CONTROLE ESTATÍSTICO DE PROCESSOS PARA MONITORAR A PADRONIZAÇÃO QUANTITATIVA NA

EMBALAGEM DE BISCOITOS

L. C. Rosa1, A. P. A. Adamy2

1 - Professor – Departamento de Engenharia de Produção e Sistemas – Universidade Federal de Santa Maria (UFSM) – Santa Maria – RS – Brasil, e-mail: (leski78@hotmail.com) 2 - Mestranda em Engenharia de Produção, Universidade Federal de Santa Maria (UFSM), e-mail: anapaula.adamy3@gmail.com RESUMO – Para atender as demandas de agências reguladoras e consumidores, a indústria de alimentos busca alternativas para monitorar seus processos. O objetivo deste trabalho foi comparar duas formas para monitorar a etapa de embalagem na fabricação de biscoitos: regulamentação técnica do INMETRO e uso de ferramentas do controle estatístico de processos, neste caso os gráficos de controle para variáveis. Com os resultados foi possível demonstrar a eficácia das ferramentas usadas frente às exigências da regulamentação técnica. ABSTRACT – To meet the demands of regulatory agencies and consumers, the food industry searches alternatives to monitor their processes. The aim of this study was to compare two ways to monitor packaging stage in the biscuits manufacture: INMETRO technical regulations and use of statistical process control tools, in this case the control charts for variables. With the results made it possible to demonstrate the effectiveness the tools used front to the requirements of technical regulations. PALAVRAS-CHAVE: produção de biscoitos; acondicionamento; controle estatístico de processos. KEYWORDS: biscuit production; packaging; statistical process control. 1. INTRODUÇÃO

As empresas devem adotar uma postura de preocupação constante com a qualidade de todos os seus processos, iniciando pela clareza ao definir o que é um produto de qualidade com base nas necessidades e expectativas dos clientes e das possibilidades da empresa em atendê-las.

O setor responsável pela produção de biscoitos, macarrão, pães e bolos industrializados no Brasil, tem grande importância econômica. No caso de biscoitos, em 2015 as vendas atingiram 1732,013 mil toneladas, gerando um consumo per capita de 8,47 kg/ano e colocando o país no quinto lugar em consumo de biscoitos e o quarto em vendas (ABIMAPI, 2016).

O controle estatístico de processos (CEP) tem entre seus objetivos, monitorar a estabilidade de um processo, acompanhando seus parâmetros ao longo do tempo. Esse monitoramento é realizado através da coleta, análise e interpretação de dados do processo, com auxílio de uma série de ferramentas, visando detectar rapidamente a ocorrência de mudanças no processo, a fim de que ações corretivas sejam tomadas antes que muitas unidades possam ser produzidas fora dos padrões de conformidade. Dentre essas ferramentas destacam-se os gráficos de controle para variáveis. Para características de qualidade que podem ser mensuradas, é indispensável avaliar tanto o valor médio da característica quanto sua variabilidade. O controle sobre a qualidade média (tendência central) pode

ser medida pelo gráfico ou carta de controle para médias (gráfico X ), enquanto que a variabilidade do processo é avaliada pelo gráfico ou carta de amplitudes (R) ou do desvio-padrão (S) (Rosa, 2015). Existem vários estudos que demonstram a efetividade da utilização de ferramentas do CEP na indústria de alimentos. Mataragas et al. (2012) usaram as cartas de controle para variáveis para monitorar e melhorar a qualidade de carcaças num abatedouro de aves. Augustin e Minvielle (2008) utilizaram diversas ferramentas do CEP para monitorar a contaminação microbiológica de cortes de carne suína. Srikaeo, Furst e Ashton (2005) usaram várias ferramentas do CEP para monitorar etapas na fabricação de biscoitos, visando garantir o atendimento de especificações no produto. Grigg, Daly e Stewart (1998) apresentaram recursos do CEP, destacando-se as cartas de controle para variáveis no controle e monitoramento no processo de embalagem de produtos a base de peixe.

As características da qualidade são os itens ou parâmetros componentes de sua especificação, sendo essas fundamentais na análise da qualidade. Dentre as várias características da qualidade de um produto, pode-se citar suas propriedades químicas e físicas, e dimensões como peso ou volume. Em empresas de manufatura, as especificações são estabelecidas pelo setor de engenharia através dos projetos ou então a partir de normas reguladoras. Alimentos comercializados em grandezas de massa e volume, embalados e/ou medidos sem a presença do consumidor, com conteúdo nominal igual ao valor predeterminado na embalagem durante o processo de fabricação, têm no Brasil essas especificações regulamentadas pelo Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial (INMETRO).

