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UMA APLICAÇÃO DA METODOLOGIA SIX SIGMA NA

AVALIAÇÃO DAS CAUSAS DE VARIAÇÃO DE UM PROCESSO

Área temática: Gestão pela Qualidade

Cristiano Rafael Schramm

[email protected]

André Luis Almeida Bastos

[email protected]

Robson Olimpio Piucco

[email protected]

Resumo: Este trabalho objetiva identificar as fontes de variação do processo de retificação de superfície de disco

duplo para peças sinterizadas a fim de melhorar o índice de capacidade do processo (Cpk) da característica de

profundidade do rebaixo da peça. Utilizando-se da metodologia six sigma, avaliou-se o sistema de medição (MSE)

desta característica, para então identificar as fontes de variação do processo, através do mapa de processo e da

frequência de mudança. Assim pode-se atuar sobre a fonte de maior importância a fim de melhorar o índice de

capacidade do processo (Cpk) para a característica em questão. Uma avaliação de curto prazo foi realizada para

confirmar os ganhos obtidos após as intervenções realizadas no processo.

Palavras-chaves: variação de processo, sistema de medição, metodologia six sigma

ISSN 1984-9354

XI CONGRESSO NACIONAL DE EXCELÊNCIA EM GESTÃO 13 e 14 de agosto de 2015

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1. INTRODUÇÃO

O processo de retificação de superfície de disco duplo de uma determinada peça de ferro

sinterizado com rebaixo vem apresentando um baixo índice de capacidade para a característica de

profundidade do rebaixo existente em um dos lados desta peça (Cpk < 1). A variação excessiva desta

característica pode comprometer a confiabilidade do produto, pois o conjunto de peças montado neste

rebaixo pode ficar excessivamente acima ou abaixo da superfície retificada.

Este trabalho busca mapear as fontes de variação deste processo de retificação que influenciam

na dispersão da característica de profundidade do rebaixo. Através de ferramentas e da metodologia 6-

sigma, espera-se inicialmente avaliar o meio de controle da característica em estudo. Posteriormente,

com base nas informações do mapa de processo e da frequência de mudança deste, poder-se-á realizar

um COV a fim de identificar as principais fontes de variação. Com a identificação destas variáveis,

poder-se-á atuar sobre as fontes de maior impacto a fim de reduzir a dispersão e melhorar a capacidade

do processo para a característica em questão.

2. Procedimentos metodológicos

A metodologia 6-Sigma foi empregada para avaliação e resolução do problema citado neste

trabalho. O software Jump® foi utilizado para todas as analises estatísticas, de MSE, COV, cartas de

controle e Cpk.

A definição e validação do sistema de medição utilizado no processo de retificação é

fundamental para avaliar a capacidade do processo para a característica da profundidade do rebaixo.

Através de um MSE (Avaliação do Sistema de Medição) pode-se identificar se o meio de controle

possui os requisitos adequados para medir a característica desejada. Após o entendimento do processo

de medição definiu-se o plano de amostragem. A avaliação foi realizado com a medição de 10 peças,

as quais são medidas três vezes por dois operadores diferentes.

Através do mapa de processo foi possível identificar as os diversos parâmetros e fatores do

processo que podem vir a influenciar na variação da característica em estudo. Foi definida a estratégia

de amostragem para o COV (Componentes de Variação) da seguinte forma: 1 máquina (equipamento

utilizado na produção); 2 turnos (a máquina não opera no terceiro turno); 2 mesas (a máquina possui

duas mesas de retificação); 3 momentos do intervalo de dressagem (início, meio e fim); 4 posições de

peça (cada mesa possui 4 arrastadores com 40 peças cada); 1 peça (coletada aleatoriamente de cada

arrastador); 3 medidas (cada peça foi medida 3 vezes).


3

Com o meio de medição validado para a característica em questão e a estratégia de amostragem

definida, pôde-se então coletar as amostras e mensurar os componentes de variação avaliados. Com os

próprios dados coletados para o COV foi possível calcular-se o índice de Cpk, incialmente avaliando-

se a estabilidade do processo através de uma carta de controle “XbarR”.

Com base nos resultados previamente obtidos, foram realizadas alterações no processo

buscando melhora-lo. Então uma nova coleta de amostras foi realizada em para certificar-se da

melhora do índice de Cpk, conforme esperado.

3. Fundamentação teórica

3.1 Processo de retificação de superfície de disco duplo

Retificação de superfície de disco duplo é um processo de usinagem de geometria não definida

que remove material de dois lados de uma peça simultaneamente. Em uma típica retificadora de disco

duplo, os dois rebolos giram em direções opostas (LI, 2006) e ambos os lados das peças, que também

giram, são retificados simultaneamente pelos rebolos. Como o processo retifica dois lados ao mesmo

tempo, este oferece um alto nível de precisão quanto ao paralelismo das faces e ainda reduz tensões

nas peças. O processo pode ser empregado para vários tipo de materiais, como aço inoxidável, peças

de metal sinterizado e ligas de alta resistência.

