Otimização de sistema produtivo de polimento de prismas de vidro

Universidade do Minho Escola de Engenharia João Nuno Duarte Soares Otimização de sistema produtivo de polimento de prismas de vidro Dissertação de Mestrado em Engenharia Industrial Avaliação e Gestão de Projetos e da Inovação Trabalho efetuado sob a orientação de Professora Doutora Ana Sofia de Pinho Colim Professor Doutor Nélson Bruno Martins Marques da Costa Dezembro de 2021 Universidade do Minho Escola de Engenharia João Nuno Duarte Soares Otimização de sistema produtivo de polimento de prismas de vidro Dissertação de Mestrado em Engenharia Industrial Avaliação e Gestão de Projetos e da Inovação Trabalho efetuado sob a orientação de Professora Doutora Ana Sofia de Pinho Colim Professor Doutor Nélson Bruno Martins Marques da Costa Dezembro de 2021 ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do RepositóriUM da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição-NãoComercial-SemDerivações CC BY-NC-ND https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/ iii AGRADECIMENTOS Começo por agradecer à minha família, mãe e irmã por todo o apoio e encorajamento na conclusão deste objetivo. Agradeço aos meus orientadores, Professora Doutora Ana Sofia de Pinho Colim e Professor Doutor Nélson Bruno Martins Marques da Costa, por toda a disponibilidade demonstrada ao longo deste tempo para a elaboração desta dissertação. Agradeço também à empresa, em particular na pessoa do Senhor engenheiro Miguel Reis e Sr. Armindo Mourão, por terem acreditado em mim para ingressar neste projeto, por toda a sabedoria partilhada e pela disponibilidade demonstrada. E aos colaboradores, nomeadamento do processo de polimento, pela ajuda, companheirismo e abertura que demonstraram no decorrer do tempo de estágio. Por último, quero agradecer à minha namorada e amigos pela ajuda e companheiros ao longo destes anos. iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducentes à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. v Otimização de sistema produtivo de prismas de vidro RESUMO Com o aumento da competitividade no setor industrial, torna-se cada vez mais fundamental que as organizações garantam a eficiência e eficácia dos processos essenciais para a otimização da produtividade e competividade. Num mundo cada vez mais automatizado, é relevante ainda o caráter artesanal presente em algumas atividades. Sendo que todas as atividades são constituídas por processos, o reconhecimento do potencial de melhoria neles existente por parte dos responsáveis é mote para a realização desta investigação. Nesta perspetiva, a presente dissertação, desenvolvida em ambiente industrial, num sector de produção de prismas óticos, visa aumentar o conhecimento relativamente ao processo de polimento, que é essencial para o cumprimento das especificações técnicas do produto. O presente trabalho teve também como objetivo o estudo da influência do comportamento humano na variabilidade do processo e, consequentemente, no sucesso da atividade. Considerando a importância do compromisso organização-colaboradores é objetivo, através de uma investigação-ação, dar a conhecer aos responsáveis do setor o estado atual do processo de fabrico e a influência dos colaboradores no controlo dos parâmetros de produção. Desta forma, é possível encontrar oportunidades de melhoria e otimizar futuramente o processo de fabrico. Através da observação e por meio de entrevistas informais aos operadores, foi possível identificar diferenças no processo produtivo entre os turnos da manhã e da tarde. Para verificar um possível impacto dessa diferença no resultado final, primeiramente, foi conduzido um controlo estatístico às características mensuráveis no produto resultantes do processo – desvio de potência, irregularidade e rugosidade – que permitiu concluir a possível influência de causas especiais no processo. Em seguida, foi realizada uma análise quantitativa usando testes de hipóteses que confirmaram a influência dos operadores no processo e resultados obtidos, especialmente no que toca ao desvio de potência e irregularidade, ou seja, na forma da superfície. PALAVRAS-CHAVE Controlo Estatístico do Processo, Método-Trabalho, Polimento, Prisma Ótico vi Optimization of a glass prism manufacturing system ABSTRACT Thanks to the growing industrial competitiveness, it is increasingly important that organizations ensure the efficiency and effectiveness of the processes that are essential to achieve productivity and competitiveness. In an increasingly automated world, the artisanal nature of some activities is still relevant. Since all activities are composed of processes, the recognition of their improvement potential by those in charge is the motto for this research. In this perspective, this research, carried out in an industrial environment in a sector of optic prisms production, aims to increase knowledge regarding the polishing process, which is essential to meet the product’s technical specifications. This work also aimed to study the influence of human behavior on process variability and, consequently, on the success of the activity. In view of the importance of the organization-employee commitment, the goal is to provide insights into the current state of the manufacturing process to those responsible for the sector, as well as the influence of employees in the control of production parameters. In this way, it is possible to find opportunities for improvement and optimize the manufacturing process in the future. Through observation and informal interviews with operators, it was possible to find differences in the production process between the morning and afternoon shifts. To assess the possible impact of this difference in the final result, a statistical control was first performed on the measurable characteristics of the product resulting from the process – power deviation, irregularity and roughness –, which showed the possible influence of special causes in the process. Then, a quantitative analysis was performed using hypothesis testing that confirmed the influence of the operators on the process and the results obtained, especially with regard to power deviation and irregularity, i.e. surface shape. KEYWORDS Statistic Process Control, Work-Method, Polishing, Optic Prism vii ÍNDICE Agradecimentos .................................................................................................................................. iii Resumo............................................................................................................................................... v Abstract.............................................................................................................................................. vi Índice de Figuras ................................................................................................................................ ix Índice de Tabelas ............................................................................................................................... xi Lista de Abreviaturas, Siglas e Acrónimos .......................................................................................... xii 1. Introdução .................................................................................................................................. 1 1.1. Enquadramento .................................................................................................................. 1 1.2. Objetivos ............................................................................................................................. 1 1.3. Estrutura de dissertação ...................................................................................................... 2 2. Revisão da literatura ................................................................................................................... 4 2.1. Lean Production .................................................................................................................. 4 2.1.1. Origem e conceito Lean Production .............................................................................. 4 2.2. Six Sigma ............................................................................................................................ 4 2.3. Lean Six Sigma ................................................................................................................... 5 2.3.1. Ciclo DMAIC ................................................................................................................ 6 2.4. Controlo Estatístico do Processo .......................................................................................... 7 2.4.1. Cartas de controlo ....................................................................................................... 8 2.4.1.1 Cartas de controlo por variáveis ................................................................................... 9 2.4.1.2 Cartas de controlo por atributos ................................................................................. 10 3. Caracterização do produto e processo ....................................................................................... 12 3.1. Secção ótica ..................................................................................................................... 12 3.1.1. Layout ....................................................................................................................... 12 3.1.2. Fluxograma de fabrico ............................................................................................... 13 3.1.3. Produto em estudo (o que é um prisma) .................................................................... 14 3.1.4. Especificação técnica dos prismas ............................................................................. 17 3.1.5. Descrição dos processos ........................................................................................... 22 3.1.5.1. Fresagem .............................................................................................................. 23 viii 3.1.5.2. Colagem e impermeabilização dos suportes ........................................................... 25 3.1.5.3. Fixação dos suportes ............................................................................................. 26 3.1.5.4. Esmerilagem ......................................................................................................... 27 3.1.5.5. Polimento .............................................................................................................. 29 3.1.6. Validação do processo de polimento .......................................................................... 32 4. Metodologia .............................................................................................................................. 35 4.1. Análise dos produtos ......................................................................................................... 35 4.2. Estudo do Método de trabalho atual ................................................................................... 36 4.3. Dados do processo para a Investigação ............................................................................. 37 4.3.1. Recolha de dados da produção .................................................................................. 39 4.3.2. Medição .................................................................................................................... 43 5. RESULTADOS ........................................................................................................................... 46 5.1. Análise dos produtos ......................................................................................................... 46 5.2. Estudo do método de trabalho atual .................................................................................. 48 5.3. Controlo Estatístico do Processo (CEP) .............................................................................. 53 5.4. Análise Estatística aos Dados ............................................................................................ 58 6. Conclusões e perspectivas de trabalho futuras .......................................................................... 67 6.1. Limitações e trabalhos futuros ........................................................................................... 