos diferentes de neutros, não sendo viável, no tempo do projeto, a extensão do DOE a todos estes. Após análise da procura dos produtos por parte das linhas, assim como das operações envolvidas na produção dos circuitos, escolheu-se o neutro 2P10/30,15/45, e o 2P30/60. Estes subconjuntos soldados, sendo utilizados em mais de 75% dos ELCB produzidos e tendo parâmetros de soldadura idênticos, constituíam um caso de estudo com uma abordagem relativamente acessível e com um grande impacto na produção diária da fábrica Planeamento de Experiências na Soldadura 27 4.1 Estado atual e escolha de parâmetros no planeamento de experiências O objetivo primário do DOE, era a redução do tempo de ciclo e das sucatas de soldadura, assim sendo foi imediata a análise destas variáveis de saída nos processos, através de medições iniciais nas linhas de soldadura. Esta análise recaiu sobre as operações 120 e 130, deixando de lado a 140. Foi assim decidido porque a operação 140 encontrava-se em fase de mudança para um processo novo, um tipo de soldadura diferente que ainda não estava plenamente desenvolvido aquando do início do projeto. Separou-se então a análise da operação 120 da análise da operação 130. OP 120 – Soldadura do contacto-móvel Esta operação de soldadura diferencia-se das demais pelo tipo de material de adição usado. Enquanto as restantes operações utilizam uma fita rígida de cobre prata e chumbo, esta utiliza uma pasta que embora tenha uma composição muito semelhante, fisicamente é bastante distinta. Esta distinção tem como principais vantagens o aumento da facilidade ergonómica do processo, não sendo tão violento para os operadores, e a possibilidade de melhor controlar a quantidade de material de adição depositado. Contudo, pode em alguns casos diminuir a celeridade da operação e, por vezes, levar à diminuição da qualidade de soldadura, por não ser depositada a quantidade de pasta ideal, enquanto o uso de fita rígida é um sistema anti erro neste campo. As medições iniciais foram efetuadas durante aproximadamente duas semanas, utilizando para os tempos de ciclo amostras de 20 unidades e 3 medições sucessivas, sendo então inserida no ficheiro a média destas. Após 20 repetições deste processo, ao longo das referidas duas semanas, foram abrangidos cerca de 1200 subconjuntos, uma base grande o suficiente para a ser considerada significativa. Os resultados são apresentados na seguinte tabela: Tabela 6 – Dados recolhidos nas medições iniciais da Operação 120 Relativamente a não conformidades encontradas, como se relatou anteriormente, foram praticamente inexistentes. O levantamento do panorama relativo às não conformidades foi efetuado através da análise da sucata de soldadura diária das linhas de produção, ficando evidente a raridade com que esta soldadura era não-conforme, decidindo-se então mudar o objetivo para a redução de tempo de ciclo e manutenção de qualidade da soldadura. Numa primeira análise, tinham sido identificados os seguintes fatores influentes na soldadura:  Tempo de Solda (A)  Temperatura de Solda (B)  Estado do Elétrodo Inferior (C)  Estado do Elétrodo Superior (D)  Material de Adição Nº subconjuntos por minuto 10,35 Tempo para 100 peças (minutos) 9,66 Tamanho da amostra 20 Média por subconjunto (segundos) 5,80 Desvio Padrão por subconjunto (segundos) 0,33 Planeamento de Experiências na Soldadura 28  Operador  Equipamento de soldadura  Força de Soldadura Os fatores finais foram acima sublinhados, não tendo sido possível considerar o material de adição, por não ser aceitável voltar ao uso da fita e pelo facto da quantidade de pasta depositada em cada soldadura ser doseada a partir de um sistema automático, ajustado pelos operadores consoante o nível de pasta disponível na seringa, e consoante a sua decisão relativamente à necessidade da mesma. Ao considerar o operador estar-se-ia a inserir um fator humano diretamente no centro do DOE, elevando o ruído. Adicionalmente, poderia existir uma contaminação dos valores obtidos ao mudar de operador e de fatores entre experiências. O equipamento de soldadura foi excluído por inserir ruído na experiência, influenciando os resultados tal como o operador, e por não se tornar viável mudar de máquina entre