A retificação de superfície de disco duplo foi inicialmente utilizada para retificar peças de

metal pequenas de forma simples entre 1930 e 1950. Entre 1960 e 1970 o processo foi utilizado para

peças planas fabricadas com diversos tipos de material e dimensões e formas. A partir da década de 80

até meados dos anos 90, capacidades adicionais de flexibilidade, precisão, e setup rápido foram

proporcionadas para o processo de retificação de superfície de disco duplo (LI, 2006).

O principal objetivo do processo de retificação de superfície com disco duplo de desbaste é

remoção grosseira de material, os grãos de diamante dos rebolos são grandes (mesh #300 a #2000). O

tamanho dos grãos dos rebolos utilizados para acabamento é da ordem de #2000 a #10000. O ligante

dos rebolos deste processo podem ser resina, metal ou cerâmica vitrificada. Ligantes relativamente

rígidos, como metal ou cerâmica vitrificada são empregados para operações de desbaste. Enquanto que

rebolos com ligante macios, como resina ou cerâmica vitrificada macia (de nível inferior) são

utilizados para processos de acabamento (LI, 2006).

O processo de retificação de superfície de disco duplo tem grande potencial para atingir as

demandas de qualidade a baixo custo. Além disso o processo pode ser automatizado de forma


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relativamente simples e ambos os lados da peça são retificados simultaneamente o que traz benefícios

quanto ao paralelismo entre as faces retificadas e planeza das mesmas. Como o processo não tem

pinças de fixação para prender as peças, apenas arrastadores, onde as peças não estão sujeitas a

pressões ou forças de fixação, não se tem o problemas relacionados a estas forças (LI, 20006). Este

processo de retificação está consolidado em aplicações automotivas, como na produção de rolamentos,

mancais, discos de freio, e peças do motor, mas está migrando para outras indústrias. Este processo é

agora de fácil operação, e com flexibilidade para controle de capacidade, controle de processo preciso,

setup rápido e aplicável a retificação de materiais não tradicionais (PAQUIN 1996; ThomasNet 2014).

Precisões obtidas são, em grande parte, dependentes da aplicação. Tipicamente, entretanto, o

processo de retificação de superfície de disco duplo pode manter tolerâncias próximas de 0,0025 mm e

planeza dentro de 1,3 micrometros, enquanto atinge acabamento superficial menor que 0,1 Ra com

rebolos de abrasivo convencional (rebolos de polimento geralmente produzem rugosidade entre 0,025

e 0,05 Ra). A habilidade em atingir tolerâncias apertadas geralmente elimina a necessidade de

lapidação ou polimento, retificação de acabamento e inspeção secundária. Também reduz

movimentação de peças, sucata e reprocesso. A capacidade produção varia entre 1000 e 1100 peças

por hora (OLIVEIRA, 2014). Com estas tolerâncias relativamente apertadas, alguns fabricantes

acreditam que pode-se eliminar os processos de classificação de componentes usinados e ainda atingir

os requisitos de montagem.

Aumentando-se a velocidade de corte, aumenta-se a taxa de remoção de material enquanto a

qualidade da peça se mantém em níveis elevados. É evidente que com um regime de auto-dressagem

devido a elevada velocidade de corte e pressão de retificação, pode-se conseguir um processo estável e

redução de tempo improdutivo para operações de dressagem e perfilhamento dos rebolos. Um processo

combinado de desbaste com alta velocidade de corte e acabamento através do ajuste da taxa de

velocidade entre os rebolos representa uma solução futura considerando crescentes demandas

econômicas e tecnológicas em direção ao processo em discussão. (OLIVEIRA, 2014).

3.2 Mapa de processo

O mapa de processo é uma representação gráfica, sequencial e detalhada do processo com

informações relacionadas a cada atividade deste, com os aspectos de entrada (x), processamento e

saída (y). Descreve os limites, as principais atividades/tarefas, os parâmetros de produto final e do

processo (Werkema, 2004). Tem por objetivo analisar todos os seus parâmetros, sejam eles


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controláveis ou não. Objetiva a melhoria dos processos, com a identificação e eliminação das causas

que levam o processo a variar ao longo do tempo, gerando falhas ou defeitos.