69 Referências Bibliográficas ................................................................................................................. 71 Apêndice 1. Levantamento de layouts de fabrico e áreas de polimento .............................................. 76 Apêndice 2. Índices de capacidade ................................................................................................... 77 3 diferenças nos métodos de trabalho observados e quais os dados a recolher para o estudo do processo. No final é apresentado o tamanho da amostra em questão. Para o quinto capítulo estão reservados os resultados obtidos com os dados recolhidos, o controlo estatístico do processo e os resultados obtidos através de testes de hipóteses formulados aos dados recolhidos do processo. No capítulo final, são apresentadas algumas propostas de melhoria e possíveis trabalhos futuros a realizar no sentido de aprofundar mais o tema em estudo, e ainda a conclusão. 4 2. REVISÃO DA LITERATURA 2.1. Lean Production 2.1.1. Origem e conceito Lean Production O conceito Lean foi originalmente criado por industriais japoneses no final da Segunda Guerra Mundial, quando constataram que não dispunham dos recursos necessários para reconstruir as suas fábricas destruídas. Taichi Ohno, um dos responsáveis pela criação do Sistema de Produção Toyota (SPT). Lean foi o termo utilizado para um sistema de produção, que revela ser a junção de dois componentes: um sistema de produção Just-in-Time (JIT) e um sistema que integra os colaboradores, com a finalidade de eliminar os movimentos desnecessários (Ohno, 1979). Este termo foi mais tarde popularizado no livro The Machine that Changed the World , de Womack et al. (1990), onde os autores fazem uma comparação entre as indústrias automóveis ocidentais e japonesas. Diversos autores desenvolveram conceitos referentes ao Lean Manufacturing . Considera-se que Lean é uma filosofia baseada no Sistema de produção Toyota (SPT) e noutras práticas de gestão japonesas que tem como finalidade identificar e eliminar desperdícios nas cadeias de valor (Shah & Ward, 2007). Trata-se de um processo dinâmico de mudança de procedimentos combinado com a utilização de diversas ferramentas e estratégias no desenvolvimento de produtos, logística e operações (Womack & Jones, 1994), reduzindo o Lead-Time (Alukal, 2003), e onde as pessoas assumem um papel de pensadores. As empresas têm assim a capacidade de responder rapidamente às necessidades do mercado e às mudanças (Alves et al, 2012), procurando utilizar o mínimo necessário para produzir um produto ou serviço (Hayes & Pisano, 1994). Através da implementação do Lean Manufacturing, vários objetivos podem ser alcançados tais como, melhorias na qualidade dos produtos (Liker & Wu, 2000), redução dos custos de produção, redução do Lead-Time (Hayes e Pisano, 1994), redução de inventários (De Treville & Antonakis, 2006) e aumento da produtividade (Bhamu & Sangwan, 2013). 2.2. Six Sigma O Six Sigma (SS) foi introduzido em meados dos anos 80 por Bob Galvin, CEO da Motorola. A metodologia foi implementada como um programa de melhoria, a fim de melhorar a qualidade dos processos, aumentar a satisfação dos clientes e os lucros da empresa. Para isso, Galvin definiu a meta de atingir 3,4 defeitos por milhão de oportunidade (Watson & DeYong, 2010). 5 Inicialmente, era uma abordagem para projetos vocacionados para redução de defeitos em produtos e serviços, usando métodos estatísticos para identificar e diminuir ou eliminar a variação do processo, aumentar a qualidade do produto, mas também como estratégia de negócios das organizações, ajudando a compreender melhor os requisitos dos clientes, aumentar a produtividade e desempenho financeiro (Kwak & Anbari, 2006). Ao realizar uma revisão de literatura é possível identificar quatro interpretações diferentes acerca do SS. A primeira abordagem define SS como um conjunto de ferramentas estatísticas adotadas pela qualidade, tendo em vista a melhoria dos processos. Outra abordagem define SS como uma filosofia de gestão operacional. A terceira abordagem refere-se ao SS como uma cultura de negócios, pois considera que o sucesso da implementação de um programa SS não depende apenas da utilização de ferramentas e técnicas estatísticas, mas também da vontade da administração apoiar estes estudos. Uma quarta interpretação define SS como uma metodologia de análise, que utiliza métodos científicos para promover a melhoria contínua e reduzir a variabilidade do processo e a remoção de desperdícios ao longo do mesmo (Tjahjono & Ball, 2010). A filosofia SS afirma que a redução da “variação” ajudará a resolver problemas de processos e negócios. Se o resultado não for satisfatório, as ferramentas associadas podem ser usadas para entender melhor os elementos que influenciam o processo. A maioria dos programas SS concentra-se na melhoria de processos. Esses esforços procuram eliminar as causas da variação nos processos, deixando o processo básico intacto (Pojasek, 2003). 2.3. Lean Six Sigma Lean Six Sigma (LSS) é uma metodologia que integra as duas estratégias distintas já apresentadas, que são utilizadas em programas de melhoria contínua em organizações que foram introduzidas previamente. Juntos, o Lean Manufacturing (Lean) e o SS formam uma poderosa metodologia que permite reduzir os custos, tempo de ciclo, devoluções de clientes, stocks e aumentar a capacidade de produção focando-se na otimização de processos, redução de desperdícios, defeitos e na melhoria da qualidade. Historicamente separados e com evoluções por caminhos diferentes, é possível a combinação das duas metodologias, com vantagens para as organizações. A filosofia Lean traz ação e intuição, e permite aos funcionários fazer rápidas melhorias, impulsionando a produtividade. O SS, com as suas ferramentas estatísticas, descobre a raiz e causas das variações, fornecendo as métricas como marcadores de sucesso (Pojasek, 2003). 6 Lean e SS são duas metodologias que podem funcionar tanto separadamente quanto em conjunto para entregar melhorias reais, mensuráveis, operacionais e financeiras. O que diferencia o Lean do Six Sigma é sobretudo a velocidade no aparecimento de resultados (Wang & Chen, 2010). O foco do Lean é a velocidade, eficiência e eliminação do desperdício de um processo, enquanto o SS se concentra na eficácia e remoção de erros (Mustapha, Hasan & Muda, 2018). O LSS utiliza as fases DMAIC ( Define, Measure, Analyse, Improve, Control ) à semelhança do que é feito no SS. As ferramentas utilizadas nestas fases são as mesmas que se utilizam nas filosofias Lean e SS, ou seja, não foram desenvolvidas nem estruturadas ferramentas específicas para programas LSS. Assim, em cada programa, é possível as ferramentas mais adequadas de acordo com a natureza do problema. Subsiste assim um intercâmbio entre Lean e Six Sigma, mas, entre as ferramentas mais utilizadas nestes programas LSS, estão as 7 ferramentas básicas da qualidade (Mustapha, Hasan & Muda, 2018). 2.3.1. Ciclo DMAIC Independentemente do tipo de melhoria que se pretende implementar, o modelo DMAIC é extremamente útil pois fornece uma sequência ou mapa de atividades que ajudam a alcançar o objetivo pretendido (Mustapha, Hasan & Muda, 2018). Tal como o nome indica, é um ciclo composto por 5 etapas, sendo elas: • Define (Definir) – Consiste na fase de definição do problema. São verificados os requisitos do cliente e identificados os problemas que fazem com não se consigam atingir os objetivos. Assim são revistos os processos que oferecem esses requisitos. Nesta fase, é definido o âmbito do projeto e o que deve ser feito (Mustapha, Hasan & Muda, 2018). Para cumprir os objetivos desta etapa, é utilizada uma ferramenta para ajudar a confirmar ou refinar o âmbito e os limites do projeto. Uma ferramenta comum é um diagrama de alto nível de processo, designado de SIPOC que inclui fornecedores (suppliers ), entradas ( inputs ), processo ( process ), saídas ( outpu ts) e clientes ( customers ) (Wang & Chen, 2010). • Measure (Medir) – Nesta fase, identificam-se as características do processo que são críticas para alcançar os requisitos do cliente. É necessário recolher dados diretamente dos processos para se entender as causas dos problemas que afetam a qualidade dos requisitos. Várias ferramentas podem ser utilizadas, tendo em conta a natureza dos dados a recolher. Para a descrição do processo, podem ser utilizados mapas de fluxo de valor; para priorização, pode, por exemplo, ser utilizado FMEA ou Diagramas de Pareto; e para a recolha de dados, cartas de controlo (Wang & Chen, 2010). 7 • Analyse (Analisar) – O objetivo da análise é produzir informações sobre o processo e os seus problemas, com a identificação dos defeitos e das variabilidades do processo mais importantes. As ferramentas mais comuns usadas na fase de análise são aquelas usadas para mapear e explorar relações de causa e efeito, como 5 Why’s, Diagramas de Ishikawa, gráficos de dispersão, etc. • Improve (Melhorar) – O propósito desta fase é escolher que características do produto ou processo devem ser melhoradas para que se atinjam os objetivos propostos na fase definição. Nesta fase do Six Sigma, a equipa identifica e implementa potenciais soluções para os problemas do processo. Os resultados dessas mudanças de processo são medidos cuidadosamente e efetuados ajustes conforme necessário. Para tal, pode ser útil recorrer a algumas ferramentas Lean , tais como, o sistema pull, redução de configuração e 5s (estruturar, sistematizar, higienizar, padronizar e autodisciplinar) • Control (Controlar) – No final, se for constatado que o processo está a funcionar num nível superior, é necessário garantir que os ganhos obtidos são preservados, até que se determine uma maneira ainda melhor de efetuar o processo. Para tal, é necessário documentar e monitorizar o processo através de métodos de controlo estatístico, para garantir que não ocorram novas variações inesperadas. 2.4. Controlo Estatístico do Processo O Controlo Estatístico do Processo (CEP) é, em essência, uma técnica que garante que os produtos e serviços permanecem constantes de acordo com as especificações do cliente. Para Montgomery (2009), a qualidade é inversamente proporcional à variabilidade e, por isso, deve procurarse aumentar a capacidade através da redução da variabilidade. A variabilidade está sempre presente em qualquer processo produtivo, independente de quão bem ele seja projetado e operado. Se compararmos duas unidades quaisquer, produzidas pelo mesmo processo, elas jamais serão exatamente idênticas (Ribeiro & Caten, 2012). Neste sentido, a principal razão para a implementação do CEP nos processos de fabrico advém da necessidade constante de melhorar continuamente tornar a qualidade dos produtos (Garvin, 1987). A suposição subjacente é que são produzidos bons itens quando os processos estão sob controlo em relação aos valores alvo. O principal objetivo do CEP é dar um sinal quando o processo muda, ou seja, quando a sua média se afasta do valor alvo e/ou a sua variabilidade aumenta (Gašper Škulj et al., 2013). O Controlo Estatístico de Processo (CEP) consiste num conjunto de ferramentas de resolução de problemas úteis para alcançar a estabilidade do processo de produção e melhorar a capacidade por meio da redução da variabilidade (Montgomery, 2009). Uma aplicação correta do CEP fará com que as 8 tomadas de decisão sejam baseadas em factos, obtendo uma abordagem sistemática na resolução de problemas, especialmente útil nos atuais ambientes competitivos. O CEP ajuda a garantir um processo estável e previsível, cuja evolução pode ser constantemente acompanhada com o objetivo de verificar a presença de causas especiais, ou seja, causas que não são naturais ao processo e que podem prejudicar a qualidade do produto. Uma vez identificadas as causas especiais, podemos atuar sobre elas, melhorando continuamente os processos de produção e, por conseguinte, a qualidade do produto final (Ribeiro & Caten, 2012). Desta forma, a avaliação da capacidade por intermédio do CEP consiste frequentemente na introdução de uma iniciativa de melhoria de processo, especialmente quando se descobre que a capacidade do processo é baixa (Stuart, Mullins & Drew, 1996). As ferramentas de resolução de problemas do CEP permitem alcançar a estabilidade do processo e, tradicionalmente, a ferramenta mais importante são as cartas de controlo, que determinam e representam graficamente a capacidade do processo, oferecendo a informação de que o processo se encontra ou não sob controlo estatístico (Montgomery, 2009). 