experiências, quando a soldadura é efetuada em 95% dos casos no equipamento escolhido para a realização das experiências. Embora parecesse um fator lógico a alterar, a força de soldadura não foi inserida no planeamento por conselho da engenharia do processo da empresa, isto porque é um parâmetro fixo e inalterado desde as instalações dos equipamentos, este valor considera-se correto pois não se verificaram sinais de irregularidades neste ponto. “Se a força for baixa, pode ocorrer expulsão de material na superfície externa da chapa, (…) e desgaste prematuro do elétrodo. Quando a força é muito alta a resistência de contato na superfície dos dois metais será baixa, reduzindo o calor gerado nesta área” (Branco, H., 2004) Restaram então, o estado dos elétrodos, o tempo de solda, e a temperatura da mesma. Os valores em que variariam foram encontrados através de alterações nos valores inseridos nos programas de soldadura (ver anexo A). Os valores finais utilizados como níveis destes fatores no DOE foram os seguintes: Tabela 7 - Fatores e níveis utilizados no DOE relativo a OP 120 Podemos observar que, enquanto os níveis de “A” e “B” são valores objetivos, inseridos na experiência através da alteração de parâmetros diretamente no programa do equipamento de soldadura, os níveis de “C” e “D” são subjetivos, carecendo de uma elucidação acerca da sua razão e aplicabilidade. O equipamento de soldadura é equipado com dois elétrodos, que se desgastam com o tempo, sendo que esse tempo de desgaste é função de um grande número de fatores, entre os quais o número de soldaduras efetuadas, a temperatura usada, o número de ciclos entre outros. Fator Nível A (nº de ciclos) B (% de calor fornecido) C (estado do elétrodo superior) D (estado do elétrodo superior 1 10 58 Novo Novo 2 11 60 A meio A meio 3 13 62 Por retificar Por retificar Planeamento de Experiências na Soldadura 29 Quanto mais desgastado se torna o elétrodo, mais difícil será o uso do mesmo de forma apropriada porque as rugosidades e irregularidades geométricas, com origem nos resíduos provocados pela oxidação de impurezas químicos presentes no elétrodo, dificultam a operação, por vezes tornando-a impossível até, quando o elétrodo “agarra” sistematicamente as partes a soldar. Como a qualidade da ligação soldada também varia com esta alteração, o estado do elétrodo pareceu um fator óbvio a incluir na experiência, sendo que a seleção dos níveis foi facilitada pela diferença evidente entre os três estados: Novo – estado logo após retificação, o elétrodo encontra-se em perfeito estado geométrico, necessitando de algum tipo de rodagem para a perfeição operacional A meio – o elétrodo apresenta algum desgaste, embora esteja em perfeitas condições de utilização Por retificar – o elétrodo necessita de manutenção, sendo já difícil a sua utilização, impossível mesmo, em alguns casos e combinações de parâmetros. O uso de elementos por retificar pode levar à impraticabilidade de alguns dos ensaios planeados, contudo parece ser mais proveitoso registar e documentar esses casos, do que deixar de parte algo que sucede regularmente, e com um peso significativo, no decorrer do processo. Após a definição destes parâmetros, passou-se à construção do planeamento de experiências. Um plano completamente fatorial, para este caso, significaria a execução de 34 (81) experiências, foi escolhida uma matriz de Taguchi, mais especificamente a matriz ortogonal L27, com 27 experiências. Todas as matrizes utlizadas no DOE são apresentadas em anexo, podendo ser consultadas na íntegra. OP 130 – Soldadura da pista de arco A soldadura da pista de arco aproxima-se mais das restantes pelo facto de ter como agente de soldadura a fita de soldadura, este processo parece à primeira vista mais mecanizado e simples que o anterior, mesmo não o sendo. As medições iniciais foram levadas a cabo exatamente como na operação 120, salvo o aumento da amostra de 20 para 30 unidades. Isto ocorreu pela necessidade de perceber se haveria diferença significativa nos desvios padrão das medições consoante o tamanho da amostra, algo que não se verificou, ficando assim definido o tamanho da amostra no planeamento de experiências como 20 unidades. Figura 20 - Comparação elétrodo retificado