O objetivo desta pesquisa foi estabelecer um comparativo entre duas formas de monitorar a etapa de embalagem de biscoitos, conforme determina a regulamentação técnica do INMETRO e com os gráficos de controle para variáveis, a fim de orientar as ações para avaliação da qualidade no processo de produção de uma indústria de alimentos forneados.

2. METODOLOGIA

A coleta dos dados ocorreu em outubro de 2015 em uma empresa fabricante de alimentos forneados, situada no estado de Santa Catarina, que produz cerca de 50 mil toneladas de alimentos por ano. A empresa usa o Controle Estatístico de Processos (CEP) para monitorar alguns de seus processos. As informações foram obtidas com acompanhamento de um engenheiro de alimentos responsável pelo processo de produção de biscoitos e os dados numéricos foram coletados após os biscoitos do tipo avaliado, terem sido embalados. Esta foi uma pesquisa aplicada com uma abordagem quantitativa. Quanto aos objetivos, apresenta caráter exploratório e explicativo. Em relação aos procedimentos técnicos, foram usados: pesquisa bibliográfica, material disponível em sites oficiais e análise a partir dos dados obtidos, buscando relacionar seu comportamento às exigências estabelecidas pela regulamentação técnica (Miguel, 2012). Inicialmente foi feita uma revisão bibliográfica abordando o processo de produção de biscoitos com foco no subprocesso embalagem do produto, técnicas usadas no controle estatístico de processos (CEP), e a regulamentação técnica que estabelece os critérios para verificação do conteúdo líquido de produtos pré-medidos, comercializados nas grandezas de massa e volume. Após se definir o instrumento mais adequado para monitorar essa etapa do processo, foi feita uma avaliação com dados coletados junto ao setor de embalagem, visando comparar os resultados da avaliação, considerando os critérios de aceitação da regulamentação técnica do INMETRO, com os resultados apontados pela avaliação com o uso dos gráficos de controle para variáveis.

No caso, o produto avaliado é um biscoito do tipo cookie, em embalagens com peso líquido de 140 gramas. Ao se produzir este tipo de biscoito, são embalados 1000 pacotes a cada hora. Conforme determina a regulamentação técnica (INMETRO, 2008), são inspecionados 32 pacotes a cada hora para verificação do conteúdo (peso líquido) de cada pacote. Os dados coletados num turno de 8 horas são apresentados na Tabela 1. Foi usada uma balança eletrônica, disponível na linha de produção para essa finalidade.

Tabela 1 – Peso em gramas de grupos de 32 unidades, coletadas a cada hora no período de 8 horas.

SEQUÊNCIA DE INSPEÇÃO

PACOTE � 1 2 3 4 5 6 7 8 1 141,2 142,3 141,5 141,6 142,2 140,1 140,7 142,1 2 140,0 141,7 141,9 141,5 141,6 141,5 141,4 141,9 3 141,3 140,7 140,5 143,0 141,5 142,3 139,8 141,7 4 139,8 142,9 142,4 142,6 141,9 141,3 142,2 138,7 5 141,2 142,4 142,5 141,3 142,3 142,1 141,2 140,8 6 141,3 141,4 142,7 141,0 142,5 141,9 141,7 140,8 7 142,4 141,5 141,3 141,2 142,0 141,6 141,8 141,2 8 142,0 142,4 142,1 141,2 142,0 142,2 141,8 141,2 9 141,9 139,8 141,9 142,4 142,8 140,2 141,3 142,6