2.4.1. Cartas de controlo Admite-se que o controlo estatístico da qualidade terá sido iniciado por Walter Shewhart, colaborador da Bell Telephone, em 1924. Shewart concebeu nessa altura a primeira carta de controlo, tendo-a aplicado á monitorização do processo de produção de telefones, na altura em grande expansão. Estas cartas tinham um caráter pró-ativo, no sentido de monitorizar os processos e sinalizar quando estes ficavam fora de controlo (Stuart, Mullins & Drew, 1996). Segundo Woodall (2000), as cartas de controlo auxiliam na determinação das capacidades do processo produtivo. Com a capacidade do processo determinada e em níveis satisfatórios, alguma ação apenas é despoletada quando o gráfico indica que o processo está fora de controlo estatístico. Um processo está sob controlo estatístico se a probabilidade da distribuição de uma dada característica qualitativa for constante ao longo do tempo (Woodall, 2000). Não existem dois produtos exatamente iguais. Isto acontece porque os processos produtivos são afetados por muitas causas de variabilidade. O uso de cartas de controlo visa reduzir a variabilidade e, portanto, de acordo Montgomery (2009), melhorar a qualidade do processo. Existem dois tipos de causas que afetam a variabilidade dos processos: as causas comuns e as causas especiais ou assinaláveis. As causas comuns produzem variações no output , e produzem efeitos cumulativos normalmente distribuídos, estáveis e repetíveis ao longo do tempo. Estas causas fazem parte do processo, estão sempre presentes e, por isso, fazem parte da operação normal do processo, produzindo efeitos 9 relativamente pequenos e previsíveis. Exemplos de causas comuns são pequenas alterações nos fatores do processo, nas matérias-primas, nas condições ambientais e nas medições efetuadas regularmente. Reduzir as causas comuns ou os seus efeitos exige um redesenho do produto e do processo (Anand, 2003). As causas especiais ou assinaláveis fazem com que a variação do produto se torne instável e imprevisível ao longo do tempo, pois nem sempre estão presentes. Contudo produzem grandes alterações no produto final. Quando um processo é exposto a estas causas especiais ocorre uma mudança imprevista na média, variância, na distribuição e no output final impedindo previsões futuras acerca das características finais do produto. Reduzir as causas especiais exige uma ação para garantir que o processo opere da maneira pretendida (Anand, 2003). As cartas de controlo são assim uma forma eficaz de apresentar os dados relativos aos processos, revelando se existem problemas no processo e determinando se uma sequência de dados pode ser utilizada como previsão para o que poderá ocorrer no futuro. Existem alguns tipos de gráficos de controlo, que diferem entre eles no que diz respeito às especificidades dos fenómenos controlados. As cartas de controlo podem ser divididas em cartas de controlo por variáveis e cartas de controlo para atributos 2.4.1.1 Cartas de controlo por variáveis As cartas de controlo por variáveis são utilizadas para controlar características da qualidade que são mensuráveis, ou seja, características que são medidas por alguma escala de medida, como o diâmetro de determinado veio ou tempo de espera num determinado serviço. Através da medição é possível obter mais informação do que com um conforme ou não conforme. Exige também um tamanho menor de amostra o que possibilita que as ações corretivas podem ser implementadas mais rapidamente. Outra vantagem do uso das cartas por variáveis é o facto de estas fornecerem informações úteis, mesmo quando todas as unidades controladas estão dentro das especificações. Os gráficos de controlo utilizados para variáveis são os da média e amplitude (x, R), média e desvio padrão (x, S), mediana e a amplitude (X, R) e as cartas de controlo para valores individuais. Carta de controlo para média e amplitude (x, R) – As cartas de controlo para a média são adequadas quando a amostra é retirada em pequenos subgrupos entre 3 e 6 peças. Estes gráficos foram projetados para detetar mudanças no valor médio dos subgrupos, avisando que o processo está fora de controlo no momento em que a média se encontra fora dos limites inferiores e superiores. 10 Nestas cartas de controlo são utilizados 2 tipos de gráficos: o gráfico X, para monitorizar as médias amostrais ao longo do tempo do processo, e o gráfico R, para monitorizar a variabilidade dentro da amostra, ou seja, a variabilidade em um determinado período tempo. Das cartas de controlo por variáveis esta é a mais aplicada na indústria. Carta de controlo para média e desvio padrão (x, S) – Esta carta é geralmente utilizada quando se dispõe de amostras grandes, porque, neste caso, o desvio padrão torna-se um indicador mais eficiente. A utilização destas cartas é recomendada quando os dados são recolhidos através de computador e, portanto, facilmente tratados; quando os processos são complicados, tratados por especialistas; e quando as amostras são grandes. Carta de controlo para mediana e amplitude (X, R) – A utilização desta carta pode ser útil pois a mediana não é tão sensível quanto a média à presença de dados atípicos, pois leva em conta apenas o valor central. Para uma correta utilização desta carta, o subgrupo deve ser pequeno e de tamanho ímpar, sendo que o valor mediana é calculado pelo valor médio das medianas. Cartas de controlo para valores individuais – Estas cartas são utilizadas quando, por força das condições do processo, apenas é possível obter uma medida individual. Também são utilizadas quando a taxa de produção é bastante baixa, quando são exigidos testes bastantes caros, que exijam a destruição de amostras ou paradas de linha de produção para a recolha de dados, ou quando as amostras apresentam características muito homogénias que variam muito lentamente. Na leitura destas cartas, deve ter-se em conta que estas não são tão sensíveis às mudanças no processo quanto as cartas das médias e que os pontos da carta da amplitude são correlacionados e que, por isso, pode induzir certos padrões ou ciclos, impossibilitando a avalliação direta da dispersão do processo. Para contornar este aspeto usa-se uma amplitude móvel calculada como a diferença entre cada par de leituras sucessivas. Dessa forma, o tamanho de amostra é considerado n=2. 2.4.1.2 Cartas de controlo por atributos • Atributos são características de um processo que se expressam em termos de bom ou mau, aceitar ou rejeitar, OK e NOK, etc. As cartas de controlo por atributos não são tão sensíveis à variação como as cartas de controlo para variáveis. No entanto, quando lidam com atributos e usadas de um modo apropriado, especialmente pela incorporação de uma análise de Pareto em tempo real, podem tornar-se ferramentas de melhoria eficazes. Para análise dos dados por atributos, existem cartas p, cartas np, cartas c e cartas u (Anjard, 1995). 11 É relativamente comum basear um gráfico de controlo por atributos na inspeção 100% de todas as saídas do processo (Montgomery, 2001). 12 3. CARACTERIZAÇÃO DO PRODUTO E PROCESSO Neste capítulo, vai ser apresentado o produto, o prisma ótico, que é o foco de estudo desta dissertação, assim como todas as operações e processos aos quais o mesmo é submetido até estar pronto a ser incorporado nos aparelhos da marca. Esta dissertação foi realizada na secção de ótica plana, onde se produzem componentes óticos de superfícies planas, tais como prismas e espelhos. Como o processo de polimento é o principal objeto de estudo desta dissertação, este teve um especial destaque na descrição pormenorizada do processo. Os responsáveis da secção têm uma noção clara da necessidade de melhorar e saber mais acerca do processo do polimento e, para isso, reconhecer os dados do processo que vale a pena retirar, de modo a conseguir combater as causas de variação e a rejeição proveniente do processo. Numa primeira etapa, vai ser apresentado o layout da secção e o fluxo produtivo de um prisma. Posteriormente, será apresentado o prisma ótico, as suas funções, especificações e requisitos técnicos a respeitar. 3.1. Secção ótica 3.1.1. Layout No caso da secção de ótica plana, cujo layout se encontra representado na Figura 1, assiste-se à produção de produtos óticos, com geometrias semelhantes entre si, sendo a produção executada em lotes. Esta uniformização da produção resulta numa disposição funcional das máquinas e equipamentos, o que se reflete num agrupamento geográfico das máquinas por células. O mesmo acontece com os colaboradores. Os operadores que efetuam o mesmo género de tarefas estão também agrupados no mesmo setor. Na secção da ótica plana da empresa, é possível identificar 3 grandes oficinas de produção: a fresagem, a esmerilagem e o polimento. 19 Figura 8. Imagem visível através de um autocolimador (Fonte: IT da empresa). A qualidade das superfícies é outro aspeto definido no desenho da Figura 7. Para o estabelecimento destas características é seguida a norma internacional DIN ISO 10110. As especificações de textura da superfície são aplicáveis a superfícies mate, bem como a superfícies oticamente lisas feitas por polimento ou moldagem. Por textura ou rugosidade, esta ISO também se refere a microdefeitos como pontos deixados por um polimento incompleto, uniformemente distribuídos sobre uma superfície lisa. A textura da superfície é uma característica estatística global do perfil da superfície ótica e assume-se na DIN ISO 10110 que o caráter e a magnitude da textura em qualquer área da superfície é semelhante em todas as outras áreas da mesma superfície. Isto significa que uma medição feita numa parte de uma região ou superfície de teste indicada pode ser considerada representativa de toda a região ou superfície de teste. O principal efeito da rugosidade nas superfícies é o espalhamento ótico. Para a norma DIN ISO 10110-8 a rugosidade RMS, é um dos parâmetros mais usados e também é conhecido como o valor Rq. O valor Rq corresponde ao desvio padrão da distribuição das alturas nas superficies. O parâmetro proporciona uma manipulação estatística fácil e possibilita resultados estáveis, visto que não é afetado significativamente por arranhões, contaminação e pelo ruído da medição. Superfícies oticamente lisas são comumente especificadas pela indicação da rugosidade RMS, Rq. Para faixas de comprimento de onda espacial mais longas, a ondulação RMS, Wq, é usada. Se as variações da altura da superfície obedecem a certas propriedades de distribuição estatística, o valor rms, Rq, pode ser relacionado à magnitude do espalhamento ótico. 