com elétrodo por retificar Planeamento de Experiências na Soldadura 30 Tabela 8 - Dados recolhidos nas medições iniciais da Operação 130 Nº peças por minuto 9,35 Tempo para 100 peças (minutos) 10,69 Tamanho da amostra 30 Média por subconjunto (segundos) 6,41 Desvio Padrão por subconjunto (Segundos) 0,49 Relativamente a não-conformidades, é de salientar uma diferença entre os dados recolhidos aqui e na anterior operação. Apesar de serem insignificantes, existiram algumas ocorrências de soldadura defeituosa neste caso. Constatou-se que não havia ligações soldadas fracas, ou soltas, mas sim fora de sítio, ocorrências irrelevantes para o DOE. Uma diferença significativa entre esta operação e a anterior, é o desgaste do elétrodo, enquanto o elétrodo na operação 120 é normalmente trocado uma vez por dia, o que faz da sua condição um parâmetro variável no processo, na operação 130 o elétrodo raramente é trocado, o que o torna um parâmetro fixo e imutável. O mesmo sucede com o material de adição, como anteriormente foi descrito, o jig desta operação apenas permite a entrada da quantidade certa de fita de adição, pelo que não existem problemas de falta de material de adição na soldadura. Assim sendo, o material de adição, e o estado dos elétrodos deixam de fazer sentido como possíveis fatores. Eliminando os parâmetros “Operador” e “Equipamento de Soldadura” pelos motivos enunciados para a operação 120, sobram apenas 2 fatores:  Tempo de Soldadura  Temperatura de Soldadura Obtiveram-se então os valores que servirão de níveis para os fatores do DOE, através de experiências prévias, alterando os valores em torno dos valores padrão. Os valores finais definidos para esta experiência foram os seguintes: Tabela 9 - Fatores e níveis utilizados no DOE relativo a OP130 Após a definição destes níveis, a escolha da matriz mostrou-se fácil e lógica. Neste caso, uma abordagem completamente fatorial apenas conduziria a 9 experiências, abrangendo todas as possíveis combinações e interações. Optou-se então por essa via, deixando as matrizes de Taguchi de parte, não se considerando haver necessidade da sua aplicação neste DOE. Fator Nível A (nº de ciclos) B (% de calor fornecido) 1 9 51 2 10 53 3 11 55 Planeamento de Experiências na Soldadura 31 4.2 Execução do Planeamento Na figura 21 pode-se ver um excerto da tabela utilizada para o acompanhamento das experiências. No primeiro campo figura o número da experiência, seguido dos níveis dos fatores que compõe a experiência, e um campo para o sinal, apesar de se ter optado por não o incluir na experiência. O campo seguinte é o da ordem das experiências, Taguchi defende que as experiências devem ser conduzidas de uma forma aleatória, esta aleatoriedade confere mais segurança a esta ferramenta, não permitindo que uma ordem específica e lógica insira mais ruído ao processo. Por isso a ordem das experiências foi baralhada, utilizando a função aleatório no Microsoft Excel. Contudo, nem sempre foi exequível ou adequado seguir esta ordem aleatória, por motivos relacionados com a produção e o funcionamento da fábrica, no entanto foi seguida qualquer outra ordem, assegurando a aleatoriedade associada ao projeto. Taguchi defende que, sempre que possível, o DOE deve ser realizado completamente off-line sem interferências dos vícios inerentes a uma linha de produção, que podem significar mais ruído, e influência nos resultados registados. No presente caso, não foi possível realizar todas as experiências nesses moldes, em grande parte devido à necessidade da continuidade produtiva dos subconjuntos produzidos segundo o DOE, sendo estes necessários à produção. Para prevenir o eventual impacto de problemas ocasionais no DOE, e para ser possível uma análise significante à qualidade dos subconjuntos soldados, o tamanho da experiência foi fixado em 100 subconjuntos, proporcionando até 5 medições (embora normalmente só se fizessem 4), assim como uma base para análise de não conformidades com um tamanho suficientemente para ser considerado significativo. Antes de dar inicio a qualquer experiência, efetuava-se um controlo de qualidade por teste à tração em 3 subconjuntos, soldados previamente, com os parâmetros correspondentes à experiência a registar. Apenas