10 141,5 140,5 141,7 142,7 141,6 140,6 142,1 141,5 11 141,1 141,2 142,0 141,0 140,5 141,3 141,5 142,5 12 142,2 141,7 141,1 141,9 142,3 141,2 141,7 140,6 13 140,0 142,4 141,6 141,8 142,5 141,5 140,0 141,8 14 142,2 142,0 142,9 141,8 141,6 141,2 141,5 140,2 15 141,3 141,9 140,7 139,9 142,9 140,9 143,4 142,4 16 141,8 142,8 141,4 141,1 141,7 141,4 140,4 142,1 17 142,7 141,5 141,0 140,8 140,6 142,9 140,8 141,8 18 140,5 141,1 141,6 139,9 141,5 142,0 142,6 141,4 19 139,8 141,0 139,9 141,7 141,1 142,7 140,2 142,2 20 142,5 142,3 142,6 141,5 141,4 141,0 142,9 142,7 21 141,5 141,4 140,9 140,0 141,2 140,5 142,0 142,2 22 143,1 141,8 143,0 142,6 140,0 142,8 142,0 141,4 23 139,8 142,1 141,5 142,6 140,6 140,8 141,8 141,7 24 142,5 141,2 141,2 141,0 142,1 140,6 140,5 141,1 25 140,7 140,2 141,9 142,1 140,1 141,0 142,6 141,3 26 141,9 142,8 142,1 142,6 141,2 141,6 139,1 141,9 27 139,6 141,9 142,7 142,1 141,1 142,5 142,2 142,0 28 141,8 141,1 140,9 142,2 142,4 142,6 142,5 141,1 29 142,2 141,7 141,0 142,6 143,3 141,4 141,7 140,5 30 142,3 140,6 141,0 140,6 141,5 142,4 141,4 141,4 31 142,0 142,6 142,0 141,5 141,0 142,2 141,2 143,4 32 141,1 144,2 140,3 141,9 142,6 142,7 142,7 140,6

A automação no processo de fabricação dos biscoitos ocorre principalmente nas etapas do corte, cozimento, resfriamento e embalagem do biscoito. Depois de resfriados os biscoitos são direcionados por canaletas vibratórias às embaladoras individuais. A etapa de embalagem necessita de rigoroso controle, para: garantir a máxima proteção do produto contra danos mecânicos, contaminações, insetos, umidade, dentre outros; garantir o atendimento às exigências estabelecidas pela regulamentação técnica que estabelece os critérios para verificação do conteúdo líquido de produtos pré-medidos comercializados nas grandezas de massa e volume (Bertolino, 2010).

Os critérios para avaliação do lote consistem em ter atendidas simultaneamente as exigências para: avaliação da média das amostras; avaliação do conteúdo efetivo do produto, através da análise de amostras individuais de um lote, tendo como referência os valores de tolerância estabelecidos pelo INMETRO. Os termos adotados neste texto são: Conteúdo efetivo – quantidade do produto realmente contida na embalagem; Conteúdo nominal (Qn) – quantidade líquida indicada na embalagem do produto; Lote na fábrica (N) – produção em uma hora, quando as quantidades de produto sejam superiores a 150 unidades; Amostra do lote (n) – quantidade de unidades retiradas aleatoriamente do lote e que serão verificadas; Tolerância individual (T) – diferença tolerada para menos entre o conteúdo efetivo e o conteúdo nominal; c – número máximo de unidades da amostra consideradas

defeituosas; X – média aritmética da amostra; S – desvio-padrão da amostra.

3. RESULTADOS E DISCUSSÃO

Para avaliação da média das amostras, usou-se a expressão X > Qn – kS, sendo k um fator tabelado em função do tamanho da amostra, neste caso 0,485. Conforme mostrado na Tabela 2, os valores correspondentes à média aritmética de cada uma das 8 amostras atendem a este requisito. Procedeu-se a avaliação do conteúdo efetivo do produto, através da verificação do peso individual de cada item que compõe cada uma das 8 amostras. O valor da tolerância individual (T) para o produto avaliado é dado em função de seu conteúdo nominal, neste caso 140 gramas, corresponde a 4,5% deste valor, resultando em 6,3 gramas, indicando que o peso mínimo admissível individual para os itens de cada amostra é 133,7 gramas. O regulamento estabelece também que, considerando os tamanhos do lote e amostras, são admitidos no máximo 2 unidades defeituosas (c) na amostra avaliada. Na Tabela 2, também são apresentados os resultados do desvio-padrão S, o resultado da expressão Qn – 0,485⋅S e o peso líquido mínimo de cada item, para cada uma das 8 amostras (INMETRO, 2008). Tabela 2 – Representação dos valores calculados (gramas) conforme exigência dos critérios de avaliação de lotes estabelecidos pela Portaria INMETRO no 248.