20 A identificação de uma superfície oticamente lisa deve incluir a letra P (Polido) acima da linha horizontal do símbolo da rugosidade, como é possível observar na Figura 9. O uso da letra P sozinha significa que nenhuma quantificação dos microdefeitos é necessária, mas que a superfície deve ser lisa. O número de microdefeitos permitidos tem uma graduação entre 1 e 4. Esta indicação é colocada ao lado da letra P. Figura 9. Representação da indicação P (Polido) e tabela de graduação de micro defeitos (ISO 10110-8). Os microdefeitos são pequenas irregularidades em superfícies óticas lisas. Mais especificamente, são pontos onde a altura da superfície difere da altura média da superfície em mais de duas vezes o desvio padrão. Os microdefeitos produzem grandes ângulos de dispersão aquando da incidência da luz, tornando-se visíveis, o que constitui um problema. Normalmente, os microdefeitos são pontos remanescentes que permanecem na superfície após um polimento incompleto, embora também possam resultar devido a manuseio incorreto e contaminação durante o polimento, se A Tabela 1 mostra uma estimativa de correlação, presente na norma, entre os graus de polimento e a rugosidade de uma superfície. Tabela 1. Estimativa da correlação esperada entre os graus de polimento e a rugosidade da superfície (DIN ISO 10110-8) A tolerância sob a forma das superfícies, como especificado na norma DIN ISO 10110-5, é indicada por um código 3/ e um conjunto de indicações de tolerâncias para power deviation (desvio de 21 potência), Irregularity (Irregularidade) e rotationally and/or translationally invariant irregularity. A tolerância da forma no desenho da Figura 3 é apresentada segundo a forma básica, 3/A (B/C) e a unidade utilizada, salvo outra indicação são espaçamentos de franja (fr). A letra “A” corresponde ao valor máximo de desvio de potência. A potência é um tipo de especificação de precisão de superfície e aplica-se a superfícies óticas curvas ou superfícies planas. Este termo corresponde à distância entre a superfície em teste e a superfície de referência. Para a medição, é usado o padrão de franjas de interferência que representa o desvio da superfície de teste da superfície de referência. Um desvio na superfície de teste irá criar uma série de anéis, conhecidos por anéis de Newton. Quanto mais anéis houver, maior será o desvio. O objetivo na ótica plana é que estas franjas se apresentem paralelas, significando assim que a superfície se encontra paralela à superfície em teste, e assim plana. A letra “B” corresponde à irregularidade . A irregularidade é a especificação que mede a forma como uma superfície de teste se desvia de uma superfície de referência. Quanto mais esféricas forem as franjas circulares formadas pela comparação das superfícies, maior será a irregularidade da superfície de teste. O valor da irregularidade é obtido através da medição do desvio de potência. A letra “C” diz respeito ao grau em que a deformação da frente de onda é rotacionalmente invariável em inglês rotationally and/or translationally invariant irregularity. É observado repetindo o teste acima com a inclinação ajustada de modo que as franjas sejam orientadas noutra direção. A deformação da frente de onda é rotacionalmente invariável se a aparência das franjas for a mesma para todas as orientações das franjas. A irregularidade rotacionalmente invariável é aquela parte da deformação que permanece a mesma para todas as orientações das franjas. Para a medição das características forma e textura de superfícies, os sistemas óticos de alta precisão são geralmente testados usando interferometria, já que muitas vezes é a única maneira de alcançar a precisão de medição desejada. Os interferómetros são muitas vezes utilizados para determinar a rugosidade e a forma de superfícies e avaliar a sua qualidade sendo indiscutivelmente o sistema de medição mais importante e sensível de uso comum, particularmente para testes óticos. Para avaliar o desempenho de um sistema ótico, o interferómetro é um padrão da indústria (Creath & Wyant, 1990). O desvio da forma da superfície é comumente medido usando interferometria. Nessa medição, uma frente de onda é refletida da superfície ótica em teste. Uma diferença de caminho ótico de um comprimento de onda na frente de onda (um espaçamento de franja) corresponde a um desvio de forma de superfície de meio comprimento de onda quando refletido uma vez na incidência normal. A norma DIN ISO 14999-4 fornece as indicações para a interpretação e avaliação das superfícies através da 22 interferometria. A tabela da Figura 10 ajuda a compreender o tipo de desvios na forma descritos anteriormente. Figura 10. Quadro resumo, criado a partir da norma DIN ISO 14999-4:2015. As zonas úteis das superfícies dos prismas são designadas nos desenhos e são representadas em áreas a tracejado, como é possível observar no desenho da Figura 3 é nessas zonas que as tolerâncias e especificações das funções óticas apresentadas se aplicam. Algumas vezes, os desenhos especificam na mesma superfície diferentes tolerâncias para a forma. Neste caso, trabalha-se sempre para os valores mínimos, pois não se conseguem ter controlo para produzir diferentes formas na mesma superfície. Através das características do processo, sabe-se que este produz inevitavelmente uma superfície de pior qualidade na zona próxima das arestas do que no centro da superfície. Deste modo, o mau acabamento superficial ou aparas que surjam nos extremos fazem com que a luz que encontra estes limites seja cortada, dispersada ou difratada. 3.1.5. Descrição dos processos Nesta fase vão ser descritos, em sequência, os processos de transformação de um prisma ótico. Por se tratar de um componente ótico, para que cumpra as suas funções, este tipo de produto tem de obedecer com grande rigor a exigências geométricas e de acabamento superficial. Numa primeira visão ao processo é possível identificar 3 processos de transformação do vidro para obtenção de superfícies óticas perfeitas. A Figura 11 ajuda a perceber o acabamento que cada 23 processo de transformação provoca no vidro, desde o vidro em bruto até se obter uma superfície óticamente lisa. Figura 11. Ilustração das fases de transformação até obter uma superfície polida (Suratwala et al., 2006). Na imagem da Figura 11 podemos observar um resumo da transformação no bloco que vidro que se pretendem com os processos a seguir descritos. O que se pretende é sempre reduzir os danos superfícies provocados pelos processos até se obter uma superfície com ausência total de danos. 3.1.5.1. Fresagem Este pode ser considerado o primeiro passo de transformação dos prismas de vidro. Este processo executa um desbaste da matéria-prima, obtendo-se uma pré-forma do prisma. A fresagem é realizada recorrendo a máquinas convencionais e automáticas, com ferramentas de diamante específicas para utilização em ótica de precisão. A fresagem deste tipo de componentes é dividida em duas operações distintas: a fresagem das faces paralelas e a fresagem do contorno. A fresagem das faces paralelas é a primeira operação, logo após a receção da matéria-prima. Esta operação define as faces que servirão de referência para fixação nos processos seguintes. Uma vez que não têm relevância para transmissão do feixe de luz, estas duas superfícies ficam já com as dimensões e acabamento superficial acabados. Para a fresagem das faces paralelas, são utilizadas máquinas planetárias. Estas fresadoras consistem em duas superfícies abrasivas, paralelas entre si. No centro dos discos abrasivos está presente uma engrenagem solar e a circundar, uma engrenagem anelar. Os prismas são assim carregados nas designadas “gaiolas” que, no fundo, são transportadoras dentadas, tal como é possível observar na Figura 12. Quando estão em funcionamento, os discos interiores e exteriores giram em sentidos 24 contrários que provocam a rotação das gaiolas sobre superfícies abrasivas estáticas, enquanto os componentes percorrem órbitas epicicloidais. Figura 12. Ilustração de máquina planetária de fresagem de faces paralelas (Williamson, R. 2011). A utilização destas máquinas planetárias é vantajosa pois garante o paralelismo quase automático das faces, uniformidade na espessura dos lotes e capacidade de trabalhar os dois lados em simultâneo. Depois de garantido o paralelismo das faces dos prismas, será definido o seu contorno geométrico. O desbaste do contorno é executado em fresadoras convencionais ou centros de maquinação automático. O prisma sozinho ou colado em coluna, consoante a sua geometria, é posicionado num apoio metálico sobre o prato da máquina. Na Figura 13 é possível ver o aspeto de um centro de maquinação utilizado e o sistema utilizado para a fixação das colunas de primas ou prismas individuais. Para isso é acionado uma punção que pressiona o topo do bloco contra o prato da máquina. Divido à rotação da mesa da máquina e à liberdade permitida por este tipo de fixação, é possível trabalhar o prisma ou as colunas em todo o perímetro, sem necessidade de interromper o processo. O corte é realizado por discos abrasivos compostos por grãos abrasivos, uns mais grossos e maiores que proporcionam um desgaste de material mais rápido, e outros mais finos e pequenos que acabam por deixar um acabamento mais fino na superfície trabalhada. O material vai sofrendo desgaste com o tempo, enfraquecendo o seu poder corte, o que acaba por separar estes grãos dos demais surgindo novos para continuar o desgaste. 25 Para auxiliar o corte, é utilizado um fluido de corte, que é importante no controlo da temperatura processo. Este fluido estabiliza os componentes e aliviar a fricção no corte, aumentando o tempo de vida do disco. Figura 13. Fixação de bloco de prismas no interior de Centro de Maquinação Automático. 3.1.5.2. Colagem e impermeabilização dos suportes Os prismas necessitam de um suporte de apoio que os segure e apoie nos processos de esmerilagem e polimento. A solução é a fabricação de suportes mecânicos, feitos de latão, onde assentam as faces dos prismas. Estes suportes de latão têm a finalidade de posicionar o prisma na posição correta durante o polimento. A operação começa com a colocação dos suportes numas réguas que servirão de batentes. Os prismas são depois colocados sob os suportes e encostados à régua. Com os prismas colocados corretamente nos suportes, estes são fixos por intermédio de uma solução adesiva constituída por cola, acetona e éter. Estes dois últimos produtos servem essencialmente para diluir a cola, de forma a não criar espessura no momento da colocação. A cola é colocada nas ranhuras maquinadas nos suportes com a ajuda de um pincel, espalhando-se uniformemente entre o suporte e o prisma. No caso dos prismas de “telhado”, para verificar o seu posicionamento no suporte e não incorrer em erros de ângulo, os conjuntos são controlados no autocolimador. Quando validados, os conjuntos são colocados numa estufa para corar a colagem, ficando assim fortalecida a ligação entre o vidro e o suporte 26 metálico. Depois de a estufa estar preenchida, o operador inicia a secagem. Os conjuntos permanecem cerca de 90 minutos na estufa, mais meia hora de arrefecimento, antes de irem para a operação de vedação. A impermeabilização consiste em pincelar uma mistura de cera de abelha e parafina nos contornos das faces que estão coladas ao suporte de latão para impermeabilizar o conjunto. Na Figura 14 é possível observar os suportes com os prismas e o fogão com a cera líquida. Esta operação é essencial para que a água necessária durante o processo de esmeril e de polimento não se infiltre entre o prisma e o latão. Caso se verifique a penetração de humidade entre a superfície de vidro e o latão, o prisma irá descolar do suporte e prejudicar a estabilidade do processo. Figura 14. Suportes com os prismas já colados (à esquerda) e fogão com a cera em estado líquido (à direita). 3.1.5.3. Fixação dos suportes Para aumentar a rentabilização e a eficiência no polimento na produção ótica, os suportes são afixados a um prato com uma base de granito retificado, que garante maior estabilidade e a planeza da superfície de trabalho. A disposição dos prismas no prato deve ser a mais equilibrada e simétrica possível, compacta e com disposição circular. O layout deve respeitar os princípios apresentados, contudo está sempre condicionado pelas próprias dimensões e formas dos suportes e das dimensões do prato. A Figura 15 ilustra um dos layouts mais utilizados onde se faz um alinhamento central de suportes e os restantes são colocados de forma simétrica nos espaços disponíveis. 27 Figura 15. Layout de um prato de prismas. Para um melhor fluxo de produção, é importante que, nas viragens para o polimento de diferentes partes, se consiga polir sempre o mesmo número de prismas. Contudo, nem sempre é possível fazer isso acontecer. A fixação dos prismas no prato é feita através de aparafusamento. São utilizados parafusos sextavados M8 e M5 consoante a dimensão dos suportes. Durante o aparafusamento dos suportes, é necessário garantir a limpeza das superfícies dos suportes e do prato, de maneira a não incrementar erros. Outro fator relevante é a força de aperto. Um aperto exagerado provoca tensões excessivas nos prismas, prejudicando a forma da superfície. Por outro lado, se ficarem mal apertados, os prismas podem provocar danos nas ferramentas dos processos seguintes, prejudicando a estabilidade do processo. 