se os três subconjuntos estivessem dentro da conformidade definida pelo departamento de qualidade da fábrica, a experiência era validada. Isto significaria que a solda era resistente a uma tração de 6 kgf no caso da operação 120, e 7.6 kgf no caso da operação 130. Figura 21 - Extrato de tabela utilizada na recolha de dados durante o DOE Planeamento de Experiências na Soldadura 38 5 Análise estatística das experiências e reflexão sobre os seus efeitos e resultados A análise estatística foi efetuada segundo as recomendações encontradas na pesquisa bibliográfica sobre este tema, a análise mais recomendada foi a ANOVA, complementada por um método de Tukey para definir significâncias. A variável de resposta é o tempo de ciclo para 20 unidades. Antes da análise em si, na recolha de dados, decidiu-se retirar da análise a variável de saída “não conformidades” pela inexistência das mesmas, esta não existência permite concluir que o controlo de qualidade efetuado é eficaz, eliminando as não conformidades à partida. Para melhor perceção por parte do leitor, organizou-se esta parte segundo planeamento de experiências, separando a análise da operação 120 da análise da operação 130. OP 120 Como foi descrito previamente, das 27 experiências efeituadas, apenas se validaram 19, tendo as restantes sido excluídas por não cumprirem os requisitos de qualidade afetos à produção. Dos 4 fatores utilizados, dois foram sinalizados como influentes na variável de resposta, o “tempo de soldadura” e o “estado do elétrodo inferior”. Tanto a influência do “tempo de soldadura”, por influenciar diretamente o tempo gasto no processo, como a do “estado do elétrodo inferior”, por agarrar ao material quando em estado mais deteriorado, eram espectáveis. No gráfico anterior pode-se ver o importante efeito que tanto o fator “A” como o “C” têm sobre a variável de saída. Gráfico 1 - Efeito dos níveis de cada fator no tempo de ciclo Planeamento de Experiências na Soldadura 39 É necessário explicar o efeito de tais variáveis: a variável “A”, tempo de soldadura, faz com que o tempo de ciclo seja reduzido no seu valor mais baixo, por razões lógicas, a redução implica a redução direta do tempo de ciclo do processo. É então expectável que com o aumento do valor deste fator o tempo de ciclo também aumente, o que se constata no nível 2 deste fator. Pode-se constatar que quando a variável “A” toma o valor 3, o mais elevado, o valor do tempo de ciclo do processo estabiliza em torno de um valor superior ao obtido com o nível 1 para esta varável. Será a partir deste ponto que a operação é condicionada pelo tempo de soldadura, ocorrendo então uma normalização do tempo de ciclo, determinada pelo tempo de soldadura. A dispersão evidenciada nos valores do tempo de ciclo, relativos ao nível 2 desta variável, resulta dos restantes fatores do planeamento, sobretudo do estado do elétrodo inferior. Verifica-se que o tempo de soldadura deve ser reajustado para o valor correspondente ao nível 1, ou seja, 10 ciclos de soldadura. Avançando para a análise do efeito da variável “C”, ”estado do elétrodo inferior” constatamos que a maior diferença ocorre entre o estado deteriorado do elétrodo e os restantes. Gráfico 2 - Tempos de ciclo por tempo de soldadura Gráfico 3 - Tempos de ciclo por estado de elétrodo inferior Planeamento de Experiências na Soldadura 40 Tal como indicado previamente, esta diferença no tempo de ciclo surge pela dificuldade de retirar o subconjunto do equipamento de soldadura quando o elétrodo inferior se deteriorou. À medida que o elétrodo se gasta, este ganha resíduos e irregularidades geométricas que fazem com que o aquecimento não seja homogéneo, e que parte destes resíduos se agarrem ao material a ser soldado. Para além de ser indesejado, por dificultar ou até impossibilitar o processo, esta circunstância pode danificar a soldadura, tornando-a irregular, chegando por vezes a danificar os componentes a serem soldados. Contudo estes efeitos podem ser atenuados com a modificação de outros fatores, tal como a temperatura e o tempo de soldadura. O primeiro planeamento de experiências resultou então nas considerações acima descritas, tendo dado como perfil ideal para a operação a seguinte combinação