SEQUÊNCIA DE INSPEÇÃO PARÂMETROS 1 2 3 4 5 6 7 8

Média 141,4 141,7 141,6 141,6 141,7 141,6 141,5 141,5 Desvio-padrão 0,96 0,90 0,78 0,84 0,81 0,79 0,96 0,89 Qn – 0,485⋅S 139,5 139,6 139,6 139,6 139,6 139,6 139,5 139,6

Menor peso líquido 139,6 139,8 139,9 139,9 140,0 140,1 139,1 138,7 Situação do Lote Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado

As 8 amostras foram aprovadas no critério de médias, pois as médias resultaram em valores superiores ao resultado da expressão Qn – 0.485⋅S em cada amostra. Foram também aprovadas pelo critério avaliação do conteúdo efetivo do produto, através da análise de amostras individuais, pois em cada amostra não foram obtidas nenhum pacote com peso líquido inferior ao limite de especificação 133,7 g.

Para efeitos de comparação, foram coletadas duas amostras, cada uma contendo 20 unidades, nos mesmos 8 intervalos de tempo em que se procedeu a avaliação pelos critérios do INMETRO. A escolha dessas quantidades, totalizando 40 medições no mesmo intervalo de tempo, visa atender as exigências da norma MIL-STD-414 que estabelece valores de tamanho de amostras em função do tamanho de lotes, no caso 1000 unidades a cada hora (Rosa, 2015). Assim, inspecionou-se 20 unidades ao final de 30 minutos de produção e 20 unidades ao final da hora, de forma a causar o menor transtorno possível durante a produção. Para esse tamanho de amostra (subgrupo n = 20), deve-se usar o gráfico de controle para médias (gráfico X ), combinado com o gráfico de controle do desvio-padrão (S), para cada amostra avaliada. Os limites superior e inferior de controle e linha central (LSC, LIC e LC), foram determinados com auxílio das fórmulas apropriadas (Montgomery, 2009).

São apresentados na Tabela 3 os parâmetros, média aritmética e desvio-padrão, correspondentes a cada uma das 16 amostras, retiradas conforme descrito anteriormente, a cada 30 minutos nos 8 períodos de avaliação.

Os gráficos, mostram um processo sob controle (Figura 1 “a”), sujeito apenas à causas comuns ou aleatórias, confirmando os resultados apontados pela avaliação segundo os critérios do INMETRO. A capacidade do processo, (Cpk) calculada segundo Rosa (2015), considerando o limite inferior de especificação de 133,7g estabelecido pela Portaria INMETRO no 248, resultou em 2,90, indicando um desempenho capaz no subprocesso acondicionamento dos biscoitos.

Tabela 3 – Valores (gramas) de média e desvio-padrão de cada uma das 16 amostras usadas para elaboração dos gráficos para controle de variáveis.

AMOSTRA PARÂMETROS 1 2 3 4 5 6 7 8

Média 141,4 141,7 141,6 141,6 141,7 141,6 141,5 141,5 Desvio-padrão 0,96 0,90 0,78 0,84 0,81 0,79 0,96 0,89

AMOSTRA 9 10 11 12 13 14 15 16

Média 141,4 141,7 141,6 141,6 141,7 141,6 141,5 141,5 Desvio-padrão 0,96 0,90 0,78 0,84 0,81 0,79 0,96 0,89

Com a intenção de incrementar a comparação entre os dois meios de avaliação, simulou-se a

ocorrência de três pacotes com peso 133g, ligeiramente inferior ao limite de especificação 133,7g na segunda amostragem. Neste caso, a amostra modificada foi aprovada no critério de médias, pois sua média resultou em valor superior ao resultado da expressão Qn – 0.485⋅S para esta amostra (Tabela 4). Porém não foi aprovada pelo critério avaliação do conteúdo efetivo do produto, através da análise de amostras individuais, pois em cada amostra não é admitida mais do que dois pacotes com peso líquido inferior ao limite de especificação 133,7 g, resultando numa rejeição deste lote. Tabela 4 – Representação dos valores (gramas) usados como critério de avaliação de lotes estabelecido pela Portaria INMETRO no 248, com modificação da amostra 2.