3.1.5.4. Esmerilagem O processo de esmerilagem é semelhante ao processo de fresagem, mas neste caso as ferramentas apresentam um grão muito mais fino, o que resulta num acabamento com uma rugosidade muito inferior à obtida na fresagem. Em linguagem ótica, o processo de esmerilagem prevê a remoção de imperfeições resultantes de uma operação mais semelhante a desbaste, como é o caso da fresagem, para obtenção de uma superfície plana por todo prato. Este processo divide-se em duas etapas. A primeira etapa é executada em centros de maquinação CNC. A Figura 16 apresenta o processo de esmerilagem CNC. As vantagens da utilização destes equipamentos são a possibilidade de repetibilidade nas séries produzidas e a qualidade dimensional obtida. Para tal, é essencial proceder-se ao controlo de variáveis, como a velocidade de avanço e a rotação dos discos de corte e da mesa de trabalho. A outra variável do processo é a altura 28 do prato de granito. As máquinas estão equipadas com dois discos de diamante com grãos diferentes. O disco mais grosso possui maior velocidade de avanço e é utilizado para o desbaste, retirando uma média de 0,35 mm. O disco mais fino é utilizado para o acabamento. Apesar das vantagens de operar com máquinas CNC, o tipo de ferramentas nelas utilizadas por vezes acabam por deixar as superfícies bastantes turvas e opacas, verificando-se até a necessidade remoção de alguns riscos antes do processo de polimento. Figura 16. Esmerilagem CNC. Para finalizar o processo de esmerilagem, os pratos são colocados numa máquina onde um braço com movimentos pendulares horizontais fricciona uma calota, composta por elementos abrasivos, contra o prato de prismas em rotação no centro da máquina. Os elementos abrasivos são pellets diamantados colados em forma de espiral na superfície da calota de alumínio de forma a garantir o máximo equilíbrio na distribuição dos pellets , conforme ilustrado na Figura 17. Este tipo de solução vem substituir o anterior pó de esmeril (ainda utilizado em casos muito específicos) provoca a abrasão do vidro através do mesmo efeito de fricção entre calotas de ferro e pó de abrasivos. A utilização de pellets é vantajosa a nível do tempo de operação de esmerilagem, limpeza da operação, uniformidade do acabamento e danos na superfície. O tempo de execução desta operação, ao contrário do que acontece no centro de maquinação CNC, é estimado através da relação entre a velocidade da ferramenta de trabalho, a rotação do prato e a pressão exercida. É assim possível definir um tempo de processamento adequado para que se termine a operação com a espessura e paralelismo desejados (Marinescu, Uhlmann & Toshiro, 2006). 35 4. METODOLOGIA De maneira a dar resposta aos objetivos definidos para a dissertação, foram privilegiadas as práticas de observação dos processos, estudo de métodos e recolha e tratamento de dados no sentido de identificar os fatores que pudessem influenciar a objeto em estudo. De forma a analisar o sistema produtivo atual e fazer o levantamento dos problemas do sistema de produção, a metodologia escolhida foi a investigação-ação, pois permite conjugar facilmente a teoria relativa às ferramentas a serem utilizadas e uma aplicação prática dos resultados obtidos. Com a utilização desta metodologia, será possível obter diretamente no local de trabalho os dados essenciais para a investigação, nomeadamente as operações realizadas em cada um dos processos, o número de operadores, o material, as máquinas utilizadas, os fluxos e as informações relativas aos indicadores de produção e qualidade. Estes dados foram obtidos com o envolvimento dos colaboradores e sem qualquer esforço da parte destes para “controlar” o contexto da pesquisa. Com esta metodologia empregam-se duas finalidades: a investigação e a ação. Na investigação, pretende-se obter o máximo conhecimento teórico acerca do processo em estudo, ao passo que na ação pretende-se obter resultados na organização, no caso em concreto, no sistema produtivo do polimento dos prismas. Assim, a metodologia investigação-ação passa por ser um processo iterativo de diagnóstico, planeamento, ação e avaliação no sentido em que rejeita o processo comum de duas fases das ciências sociais, em que a pesquisa é realizada por investigadores e a prática pelos profissionais (Saunders et al., 2019). A investigação-ação, ao contrário de outras metodologias, gera o que Elliot (1991) designa por “sabedoria prática” e que, na prática, no que a este projeto diz respeito, pode ser bastante útil na normalização do trabalho. 4.1. Análise dos produtos Para que seja possível analisar a secção da ótica plana e dispondo esta de uma produção bastante variada de prismas, com diferentes dimensões, formas, aplicações e fluxos de produção, foi importante definir qual prisma em específico seria objeto de estudo, uma vez que se considerou que acompanhar toda a produção inviabilizaria a futura recolha de dados. 36 Procedeu-se então à realização de uma análise de Pareto, uma das sete ferramentas básicas da qualidade (Ishikawa & Lu, 1985) e muitas vezes utilizada para determinar os produtos que requerem maior atenção por parte da administração. Esta análise pode ser aplicada em vários âmbitos, como a análise de custos, qualidade, prazos, gestão de stocks , entre outros. Segundo Courtois et al.,2006, divide os produtos tendo em conta a regra 80:20, que em termos práticos significa que 20% dos artigos representam 80% do valor total das vendas. Para o contexto desta dissertação a análise começa com o levantamento de todos os produtos fabricados pela secção de ótica. De seguida, é necessário quantificar a produção de cada um, e o que representa em percetagem no volume total de prismas fabricados. Por fim, é necessário elaborar a percentagem acumulada. A escolha mais óbvia pode estar no produto mais fabricado, contudo, no caso em questão, a decisão deve ter em conta outros fatores considerados relevantes no processo de fabrico, tais como, o método de polimento de cada face, a área da superfície a polir e a distribuição dos prismas no prato. Neste sentido, foi efetuado um levantamento dos layouts dos prismas no prato e calculada a área de polimento em cada viragem. Este levantamento pode ser consultado no Apêndice 1. O objetivo foi encontrar entre as referências destacadas pela análise ABC, aquela em que durante as passagens no polimento mantivesse constante a área e a disposição no prato de forma a facilitar a recolha de dados e diminuir as possíveis “interpretações” no método de fabrico. Nesta fase tornou-se fundamental perceber o impacto que os vários processos têm nos outputs avaliados. Assim, foi elaborada uma matriz de qualidade, em que inicialmente, foram identificados os processos críticos para a qualidade e produtividade do sector. Nesta elaboração foi importante definir: • Características de qualidade; • Processos nos quais as características determinadas são construídas; • Variáveis a serem controladas em cada processo; • Capacidade do sistema de medição; A matriz foi realizada sob a orientação dos responsáveis pelo sector e pela responsável da qualidade da ótica. 4.2. Estudo do Método de trabalho atual Com o resultado da análise ABC e a efetivação da seleção do prisma, é pertinente que se avançe para o terreno para uma análise ao fluxo produtivo do mesmo. O primeiro passo pode assim ser um 37 levantamento por observação do fluxo de materiais. A elaboração de um diagrama de esparguete para obtenção de uma representação gráfica dos fluxos de materiais associados a este prisma parece, então, ser um bom método. Um diagrama de espaguete consiste em traçar o fluxo físico dos produtos (ou trabalhadores) por cima do layout. Isso permite que sejam estudados os movimentos realizados pelos produtos e por cada operador, o que, por sua vez, mostra oportunidades de melhoria (Tanco et al., 2013). Este diagrama vai ser utilizado para a definição do fluxo e direções da matéria-prima desde que entra na secção até sair em produto acabado. A elaboração do diagrama de esparguete não é, por si só, suficiente para se ter um conhecimento detalhado dos métodos de trabalho utilizados no processo de polimento. Por consequinte, foi necessário continuar a fazer o levantamento de outros dados importantes para a caracterização do processo. Assim o estudo do trabalho centra-se no estudo do contexto de trabalho, considerando a otimização dos recursos existentes, ao incidir sobre as operações, processos e métodos de trabalho existentes. O estudo do trabalho consiste no registo dos métodos actuais e os previstos para a realização da operação. Pretendeu-se com este estudo perceber se existiam diferenças na forma de trabalhar dos operadores dos dois turnos, em relação ao trabalho perscrito nas instruções de trabalho do processo e do prisma T em particular. Para um maior rigor e precisão na coleta dos dados e para que estes pudessem ser analisados foi utilizado para o registo, um conjunto de gráficos de sequência executantes. Estes gráficos são úteis, pois registam a sequência de atividades de um operador, disponibilizando assim toda a informação de forma clara e intuita, permitindo observar objetivamente as actividades e controlos efetuados durante o processamente do prisma. Os gráficos foram elaboradores depois da observação completa da produção de um lote de fabrico. 4.3. Dados do processo para a Investigação Ao consultar a literatura e observar o processo, foi possível compreender que é durante o processo de polimento que se garantem as especificações de qualidade das superfícies que asseguram a qualidade dos componentes óticos. A forma da superfície é necessária para a formação de um feixe de luz perfeito, enquanto a obtenção da mínima rugosidade ajuda a diminuir as perdas por espalhamento. Falhas no cumprimento das especificações de forma e textura são especialmente 38 percetíveis no momento do revestimento, pois podem provocar alterações na espessura da camada aplicada, criando espalhamento na radiação transmitida (Potelov, 2009). Além da preponderância que o processo de polimento assume da definição da qualidade das superfícies óticas, este assume-se como um dos processos mais complexos no fabrico dos prismas de vidro, graças ao avultado custo homem-máquina e aos elevados tempos produtivos. Portanto, é extremamente importante ter um conhecimento mais aprofundado do processo, dos parâmetros e da forma de trabalhar dos seus intervenientes. Para iniciar esta etapa do estudo, é necessário definir que informações serão recolhidas e que possibilidades existem de reunir esses dados. Com a realização dos gráficos de sequência executante, foi possível observar que alguns parâmetros no processo podem ser considerados fixos e outras variáveis. Para este estudo, consideram-se parâmetros fixos aqueles que os intervenientes no processo não conseguem alterar ou manipular, mantendo-se assim as mesmas condições de fabrico entre os turnos, não sendo possível retirar deles dados quantitativos para estudo. Através da Tabela 2, é possível observar os dados intervenientes do processo que não sofreram alterações durante o estudo. A área de polimento refere-se à área que os prismas ocupam num prato de 450 mm de diâmetro. A temperatura ambiente do local de fabrico também foi considerada um parâmetro fixo, pois tanto a temperatura como a humidade da secção são criteriosamente controladas. A velocidade de rotação dos pratos também é um parâmetro fixo, pois as máquinas utilizadas no polimento do prisma em estudo não têm a possibilidade de regulação de velocidade. O tipo de abrasivo, o tamanho dos grãos e o aditivo utilizado na mistura são os materiais de polimentos utilizados no processo e mantêm-se igualmente inalterados. Tabela 2. Parâmetros fixos não quantificáveis inerentes ao processo Parâmetros fixos do processo Nível Área em polimento 31900 mm2 a 33033 mm2 Temperatura ambiente 24 oC (+/- 1 oC) Velocidade Rotação prato 50 rpm Material abrasivo Óxido de cério (CeO2) Tamanho dos grãos abrasivos 0,9 µm a 2,0 µm Aditivo Água Material calota (pré-polimento) polytron Material calota (polimento final) Cera . 39 Por parâmetros variáveis foram considerados aqueles que permitiram retirar dados quantitativos do processo e que os operadores conseguem regular e afinar, como a pressão, a concentração do abrasivo, os tempos de operação e a posição do braço. Os valores indicados na Tabela 3 são valores de referência. Tabela 3. Parâmetros variáveis e quantificáveis do processo Parâmetros Variáveis Nível Pressão pré-polimento (PP) 2 bar Pressão polimento final (PF) 1,5 bar Tempo de pré-polimento 120 min Tempo de polimento final 30 min Posição do braço em PP Não especificado Posição do braço em PF Não especificado Concentração do abrasivo 2 g/ml Na fabricação dos prismas de vidro, estão envolvidos dois turnos. Um turno que inicia de manhã e termina ao início da tarde, e outro turno que começa ao início da tarde e termina já de noite. Devido ao tempo de polimento de um prato de prismas, acontece diariamente iniciar-se o polimento de um prato no turno da manhã e este terminar já no turno da tarde, com outro operador. Por esse motivo, foram considerados 3 tipos de pratos para estudo: os que iniciam e terminam a produção de manhã, ou seja, todo o processo é realizado pelo mesmo operador; os pratos que iniciam o polimento no turno da manhã e terminam de tarde, ou seja, existem dois operadores a intervir no fabrico; e ainda os pratos que iniciam a terminam a produção com o operador da tarde. É correto, desta forma, considerar-se a existência de 3 grupos de controlo. 