de fatores: Tabela 12 - Configuração ideal para operação 120 dada pelo DOE Fator Nível "A" - Tempo de Soldadura 1 - 10 Ciclos "B" - Temperatura de Soldadura 2 - 60% Calor disponível "C" - Estado do Elétrodo Inferior 2 - Elétrodo a meio uso "D" - Estado do Elétrodo Superior 2 - Elétrodo a meio uso Como não foi possível observar certos casos em que se poderiam obter melhores resultados do que os obtidos no planeamento, e de maneira a validar a experiência anterior, numa escolha bem fundamentada dos melhores parâmetros, delineou-se um novo planeamento de experiências, fixando o valor do tempo de soldadura, e reduzindo o número de níveis para o estado dos elétrodos para 2 – novo e usado. Na tabela seguinte estão evidenciados os fatores e os níveis que estes tomam. Tabela 13 - Fatores e níveis utilizados no segundo DOE relativo a OP120 O resultado foi um planeamento de experiências completamente fatorial,12 experiências, que permitiram estudar todos os casos compatíveis com a redução do tempo de soldadura. Neste caso utilizou-se como variável de saída, não só o tempo de soldadura, mas também a resistência da ligação soldada, medida num ensaio de tração efetuado a 5 dos 100 subconjuntos soldados. Fator Nível A (tempo de soldadura) B (estado elétrodo inferior) C (estado elétrodo superior) 1 58 novo novo 2 60 usado usado 3 62 - - Planeamento de Experiências na Soldadura 41 Análise do 2º ensaio na operação 120 – tempo de ciclo Neste caso foi possível validar todas as experiências, as 12 sem exclusões. Como não estava em causa a variável “tempo de soldadura”, a de maior influência no tempo de ciclo do processo, confirma-se o estado do elétrodo inferior como elemento influente no processo, adicionando o estado do elétrodo superior, que era relevante como se pode constatar no Gráfico 4. Segundo a análise ANOVA, complementada pela análise de significâncias do método de Tukey, apenas se podem considerar significantes, com uma confiança de 95%, as diferenças entre os níveis 1 e 2 dos fatores “B” e “C”, isto é, o estado dos elétrodos. Mais uma vez a temperatura de solda utilizada não é um fator que, perante esta significância, influencie o tempo de ciclo. O estado dos elétrodos influencia aqui pelos mesmos motivos que no ensaio anterior, sendo este um ensaio mais específico, que abrange todas as combinações de variáveis influentes no processo à parte do tempo de soldadura, foi possível obter dados mais aprofundados sobre a influência destes parâmetros, ficando aqui evidente a influência também do estado do elétrodo superior no bom funcionamento do processo em questão, e não apenas do estado do elétrodo inferior como o primeiro planeamento sugeria. No ensaio anterior, utilizaram-se 3 níveis para estes dois fatores, daí provém a diferença de resultados, sendo que o nível 1 destes fatores no presente ensaio estaria colocado entre os níveis 1 e 2 do ensaio anterior, tal como o nível 2 estaria algures entre o nível 2 e 3 do ensaio anterior. Gráfico 4 - Efeito da variação de fatores no Tempo de ciclo Planeamento de Experiências na Soldadura 42 Nos gráficos anteriores podemos constatar o que foi descrito acima, sendo claramente percetível tanto a diferença entre o nível 1 e 2, como a dispersão existente em ambos, dispersão esta proveniente da diminuição do número de níveis destes fatores. Tendo como objetivo a redução do tempo de ciclo do processo, este planeamento de experiências serviu tão-somente para cimentar algumas teses extraídas do planeamento anterior. A combinação ideal de fatores obtida neste planeamento foi a seguinte: Tabela 14 - Configuração ideal de parâmetros para otimização de tempo de ciclo dado pelo segundo DOE relativo a OP120 Fator Nível "A" - Temperatura de Soldadura 2 - 60% Calor disponível "B" - Estado do Elétrodo Inferior 2 - Elétrodo Usado "C" - Estado do Elétrodo Superior 1 - Elétrodo Novo Convém salientar que o valor da variável de saída desta experiência foi bastante aproximado ao das experiências A1B1C1 e A2B1C1. Gráfico 5 - Tempos de ciclo em função estado dos elétrodos Planeamento de Experiências na Soldadura 43 Análise do 2º ensaio na operação 120 – Resistência à tração da ligação soldada Terminada a análise e otimização do tempo de soldadura, é