SEQUÊNCIA DE INSPEÇÃO PARÂMETROS 1 2 3 4 5 6 7 8

Média 141,4 141,1 141,6 141,6 141,7 141,6 141,5 141,5 Desvio-padrão 0,96 2,72 0,78 0,84 0,81 0,79 0,96 0,89 Qn – 0,485⋅S 139,5 138,7 139,6 139,6 139,6 139,6 139,5 139,6

Menor peso líquido 139,6 133,0 139,9 139,9 140,0 140,1 139,1 138,7 Situação do Lote Aprovado Reprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado Aprovado

Figura 1 – Carta de controle para médias (gráfico X ) e carta de controle do desvio-padrão (gráfico S) para cada amostra avaliada, (a), e a representação no caso da amostra modificada (b).

Gráfico de médias

140,6

140,8

141,0

141,2

141,4

141,6

141,8

142,0

142,2

142,4

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Amostra

Méd

ia (

g)

Médias

LSC

LC

LIC

Gráfico do desvio-padrão

0,00

0,20

0,40

0,60

0,80

1,00

1,20

1,40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Amostra

Des

vio-

pad

rão

S (

g)

Desvio-padrão S

LSC

LC

LIC

(a)

Gráfico de médias

140,3

140,8

141,3

141,8

142,3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Amostra

Méd

ia (g

) Médias

LSC

LC

LIC

Gráfico do desvio-padrão

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

Amostra

Des

vio-

padr

ão S

(g)

Desvio-padrão S

LSC

LC

LIC

(b)

A mesma simulação foi feita na segunda das 16 amostragens realizadas para a avaliação com as cartas de controle para variáveis. Verifica-se na Figura 1 “b”, que os pontos correspondentes à média e desvio-padrão desta amostra localizam-se fora das respectivas faixas de controle, indicando que o processo resultou fora de controle devido a ocorrência de alguma causa especial. Os resultados obtidos com a aplicação do CEP neste estudo vão ao encontro das constatações apresentadas na ampla revisão sobre o uso e benefícios do CEP para a indústria de alimentos (Lim, Antony e Albliwi, 2014): redução na variabilidade nas diversas etapas do processo, conformidade com as regulamentações e ganhos de competitividade, com benefícios para a gestão da empresa e imagem do negócio.

4. CONCLUSÕES Os instrumentos usados para monitorar a etapa de embalagem dos biscoitos mostraram-se

eficazes ao detectar não conformidades, sendo um indicativo da utilidade das cartas de controle para variáveis nesta e em outras etapas do processo produtivo, orientando as ações preventivas que poderão garantir a produção e entrega de itens que atendam às especificações.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Associação Brasileira das Indústrias de Biscoitos, Massas Alimentícias e Pães & Bolos Industrializados (ABIMAPI). Estatísticas. Disponível em http://www.abimapi.com.br/estatistica-biscoito.php. Acesso em 27 de abril de 2016. Augustin, J-C.; Minvielle, B. (2008). Design of control charts to monitor the microbiological contamination of pork meat cuts. Food Control, 19, 82–97. Bertolino, M. T. Gerenciamento da qualidade na indústria alimentícia: ênfase na segurança dos alimentos. Porto Alegre: Artmed, 2010. Grigg, N. P.; Daly, J.; Stewart, M. (1998). Case study: the use of statistical process control in fish product packaging. Food Control, 9 (5), 289-297. Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial – INMETRO. Regulamento

técnico metrológico a que se refere a portaria INMETRO no

248 de 17 de julho de 2008. Disponível em http://www.inmetro.gov.br/legislacao/rtac/pdf/RTAC001339.pdf. Acesso em 20 de março de 2016. Lim, S. A. H.; Antony, J.; Albliwi, S. (2014). Statistical Process Control (SPC) in the food industry e A systematic review and future research agenda. Trends in Food Science & Technology, 37, 137-151. Mataragas, M.; Drosinos, E. H.; Tsola, E.; Zoiopoulos, P. (2012). Integrating statistical process control to monitor and improve carcasses quality in a poultry slaughterhouse implementing a HACCP system. Food Control, 28, 205-211. Miguel, P. A. C. (Org.). Metodologia de pesquisa em engenharia de produção e gestão de operações. Rio de Janeiro: Elsevier, 2012. 260 p. Montgomery, D. C. Introdução ao controle estatístico da qualidade. Rio de Janeiro: LTC, 2009. Rosa, L. C. Introdução ao controle estatístico de processos. Santa Maria: Ed. da UFSM, 2015. Srikaeo, K.; Furst, J. E.; Ashton, J. (2005). Characterization of wheat-based biscuit cooking process by statistical process control techniques. Food Control, 16, 309-317.