4.3.1. Recolha de dados da produção Os dados devem formar a base para a análise, decisão e ação. O modo como estes dados são apresentados e recolhidos difere de processo para processo. Os dados são recolhidos para se descobrir o estado atual do processo de fabrico e oferecem uma base para a melhoria contínua, caso sejam apresentados e tratados corretamente (Oakland, 2007). 40 Atendendo à especificidade do processo e ao tipo de material em processamento, foi necessária a limitação de alguns aspetos no processo produtivo. Este procedimento foi também importante para a identificação das superfícies polidas e determinação da relação entre o turno de fabrico e os inputs ao processo para a obtenção daquele determinado resultado. Para isso, foram dadas algumas indicações nas operações a montante do polimento. Tudo começa na operação de colagem, conforme descrito no Capítulo 3. Na operação de colagem, foi pedido ao colaborador que, durante o tempo de execução da investigação e recolha de dados, numerasse 5 blocos de 4 prismas. No aparafusamento dos prismas ao prato, foi pedido aos colaboradores que aparafusassem os blocos sempre na mesma posição, conforme é possível perceber na Figura 23. Desta forma, foi possível identificar se o processo de polimento era uniforme por todo prato e se este foi concluído da mesma forma em todos os prismas. Do mesmo modo, sendo visível uma diferença muito grande entre um bloco e outro em posição semelhante, poderia significar a ocorrência de algum acontecimento inesperado no processo, podendo-se eliminar esses valores para não interferirem na média do prato. A medição dos prismas no interferómetro foi levada a cabo apenas depois de todas as faces do prisma estarem polidas, para não prejudicar o normal fluxo de produção, uma vez que os lotes de fabrico são a quantidade de prismas num prato. Tratando-se um prisma triangular isósceles a primeira face a polir é sempre a de maior área. Para permitir a identificação das faces no final e conseguir corresponder os dados recolhidos no polimento ao resultado obtido, foi solicitada, no momento da segunda colagem (após o polimento da primeira face), a colocação de uma marca a identificar qual o segundo lado. Assim, identificado o segundo lado, foi possível determinar a ordem de polimento das faces, sendo possível o cruzamento entre os dados medidos, o turno de fabrico e o input dado no processo. Figura 23. Identificação dos suportes e posição dos mesmo no layout do prato (Fonte: autor). 41 Uma vez que o objetivo de estudo não era a medição dos defeitos geométricos relacionados com ângulos, mas sim, a qualidade das superfícies óticas produzidas pelo processo de polimento, não foi necessário utilizar sempre os mesmos suportes de latão e os mesmos suportes da base de granito. Contudo, para garantir as mesmas condições no início do processo era também importante assegurar que o prato não chegava já com alguma deformação côncava ou convexa ao processo de polimento, o que dificultaria a operação e obrigaria os operadores a um trabalho diferente. Neste sentido foi pedido para que no esmeril fosse garantido um paralelismo +/- 1 µm nos pratos desta referência. Concentração do abrasivo A concentração do abrasivo é um dos aspetos relevantes, pois a remoção de material na área de polimento é realizada pelo fenómeno da abrasão das partículas de óxido de cério presentes na emulsão. Segundo Shiou & Asmare, 2015, estes métodos de polimento com líquido abrasivo são adequados para polimento de pequenas áreas. As partículas abrasivas sofrem desgaste ao longo do processo. Consequentemente, é necessário renovar o líquido ao longo do dia produtivo, assegurando assim a manutenção da sua concentração. A medição da concentração de abrasivo foi feita por intermédio de um densímetro, como é possível observar na Figura 24. Para esta medição, era retirada uma amostra de líquido diretamente do recipiente da máquina aquando da produção do prisma em estudo. Figura 24. Densímetro utilizado na medição da concentração do abrasivo (Fonte: autor). Pressão A pressão é outro parâmetro em consideração no polimento de prismas e é exercida sobre o braço mecânico que controla os movimentos da calota. Para exercer a pressão, é utilizado um cilindro pneumático e a regulação e medição da pressão é feita através de um manómetro analógico. Estes equipamentos são apresentados na Figura 25. Os valores de pressão são distintos entre o pré-polimento 42 e o polimento final devido á dureza dos materiais de polimento. Os dados foram monitorizados sob a referência em estudo e retirados no início do processo produtivo e na mudança de material de polimento, conforme descrito no processo. Figura 25. Cilindro pneumático e manómetro de regulação de pressão (Fonte: autor). Posição do braço mecânico A regulação do movimento do braço mecânico é outro parâmetro de fabrico considerado variável e que pode afetar a qualidade das superfícies polidas. A calota deve oscilar para o lado de maneira que o movimento cubra toda a área do prato e não crie concavidade no prato. A velocidade do movimento do braço é fixa e a rotação da calota é determinada pela velocidade do prato em polimento. Para a manipulação da amplitude do movimento, os operadores utilizam a régua gravada no próprio braço para ajuste, conforme é possível reparar na Figura 26. Os dados referentes ao movimento do braço foram retirados aos pratos da referência em estudo, durante os turnos de fabrico e nas duas fazes de polimento descritas. Figura 26. Representação da régua para ajuste do braço (Fonte: autor). 43 Tempo de polimento O tempo também afeta o processo e é um parâmetro vigiado pelos operadores. O tempo de polimento é importante para que o acabamento seja uniforme em todas as superfícies. As operações de pré-polimento e polimento final têm diferentes tempos estipulados. Para o controlo do tempo de polimento, os operadores registam a hora em que iniciam o processo de pré-polimento na folha de acompanhamento de produção. O tempo é controlado através de um relógio presente no setor da ótica. Findo o tempo definido, os operadores substituem o material de polimento e voltam a registar a hora de início do acabamento final. Para o levantamento do tempo de polimento, foi utilizado um cronómetro e os dados foram registados em minutos. Para acompanhar o processo e registar os dados do processo, foi elaborada uma folha de registos onde foram cuidadosamente assentes os valores referentes às variáveis anteriormente detalhadas. A folha de registos foi essencial para a criação da base de dados criada e utilizada para o estudo do processo. 4.3.2. Medição Conforme já foi introduzido no Capítulo 3.1.6, o equipamento utilizado para a avaliação e medição das superfícies óticas é o interferómetro. No caso do interferómetro presente no chão de fábrica (Figura 22) este não permite efetuar medições, sendo a avaliação feita pelo operador. Para conseguir os dados para a dissertação foi utilizado um outro interferómetro da ZYGO Verifire que permite a medição das características técnicas em avaliação. Este equipamento está presente na empresa e fornece medições rápidas e confiáveis de erros de forma de superfície e frentes de onda transmitidas de componentes óticos, sistemas e conjuntos. Devido à rápida obtenção, elevada precisão e análise de dados, os interferómetros sem contacto são amplamente utilizados para a medição da microestrutura de superfícies. Contudo, dependendo do tipo de superfície e das alturas e inclinações das microirregularidades, o valor da deformação e rugosidade obtido pode ser influenciado pela técnica de medição utilizada. A turbulência e as vibrações do ar são variáveis dinâmicas que contribuem tanto para a precisão como para a exatidão da medição do sistema. É possível minimizar os efeitos da vibração e turbulência do ar colocando o interferómetro numa mesa isolada de vibração e fechando os caminhos do feixe, obtendo-se dados rapidamente (Creath & Wyant, 1990). 44 Para minimizar os erros provocados por fatores externos, tais como os referidos (vibrações, turbulência e temperatura), o interferómetro utilizado para a medição encontra-se numa sala com temperatura e humidade controladas. Desvio de potência, irregularidade e rotationally and/or translationally invariant irregularity Como é possível observar no desenho da Figura 27 o prisma em estudo possui áreas úteis semelhantes nas 3 superficies, com a mesma especificação técnica para a deformação da superfície. Como já referido a especificação para a forma da superfície é dada pelo número 3/, destacado na figura 27. Para as 3 faces a especificação é 3/1,0 (0,5/0,2). Isto quer dizer que o erro máximo admitido para o desvio de potência é 1,0, para a irregularidade 0,5 e para a irregularidade invariante é 0,2. De salientar que estes valores de tolerância indicam o máximo que se pode atingir, sendo que o ideal é ser igual a 0. Figura 27. Áreas úteis do prisma. Rugosidade Assume-se na ISO 10110 que o caráter e a magnitude da textura em qualquer área da superfície é semelhante em todas as outras áreas da mesma superfície. Isto significa que uma medição feita numa parte de uma região ou superfície de teste indicada pode ser considerada representativa de toda a região ou superfície de teste. Neste desenho a indicação da rugosidade refere-se ao grau de polimento exigido para as faces (P3), o que segundo a norma DIN ISO 10110-8, e visível na Tabela 1 é ≤ 0,002 µm. A rugosidade foi medida numa área de 10 mm2 . 51 Método trabalho executado pelo operador no turno da manhã Descrição Distância (m) Tempo (min) Símbolos Observações Controlo dos riscos e pontos; - 3 Retirar os excessos cera; - 3 Passar prato em água corrente; 1 2 Colocar o prato numa das 6 máquinas do pré-polimento geral; 3 1 Ajustar a posição do braço; - 1 Ajustar a pressão para pré-polimento; - 0,5 Executar pré - polimento com calota de polytron; - 120 Interrupção do processo e limpeza das superfícies com acetona; - 3 Ajustar pressão para o polimento final; - 0,5 Executar polimento final com calota de cera; - 70 Retirar o prato e lavar; 2 10 Controlo das superfícies no interferómetro; 1 2 Controlo de riscos e pontos nas superfícies; 1.5 2 Entregar prato na bancada de aparafusamento; 3 1 Lacar face polida se necessário; - 1 Figura 33. Gráfico de sequência executante do trabalho realizado pelo operador do turno da manhã. 52 Método trabalho de polimento direto executado no turno da tarde Descrição Distância (m) Tempo (min) Símbolos Observações Controlo dos riscos e pontos; - 2 Controlo da forma do prato com recurso a comparador; 5 3 Retirar excesso de cera; - 3 Passar prato em água corrente; 1 2 Colocar o prato numa das 6 máquinas do pré-polimento geral; 3 1 Ajustar a posição do braço; - 1 Ajustar a pressão para pré-polimento; - 0,5 Executar pré - polimento com calota de Polytron; - 125 Interrupção do processo e limpeza das superfícies com acetona; - 3 Controlo do paralelismo do prato com recurso a comparador; 5 3 Ajustar posição do braço para o polimento final; - 1 Ajustar pressão para o polimento final; - 0,5 Executar polimento final com calota de cera; - 90 Retirar o prato e lavar; 2 10 Controlo das superfícies no interferómetro; 1 2 Controlo de riscos e pontos nas superfícies; 1.5 2 Entregar prato na bancada de aparafusamento; 3 1 Lacar face polida se necessário; - 1 Figura 34. Gráfico de sequência executante do trabalho realizado pelo operador do turno da tarde. A realização destes gráficos expôs de uma forma visual que os dois operam de forma diferente com aquilo que é descrito na instrução de trabalho. Esta diferença, tendo em conta os resultados relativos ao método de trabalho seguido, pode significar que a instrução de trabalho necessita de ser reformulada de forma a garantir que não haja susceptibilidade a diferentes interpretações por parte dos operadores e assim assegurar a 53 reprodutibilidade no ambiente de trabalho entre estes. A Tabela 6 mostra um resumo do total das operações, transportes e pontos de controlo realizados. Tabela 6. Resumo dos diagramas de sequência Quadro resumo Atividade Perscrito Turno Manhã Turno Tarde OPERAÇÃO 5 10 11 TRANSPORTE 2 2 2 ESPERA - - - CONTROLO 3 3 5 ARMAZENAGEM - - - Total distância percorrida (m) 15,5 9,5 21,5 Tempo (min) 210 220 251 5.3. Controlo Estatístico do Processo (CEP) A recolha dos prismas para amostra análise quantitativa ocorreu no final da produção de cada lote. Segundo o desenho técnico do prisma, observável na Figura 3, existem 3 áreas úteis presentes em cada face do prisma. Foi então realizado um controlo estatístico a estas áreas sendo que as características para controlo foram a rugosidade, o desvio de potência e a irregularidade. Tendo em conta as características do processo de fabrico, as amostras apenas foram medidas no final do polimento das 3 faces do prisma. A amostragem é um prisma por cada suporte identificado conforme anteriormente descrito na secção 4.3.1. A medição das variáveis das superfícies foi realizada através de um interferómetro. As amostras recolhidas para a análise do processo desta carta começaram no dia 7 de Abril e terminaram no dia 8 de Junho. Foram retiradas 25 amostras de 5 prismas, tendo sido consideradores resultados de ambos os turnos. Os valores medidos para os erros de forma, desvio de potência e irregularidade podem ser consultados nas tabelas 7 e 8. Os resultados obtidos para a rugosidade estão expostos na tabela 9. 