necessária uma validação da qualidade da ligação soldada, validação essa efetuada no primeiro planeamento de experiências com o seguimento do produto para avaliar não-conformidades, método que deixou algo a desejar por não serem percetíveis diferenças entre experiências. Neste caso decidimos documentar os resultados dos testes de tração, para os incluir na análise do planeamento, podendo assim assegurar a sustentabilidade do processo ao utilizar os níveis referidos como ideais nas análises anteriores. Os resultados obtidos encontraram-se dentro do esperado, sendo possível verificar a influência de cada fator no seguinte gráfico . Segundo a análise ANOVA, e mais uma vez consultando o teste de significância por análise de Tukey, pode confirmar-se o que é evidente no gráfico anterior, existindo uma diferença significativa entre o uso de diferentes níveis para diferentes fatores. O fator temperatura de soldadura é aquele no qual encontramos a maior discrepância de resultados entre níveis. Isto sucede pelo simples facto de a soldadura estar diretamente dependente da temperatura com que é efetuada, já que quanto maior for o calor transferido pelo elétrodo à peça, maior poderá ser a extensão da ligação soldada por fusão do material de adição com os componentes a soldar. Este é porém um ponto sensível, não sendo aconselhável o uso de calor excessivo, por poder danificar os componentes a serem soldados, e por desgastar prematuramente os elétrodos. Este facto será tomado em devida conta no final da análise e na escolha dos níveis otimizados obtidos neste planeamento de experiências. Gráfico 6 - Efeito dos fatores na resistência da ligação soldada Planeamento de Experiências na Soldadura 44 A influência do desgaste do elétrodo também é evidente neste caso, uma vez que o elétrodo à medida que é usado começa a aquecer, não sendo o seu arrefecimento tão eficaz entre soldaduras, como consequência a sua forma pode sofrer alterações, quase sempre pela incorporação de resíduos que na soldadura se agarram aos componentes, interferindo negativamente na finalidade do processo. Contudo, esta irregularidade faz com que mais calor seja fornecido à soldadura, tornando-a mais resistente do que uma soldadura com os mesmos parâmetros mas com os elétrodos acabados de retificar. Este efeito foi documentado e é apresentado no gráfico que se segue. Porém, isto não significa que seja razoável utilizar elétrodos desgastados, porque poderão transferir calor em excesso danificando a peça. Deve-se saber quando é necessário mudar o elétrodo e, se possível, diminuir a frequência com que estes são retificados, de modo a reduzir o número de setups desta operação. Esta diminuição pode ser alcançada através de um banho químico aos elétrodos, limpando-os das impurezas que oxidam em resíduos indesejados. Gráfico 7 - Resistência da solda em função de temperatura de soldadura Gráfico 8 - Resistência da solda em função do estado dos elétrodos Planeamento de Experiências na Soldadura 45 Todas as experiências realizadas nesta fase tiveram resultados positivos no que diz respeito à resistência da soldadura à tração, ou seja, a força necessária para desfazer as soldaduras foi sempre superior ao limite inferior imposto como controlo de qualidade (6kgf). O valor mínimo obtido, média aritmética do resultado de 5 ensaios à tração, foi de 8,350 kgf, correspondente ao uso de elétrodos retificados e ao nível mais baixo de calor fornecido. O valor máximo registado foi de 19,140 kgf, alcançado com níveis opostos aos que resultaram no valor mínimo. Conclui-se não ser recomendável a mudança dos parâmetros para aqueles que apresentaram melhores resultados porque implicaria uma descida do tempo de ciclo, sugerindo-se uma solução de acordo com o objetivo do planeamento de experiências: diminuição do tempo de ciclo, assegurando a robustez do processo. Com este facto bem presente, após esta 3ª análise, encontra-se forma de otimizar o processo com a combinação de níveis seguinte: Tabela 15 - Combinação final resultado dos 3 DOE Fator Nível "A" - Tempo de Soldadura 1 - 10 Ciclos "B" - Temperatura de Soldadura 2 - 60% Calor disponível "C" - Estado do Elétrodo Inferior 2(1) - Elétrodo não desgastado "D" - Estado do Elétrodo