54 Tabela 7 - Resultados obtidos para variável desvio de potência nas primeiras 25 amostras. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade (fr) 1 0,01 0,03 0,01 0,27 0,08 0,05 0,04 0,02 0,04 0,23 0,06 0,02 0,18 0,06 0,02 0,15 0,05 0,04 0,10 0,06 0,05 0,06 0,02 0,05 0,04 2 0,01 0,01 0,01 0,21 0,09 0,02 0,01 0,02 0,04 0,25 0,05 0,03 0,15 0,05 0,01 0,12 0,03 0,03 0,09 0,06 0,03 0,04 0,03 0,06 0,07 3 0,01 0,02 0,01 0,17 0,10 0,03 0,02 0,02 0,03 0,22 0,04 0,02 0,22 0,05 0,01 0,13 0,02 0,02 0,12 0,07 0,04 0,03 0,02 0,06 0,04 4 0,01 0,05 0,02 0,19 0,06 0,05 0,02 0,02 0,04 0,26 0,06 0,03 0,24 0,08 0,02 0,16 0,02 0,04 0,11 0,07 0,03 0,06 0,01 0,07 0,02 5 0,01 0,02 0,02 0,15 0,09 0,04 0,05 0,01 0,03 0,10 0,06 0,03 0,23 0,05 0,03 0,13 0,03 0,03 0,11 0,09 0,03 0,04 0,02 0,04 0,03 AVE. X 0,01 0,02 0,02 0,20 0,08 0,04 0,03 0,02 0,04 0,21 0,06 0,02 0,20 0,06 0,02 0,14 0,03 0,03 0,10 0,07 0,04 0,04 0,02 0,06 0,04 Máx 0,01 0,05 0,02 0,27 0,10 0,05 0,05 0,02 0,04 0,26 0,06 0,03 0,24 0,08 0,03 0,16 0,05 0,04 0,12 0,09 0,05 0,06 0,03 0,07 0,07 Min 0,01 0,01 0,01 0,15 0,06 0,02 0,01 0,01 0,03 0,10 0,04 0,02 0,15 0,05 0,01 0,12 0,02 0,02 0,09 0,06 0,03 0,03 0,01 0,04 0,02 R 0,01 0,03 0,01 0,12 0,04 0,03 0,04 0,01 0,01 0,16 0,02 0,01 0,09 0,03 0,02 0,04 0,03 0,02 0,03 0,03 0,02 0,03 0,01 0,03 0,06 Tabela 8 - Resultados para característica de irregularidade. Primeiras 25 amostras. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade (fr) 1 0,06 0,11 0,11 0,13 0,09 0,12 0,11 0,09 0,11 0,13 0,09 0,12 0,15 0,13 0,09 0,11 0,11 0,13 0,13 0,08 0,11 0,09 0,08 0,16 0,17 2 0,05 0,09 0,10 0,14 0,09 0,13 0,15 0,07 0,11 0,11 0,10 0,12 0,17 0,15 0,08 0,10 0,14 0,13 0,11 0,08 0,12 0,12 0,10 0,14 0,18 3 0,05 0,09 0,13 0,11 0,08 0,13 0,12 0,07 0,14 0,11 0,10 0,10 0,14 0,14 0,10 0,16 0,14 0,13 0,12 0,07 0,16 0,13 0,09 0,14 0,16 4 0,06 0,08 0,13 0,10 0,07 0,10 0,13 0,10 0,09 0,11 0,12 0,11 0,16 0,16 0,11 0,10 0,13 0,13 0,09 0,08 0,15 0,12 0,08 0,14 0,17 5 0,06 0,07 0,06 0,18 0,10 0,06 0,20 0,07 0,12 0,10 0,13 0,11 0,10 0,10 0,10 0,11 0,09 0,14 0,10 0,08 0,13 0,11 0,08 0,16 0,16 AVE. X 0,06 0,09 0,11 0,13 0,09 0,11 0,14 0,08 0,11 0,11 0,11 0,11 0,15 0,13 0,10 0,12 0,12 0,13 0,11 0,08 0,13 0,11 0,09 0,15 0,17 Máx 0,06 0,11 0,13 0,18 0,10 0,13 0,20 0,10 0,14 0,13 0,13 0,12 0,17 0,16 0,11 0,16 0,14 0,14 0,13 0,08 0,16 0,13 0,10 0,16 0,18 Min 0,05 0,07 0,06 0,10 0,07 0,06 0,11 0,07 0,09 0,10 0,09 0,10 0,10 0,10 0,08 0,10 0,09 0,13 0,09 0,07 0,11 0,09 0,08 0,14 0,16 R 0,01 0,04 0,07 0,08 0,03 0,07 0,09 0,03 0,06 0,03 0,04 0,03 0,07 0,06 0,02 0,05 0,05 0,01 0,04 0,01 0,05 0,04 0,01 0,02 0,02 Tabela 9 - Resultados da rugosidade das superfícies nas primeiras 25 amostras. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade (nm) 1 3,12 5,01 4,98 4,05 3,55 4,44 3,63 2,90 4,81 2,90 3,22 4,28 2,82 5,08 3,08 3,25 4,00 4,04 2,45 3,23 4,04 3,13 2,74 4,26 2,79 2 2,17 3,94 4,89 3,61 3,61 4,43 4,94 1,90 4,24 3,04 3,10 4,18 3,33 4,65 3,07 2,78 5,49 4,28 2,49 3,26 4,07 3,49 2,62 4,91 2,81 3 2,17 4,88 4,45 3,58 3,98 5,54 3,12 2,67 4,91 2,84 2,81 4,37 3,20 5,07 2,87 3,64 5,24 3,60 2,72 3,01 4,42 3,61 3,51 4,76 2,75 4 2,26 3,69 5,30 3,71 3,20 4,77 3,68 2,14 3,38 2,94 3,94 4,18 3,12 5,51 2,80 3,36 4,16 3,54 2,26 3,28 4,84 3,41 2,64 5,13 2,90 5 2,98 3,34 3,27 1,83 3,18 2,24 4,67 2,25 5,19 2,53 3,98 3,97 3,22 4,31 2,74 3,26 3,26 4,25 2,37 3,18 4,27 3,24 2,67 4,35 3,31 AVE. X 2,54 4,17 4,58 3,36 3,50 4,28 4,01 2,37 4,50 2,85 3,41 4,19 3,14 4,92 2,91 3,26 4,43 3,94 2,46 3,19 4,33 3,37 2,84 4,68 2,91 Máx 3,12 5,01 5,30 4,05 3,98 5,54 4,94 2,90 5,19 3,04 3,98 4,37 3,33 5,51 3,08 3,64 5,49 4,28 2,72 3,28 4,84 3,61 3,51 5,13 3,31 Min 2,17 3,34 3,27 1,83 3,18 2,24 3,12 1,90 3,38 2,53 2,81 3,97 2,82 4,31 2,74 2,78 3,26 3,54 2,26 3,01 4,04 3,13 2,62 4,26 2,75 R 0,96 1,67 2,03 2,22 0,79 3,31 1,82 1,01 1,81 0,52 1,16 0,39 0,51 1,20 0,35 0,86 2,23 0,74 0,46 0,26 0,80 0,48 0,90 0,87 0,56 A partir dos dados foram calculados os limites de controlo, pois estes vêm em função da natureza do processo, e não dos limites especificados. Para que a leitura das cartas fosse a mais fidedigna foram tidas 3 condições essenciais: Os dados utilizados aproximam-se de uma distribuição normal, são independentes e identicamente distribuídos. Foram utilizadas cartas de controlo para a média e amplitude, tendo sido obtidos gráficos X, para a monitorização das médias e o gráfico R, para compreender a variabilidade dentro de cada amostra. O gráfico de médias demonstra a variabilidade entre as médias amostrais ao longo do tempo e o gráfico 55 de amplitude monitoriza a variabilidade dentro da amostra, ou seja, a variabilidade em um determinado período tempo. O acompanhamento das cartas de controlo representa um teste de hipótese a cada nova amostra medida. A hipótese testada a cada amostra recolhida é de que a média ou a variabilidade do processo continuam as mesmas e, portanto, o processo continua estável e a hipótese alternativa é de que elas mudam devido à presença de uma causa especial que torna o processo instável. O resultado dos gráficos de média (𝑋) e amplitude (R) das 25 amostras para as variáveis medidas, respectivamente, desvio de potência, irregularidade e rugosidade, podem ser consultados nas Figuras 35, 36 e 37. Figura 35. Resultado gráfico da média (X) e amplitude (R) para a carcterística de desvio de potência. Ao analisar a gráfico 𝑋 da Figura 35, relativo ao desvio de potência, observa-se que as amostras 4, 10, 13, 16 e 19 encontram-se acima do limite superior de controlo. Na carta R verificam-se três -0,100 -0,050 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 unidade: fr Subgrupos Gráfico das Médias (X - Barra) AVE. X = LSC Xbar LM Xbar LIC Xbar 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Uniddade: fr Subgrupos Gráfico das Amplitudes - R R = LSC R LM R LIC R 56 amostras (4, 10 e 13) acima do limite superior. Sendo, portanto, necessário identificar as causas associadas a cada amostra fora de controlo. Após verificação dos dados no software estatístico, verifica-se que os índices Cp e Cpk são superiores a 1 para a característica de desvio de potência. Deste modo, é possível concluir que o processo de polimento executado cumpre com os requisitos necessários para o prisma. Os valores podem ser consultados no Apêndice 2, Figura 41. Figura 36. Resultado gráfico da média (X) e amplitude (R) para a variável da irregularidade. Contrariamente ao que se concluiu com a característica do desvio de potência, podemos observar um comportamento diferente em relação à característica da irregularidade. Nos gráficos 𝑋 e R da Figura 36, verifica-se que apenas as amostras 7, 13, 4 e 25 se encontram acima do limite superior de controlo, enquanto que na carta R todas as amostras se encontram dentro dos limites de controlo. Após verificação dos dados no software estatístico, verifica-se que os índices Cp e Cpk são supeiores a 1 para a característica da irregularidade. O que quer dizer que o processo de polimento -0,200 -0,100 0,000 0,100 0,200 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade: fr Subgrupos Gráfico das Médias (X - Barra) AVE. X LSC Xbar LM Xbar LIC Xbar 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade: fr Subgrupos Gráfico das Amplitudes - R R LSC R LM R LIC R 57 executado cumpre com os requisitos necessários para o prisma. O cálculo pode ser consultado no Apêndice 2, Figura 42. Figura 37. Resultado gráfico de média (X) e amplitude (R) para a variável da rugosidade. Por fim, em relação à rugosidade alcançada no processo, os gráficos resultantes visíveis da Figura 37, demosntram que o processo se encontra fora dos limites de controlo. No gráfico 𝑋 apenas as amostras 4, 5, 13, 16, 18, 20 e 22 estão dentro dos limites de controlo revelando que o processo não garante o nível de rugosidade requisitado. Este resultado pode estar relacionado com o facto de que os operadores não dispõem de instrumento de controlo que lhes permita saber o nível de rugosidade de cada prisma, e portanto, a avaliação da superfície é feita por observação. Por outro lado, o gráfico R, revela que a variabilidade nesta característica está dentro dos limites, visto que apenas a amostra 6 2,000 2,500 3,000 3,500 4,000 4,500 5,000 5,500 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade: nm Subgrupos Gráfico das Médias (X - Barra) AVE. X LSC Xbar LM Xbar LIC Xbar 0,000 0,500 1,000 1,500 2,000 2,500 3,000 3,500 12345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Unidade: nm Subgrupos Gráfico das Amplitudes - R R LSC R LM R LIC R 58 excede o limite superior. No Apêndice 2, Figura 40, é possível observar os valores Cp e Cpk para a rugosidade. Como referido, no Capítulo 4.3, são vários os parâmetros do processo que influenciam a qualidade final das superfícies, ou seja, a conjugação correta das várias variáveis dita o sucesso da operação. Visto que os parâmetros variáveis são definidos pelos operadores, cabe a estes decidir os valores correspondentes ao método mais adequado para um ambiente controlado. Como já concluído anteriormente no Capítulo 5.2, o comportamento distinto dos operadores nos diferentes turnos pode estar a influenciar o acabamento da superfície do prisma. Tendo isto em conta e como podemos observar nas cartas de controlo, existem efetivamente amostras fora dos limites que podem estar associadas às diferentes formas de trabalhar de cada operador. Cada amostra fora de controlo serve de ponto de partida para uma avaliação das condições operacionais em questão em busca da respetiva causa. Estes resultados estatísticos dão propósito à análise quantitativa realizada de seguida relativamente ao ambiente laboral. 5.4. Análise Estatística aos Dados Este ponto apresenta os resultados da pesquisa através da análise dos dados. Todos os dados foram tratados e analisados com recurso ao software de análise estatística SPSS, na versão 27, tendo sido aplicado um conjunto de análises estatísticas de modo a avaliar as várias variáveis. Algumas das técnicas estatísticas utilizadas são: one-way ANOVA e teste de Kruskal-Wallis. Primeiramente, apresenta-se a análise de dados, com a referência às técnicas e métodos utilizados, a validação das hipóteses formuladas e, por último, a discussão dos resultados apurados. A produção dos prismas é feita por lotes, o que significa que se está na presença de observações individuais. Cada lote corresponde a um prato de prismas que, no caso em estudo, corresponde a 120 prismas. Foi observado e monitorizado o polimento de cada face dos prismas. Cada face é produzida individualmente o que significa que o seu processamento é totalmente independente das restantes oferecendo assim mais amostras independentes. Os dados recolhidos para o estudo correspondem às variáveis do processo controladas por cada operador. Foram recolhidos dados de 14 lotes de produção, o que se traduz na produção de 42 faces. No total só para a recolha de dados foram acompanhadas aproximadamente 140 horas de processo de polimento. Diáriamente o processo tem capacidade para polir 30 pratos. De maneira a não interferir no normal fluxo de produção não foi possível obter amostras de tamanho igual para o turno da manhã, tarde 59 e os pratos que inciam de manhã e terminam com o operador da tarde. Desta forma da distribuição das 42 faces foi a seguinte: - 19 Faces produzidas pelo turno da manhã; - 12 Faces pelo turno da tarde; - 11 Faces que iniciaram no turno da manhã e terminaram no turno da tarde. As diversas análises realizadas tiveram como objetivo analisar a possível existência de diferenças significativas nos métodos de fabrico utilizados nos diferentes turnos, e confirmar a importância das variáveis anteriormente priorizadas. Para possibilitar a realização dos testes estatísticos aos resultados, foram realizados testes de normalidade aos dados obtidos, a fim de compreender qual o tipo de teste mais indicado. O teste de normalidade considerado tendo em conta o tamanho da amostra foi o de Kolmogorov-Smirnov e os valores Sig. obtidos podem ser observados na Tabela 10. Tabela 10. Teste normalidade para resultados. H0: Os dados seguem uma distribuição normal. Kolmogorov-Smirnovª Sig. Paralelismo (µm) < 0.05* desvio de potência (fr) 0,029* Irregularidade (fr) ,200 rugosidade (nm) ,200 Legenda: * Significância estatística de p <0.05 Os resultados do teste revelaram que o paralelismo e desvio de potência apresentam, respetivamente, um Sig. de 0,000 e 0,029. Estes valores são inferiores a α (0,05), logo a hipótese nula é rejeitada, ou seja, os dados não seguem uma distribuição normal. As características da irregularidade e textura da superfície (RMS) apresentam um valor de Sig. de 0,200, que é superior a α (0,05). Neste caso, é rejeitada a hipótese alternativa e considera-se que os dados recolhidos seguem uma distribuição normal. Realizados os testes de normalidade, procedeu-se à concretização dos testes estatísticos com o intuito de se constatar, ou não, a existência de diferentes resultados nas características medidas dos prismas em relação aos turnos considerados. Para os dados que revelaram uma distribuição normal, foi realizado o teste paramétrico da ANOVA. Para os restantes, optou-se pela utilização de um teste não paramétrico de KRUSKAL-WALLIS. 60 Para determinar a existência de alguma diferença nos resultados obtidos, comparou-se o valor de Sig. com o nível de significância utilizada para se avaliar a hipótese nula. Em todos estes casos, a hipótese nula afirma que os resultados obtidos pelos turnos são iguais, ao passo que a hipótese alternativa indica que os resultados obtidos pelos turnos não são iguais. A premissa para se refutar a hipótese nula é que o valor de Sig. seja inferior ao nível de significância para os testes, que é de 0,05. Ou seja, o risco de se concluir que existe uma diferença que na realidade não existe é de 5%. O teste de Kruskal-Wallis realizado aos resultados obtidos para o paralelismo do prato e desvio de potência revelou, conforme é possível observar na Tabela 11, valores de Sig. inferiores ao nível de significância α (0,05), indiciando assim que, a nível de paralelismo e da forma da superfície os resultados obtidos entre os turnos para estas características podem ser diferentes. Tabela 11. Teste estatístico não paramétrico. H0: Os resultados obtidos pelos turnos são iguais. Teste de Kruskal-Wallis Sig. paralelismo (µm) 0,004* desvio de potência (fr) 0,01* Legenda: * Significância estatística de p <0.05 Para as restantes características mensuráveis às superfícies dos prismas, foi realizado o teste paramétrico da ANOVA para um fator com os resultados visíveis na Tabela 12. De acordo com os Sig. resultantes obteve-se respostas distintas. Ao nível da forma da superfície, o valor de Sig. resultante para as cacterístics do desvio de potência e irregularidade, sendo menor que alfa indica que podem existir diferenças nos resultados entre os turnos. Já para a textura da superfície o mesmo já não acontece. O teste revela com o valor de Sig. de 0,593, que a nível da rugosidade os valores conseguidos pelos turnos podem não ser diferentes. Tabela 12. Teste Paramétrico da ANOVA para a irregularidade e rugosidade. ANOVA Sig. Irregularidade (fr) 0,035 rugosidade (nm) 0,593* Legenda: * Significância estatística de p >0.05 67 6. CONCLUSÕES E PERSPECTIVAS DE TRABALHO FUTURAS O trabalho desenvolvido no sector de polimento da empresa, teve como principais objetivos a exploração dos processos de fabrico associados ao fabrico de um prisma ótico, a identificação das variáveis que têm impacto na estabilidade do processo e a influência destas na qualidade final das superfícies. Há muitas razões que comprovam a importância do desenvolvimento de novas ferramentas, especialmente no âmbito das tecnologias de produção utilizadas, que reúnem um número elevado de variáveis que vêm satisfazer as necessidades ópticas presentes na concepção geométrica de um prisma óptico. Numa primeira fase foi estudado o prisma como objeto de estudo para compreender a sua função e a complexidade inerente á sua produção. Com isto, foram também identificadas as exigências funcionais que um prisma deve satisfazer, nomeadamente a geometria, qualidade das superfícies e a qualidade estética. Ainda nesta fase foram identificadas e descritas todas as etapas que compõe o fabrico de um prisma ótico. Esta documentação das atividades executadas na produção por meio da observação dos processos e entrevistas informais aos intervenientes foi complementada com bibliografia especializada na matéria, o que permitiu criar um registo do conhecimento adquirido das técnicas de produção e perceber a importância que cada operação tinha no cumprimento das exigências funcionais dos prismas. Com o conhecimento de que o processo de polimento é o responsável pela definição da qualidade das superfícies óticas do produto final, partiu-se para a observação do processo, com o objetivo de identificar os parâmetros chave. Através desta observação foi possível detetar que apesar das instruções de trabalho definidas, existiam diferentes formas de operar por parte dos operadores para a produção do mesmo prisma. Para clarificar esta ideia foram executados diagramas de sequência executante. Perante aquilo que tinham sido as indicações dos responsáveis pelo sector, a utilização de cartas de controlo foi importante para visualizar o comportamento do processo produtivo e perceber o estado atual do mesmo tendo em conta três características: desvio de potência, irregularidade e rugosidade. Concluiu-se então, através dos gráficos das cartas de controlo resultantes para as três características mensuráves definidas do processo, que apesar de não terem sido medidos valores fora de tolerância no caso do desvio de potência e irregularidade, o processo não estava controlado. Estas características são avaliadas no chão pelos operadores através de um interferómetro onde apenas é possível visualizar as imagens das franjas de newton sem que lhes indique o valor que obteram. Os operadores sabem que 68 quanto mais paralelas conseguirem ter as essas franjas na imagem mais perto estão do valor 0, valor ótimo. Contudo essa avaliação está sempre dependente do seu juízo, sendo, portanto, subjetiva ao operador responsável. Em relação à rugosidade, esta apresenta valores bastante oscilatórios e fora de tolerância. Isto demonstra que os operadores não possuem capacidade para controlar esta característica. Para estes é uma característica que não é relevante pois não a conseguem medir. Para os responsáveis até ao momento os valores alcançados pelo processo são satisfatórios para as exisgências internas da produção, contudo, ao trabalhar para clientes externos pode se relevar um fator relevante. É importante realçar que a empresa tem neste momento em curso um projeto para a aquisição de um novo interferómetro para implementar na área de polimento, de forma a possibilitar aos operadores uma leitura mais fiável da qualidade das superfícies obtidas e da rugosidade das mesmas. Assim, os operadores possuem ferramentas para, no momento da verificação de um ponto fora de controlo, não só retirarem esses prismas para reparação como para implementarem medidas corretivas de maneira a não se observar reincidências de erros, perimitindo maior controlo do processo. A realização deste controlo estatístico teve um impacto positivo no conhecimento por parte dos responsáveis no desempenho do processo. A realização dos testes teve como propósito analisar os dados recolhidos do processo. As diversas análises foram, primeiramente, conduzidas com o objetivo de verificar se os resultados obtidos para as características desvio de potência, irregularidade, rugosidade e paralelismo eram diferentes, ou, se os resultados eram semelhantes. Os testes revelaram que das variáveis medidas, apenas os resultados para a rugosidade pareciam ser semelhantes entre os turnos. Com este conhecimento partiuse a formulação de novos testes de hipóteses, neste caso para as variáveis do processo. O objetivo com esta análise era identificar diferenças na maneira de controlar o processo por parte dos turnos. Os testes revelaram existir diferenças nos tempos de polimento utilizados, na pressão utilizada no polimento final e na amplitude dos movimentos do braço. Estas diferenças na maneira de operar podem ser causa raiz para a falta de capacidade demontrada pelos gráficos de controlo. Para concluir só existe a melhoria contínua quando existe um processo estandardizado sobre o qual se pode medir a situação actual, sem essa estandardização não é possível medir uma base de desempenho porque o trabalho raramente é feito da mesma maneira. Tendo em conta as formalidades e limitações o objetivo da investigação foi cumprido. As ferramentas utilizadas permitiram desenvolver um conhecimento aprofundo do processo de polimento de prismas óticos e do seu estado atual. Do ponto de vista do autor, o projeto permitiu a consolidação 69 de aprendizagens nomeadamente na utilização de ferramentas e o desenvolvimento profissional, conseguido através da realização do estágio em ambiente industrial. 6.1. Limitações e trabalhos futuros Nesta secção serão apontadas as limitações deste projeto de investigação, não só do ponto de vista pessoal no desenvolvimento do mesmo, como também daquilo que foi estudado e apresentado. Inicialmente, quando o projeto foi proposto e foi discutido o que viria a ser feito, decidiu-se que um dos objetivos seria a implementação de um novo método de trabalho em resposta à situação atual observada. Devido aos constrangimentos da pandemia, o trabalho de campo ficou reduzido a 4 meses, ao invés dos 7 meses iniciais. Por este motivo, o plano inicial teve de ser adaptado e restringido a um só processo, nomeadamente o polimento, ficando em aberto a possibilidade de investigação a outros processos relevantes à qualidade dos prismas como a esmerilagem e a colagem. Esta limitação temporal teve repercussões relativamente ao número de amostras reunidas para a análise quantitava, visto que por essa razão o número de amostras produzidas por cada um dos momentos identificados foi diferente, deixando assim alguma ambiguidade e incerteza na validade dos resultados. Neste sentido, futuramente será oportuno aprofundar o estudo de uma nova metodologia de trabalho para as diferentes etapas do processo de polimento de modo a estandardizar o modus operandi na produção deste tipo de produtos e assim, estabilizar os resultados da qualidade das superfícies. Além disso, será também interessante a criação de mecanismos que ajudem na comunicação entre os operadores para que haja uma maior harmonia na passagem de turnos e clareza de informação. Este mecanismo pode passar pela criação de um software de apoio à produção que ajude na visualização do estado da produção dos lotes, ao minuto. E assim garantir o controlo de qualidade pela eliminação de subjetividade de interpretação neste processo ao fornecer aos operadores suporte na tomada de decisão. 70 71 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Alukal, G. (2003), “Create a lean, mean machine”, Quality Progress, Vol. 36(4), 29-34. Alves, A.C., Dinis-Carvalho, J. & Sousa, R.M. (2012), “Lean production as promoter of thinkers to achieve companies’ agility”, The Learning Organization, Vol. 19(3), 219-237. Anand, M. J. (2003). Statistical Methods for Six Sigma. New Jersey: John Wiley & Sons, Inc. Anjard, R. P. (1995). “SPC Chart Selection Process,” Microelectron. Reliab., Vol. 35, 14451447. Bass, M. (1995). 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