Superior 2(1) - Elétrodo não desgastado No caso singular de desgaste de elétrodos, e para aumentar a longevidade dos mesmos após o desgaste, sugere-se que a percentagem de calor fornecida seja diminuída para 58%, visto ser o suficiente para a manutenção da qualidade da solda, e diminuição da frequência com que o material se agarra ao elétrodo dificultando a soldadura e aumentando o tempo de ciclo do processo. Planeamento de Experiências na Soldadura 46 OP130 A análise do DOE para a operação 130, não pode ser como a anterior, pois não foi possível a obtenção dos dados em condições favoráveis á utilização dos mesmos, tendo-se constatado demasiado ruído entre experiências. Contudo, existem algumas considerações a retirar do sucedido. Começando pela enorme influência do estado do elétrodo na funcionalidade operacional deste processo. O elétrodo tem um tempo de vida mais longo do que na anterior operação, no entanto a sua deterioração tem consequências mais perturbantes á estabilidade do processo. Esta perturbação é tanta que chega a anular os efeitos esperados dos outros parâmetros. É no entanto possível analisar o efeito dos parâmetros em alguns níveis, porque ordem das experiências neste caso tinha ditado que a 3 últimas fossem aquelas onde o nível do fator B seria “1”. Tendo isto em conta são aceites como válidas as diferenças entre os resultados do nível 2 e o nível 3, mesmo não sendo significativas. Deve-se salientar o grande efeito que o tempo de ciclo apresenta nesta operação, sendo possível afirmar isto devido á diferença abismal entre os níveis do fator A, não é no entanto prudente extrair conclusões práticas desta diferença, devido à inclusão de ruído no planeamento. Também nesta operação foi analisado o efeito destes fatores na resistência da ligação soldada, variável de saída que também ficou alterada com a degradação do elétrodo. É, no entanto, possível discernir diferenças entre níveis destes fatores, diferenças expectáveis tendo em conta o anterior DOE e os princípios associados ao funcionamento da soldadura por resistência. O gráfico 10 apresenta os resultados extraídos com as experiências efetuadas. Gráfico 9 – Efeito de fatores no tempo de ciclo, OP 130 Planeamento de Experiências na Soldadura 47 È neste gráfico que se pode analisar a grande influência do estado do elétrodo numa operação de soldadura por resistência. O nível “B1” corresponde às experiências realizadas após deterioração do elétrodo, e a elevada resistência á tração provém do excesso de calor fornecido. Este excesso é explicado pela criação de resistências (impurezas) entre os intervenientes na soldadura, aumentando o número de pontos de soldadura, fazendo com que os materiais soldem de uma forma mais firme embora irregular, e que comecem a soldar-se ao elétrodo. Ainda no fator B, podemos constatar uma diferença expectável entre os níveis 2 e 3, quanto maior a corrente fornecida, mais forte é a ligação soldada. Analisando o fator A, encontramos mais uma vez resultados de acordo com o esperado, o aumento da resistência da ligação soldada acompanha o aumento do tempo de soldadura, sendo que os resultados relativos aos níveis “A2” e “A3” são inflacionados pelas experiências que decorreram com o elétrodo desgastado. A matriz dos resultados deste DOE encontra-se em anexo, como Anexo D, estando sinalizadas a azul as experiências relativas ao uso do elétrodo desgastado, aconselha-se a consulta da mesma durante a leitura desta análise. Gráfico 10 - Efeito dos fatores na resistência da ligação soldada Planeamento de Experiências na Soldadura 54 ANEXO C: Matriz Completamente Fatorial – Operação 130 DOE 3 Experiência Fator Parâmetros medidos A B Ordem Descrição Tempo (s/20u.) Resistência Ligação Soldada (kgf) 1 1 1 8 A1B1 126,394 21,85 2 1 2 5 A1B2 119,42 13 3 1 3 6 A1B3 119,5475 13,51 4 2 1 9 A2B1 127,14 27,64 5 2 2 1 A2B2 125,405 15,62 6 2 3 3 A2B3 120,1275 16,64 7 3 1 7 A3B1 Problemas em soldar, mau estado do elétrodo 8 3 2 2 A3B2 130,0625 18,79 9 3 3 4 A3B3 131,5475 20,64 Planeamento de Experiências na Soldadura 55 ANEXO D: Planta do 2º piso da Fábrica, área dedicada aos ELCB Planeamento de Experiências na Soldadura 56 Anexos Restantes – Instruções de Trabalho e Programas de Soldadura