3.3 Avaliação de sistemas de medição – MSE

O objetivo do MSE é aprender o máximo sobre o processo de medição em um curto período de

tempo, fornecendo informações sobre a situação atual deste. É fundamental avaliar se os sistemas de

medição fornecem resultados confiáveis antes de se tomar decisões com base em dados gerados por

esses sistemas (Werkema, 2006). Como a medição é um processo, este também pode sofrer mudanças

ao longo do tempo, por isso deve-se avaliar sua média e variação. Consequentemente um bom plano de

amostragem devem ser elaborado antes de se coletar dados que validarão ou invalidarão um processo

de medição. O mapa de processo deve ser utilizado para elaborar a estratégia de amostragem,

considerando-se as variáveis independentes (x’s) que afetam a variação no processo de medição: Y =

f(x).

3.4 Componentes de variação – COV

A ferramenta componente de Variação (COV – Component of Variation), divide a variação

geral do processo em proporções atribuíveis a causas em cada um dos vários estágios da árvore de

amostragem. Por exemplo, a variação total do processo pode ser divida entre um componente de

variação “dentro da peça”, um componente de variação “entre as peças”, “dentro do lote” e um

componente de variação “entre lotes”. Isto deve ser feito para avaliar a estabilidade e a magnitude dos

vários componentes de variação e, portanto, fornecer um foco ao trabalho de desenvolver o

conhecimento sobre o processo (BRYDSON, 2000). Desta forma, pode-se orientar e direcionar ações

de melhoria do processo (onde e como atuar) e auxiliar na identificação de fatores e níveis para um

DOE, quando necessário (WHEELER, 1992; WERNKE, 2011). As principais características do COV

são estudos observacionais e a variação dos componentes. Não é uma estratégia para tratamento de

ruídos. São calculadas a contribuição percentual da variação de cada componente (WHEELER, 1992).

Para entender a estrutura de um COV, primeiro precisa-se conhecer o processo que está sendo

estudado, e então representar o sistema em forma de árvore de amostragem. Os ramos desta árvore são

as sub-unidades do sistema, e cada ramificação pode ser independente ou dependente da camada

anterior (WERNKE, 2011). Um bom COV depende da escolha adequada do tamanho da amostra e o

intervalo de tempo entre amostras consecutivas. Ter uma árvore de amostragem bem planejada é


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fundamental, porque ela garante a integridade dos resultados finais (WERNKE, 2011). A Figura 1

mostra um exemplo de árvore de amostragem, que foi utilizada para a execução deste trabalho.

Figura 1 – Árvore de amostragem para COV (parcial)

Machine

Shift

Table

Dressing

Position

Part

Measure 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 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36

101 2 3 4 5

8 9 10 11 121 2 3 4 5

1

1

1

11 126 7 8 9

1 2 3

6 7

3.5 Índice de capacidade de processo – Cpk

A capacidade de um processo pode ser definida como sendo a capacidade inerente de um

processo para a produção de peças idênticas, por um longo período de tempo sob um determinado

conjunto de condições. Ela objetiva demonstrar se um processo de fabricação específico é ou não

viável e sustentável (SILVEIRA, 2012). De acordo com o autor, avaliar a capacidade de um processo é

bastante importante, pois permite quantificar a forma de como um processo pode produzir produtos

aceitáveis. Como resultado, os gerentes e engenheiros de uma fábrica podem priorizar melhorias

necessárias e identificar os processos que não precisam de atenção imediata.

O Cp e Cpk são índices que indicam se o processo está produzindo peças dentro dos limites de

tolerância. De maneira geral, diz-se que Cp mede a capacidade potencial do processo, enquanto Cpk

mede a capacidade atual do processo. Estes índices são muito importantes na fase do desenvolvimento

de produto, pois nesta fase inicial, a análise do histórico dos índices de capacidade de peças similares


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podem permitir que sejam escolhidos processos e especificações coerentes que sejam eficazes

estatisticamente. Adicionalmente, eles também se fazem importantes durante a homologação do

processo, pois podem revelar processos problemáticos antes da entrada de produtos na linha de

produção (SILVEIRA, 2012).

Para fazer o estudo de capacidade e performance do processo, é necessário que o mesmo esteja

estável, ou seja, sob controle estatístico de processo. As “Causas Comuns” (inerentes ao processo)

devem ser separadas das “Causas Especiais” (derivadas de variáveis específicas e controláveis).

4. Resultados

Inicialmente foi realizado um MSE do meio de medição da característica de profundidade do rebaixo

da peça sinterizada. Os resultados mostraram que o meio de medição atualmente utilizado não é o mais

adequado para a avaliação desta característica, pois não tem discriminação adequada. Entretanto, como

a maior variação encontra-se no subgrupo peças, decidiu-se manter este meio de controle. Há uma

grande variação entre as amostras utilizadas para a avaliação do meio de medição, conforme mostra a


8

Figura 2.


9

Figura 2 – Carta de variação para MSE

Com o mapa de processo (Figura 3) pôde-se identificar os fatores que influenciam no processo de

retificação da peça em questão. Com estas informações e a frequência de mudança do processo,

determinou-se os componentes de variação que foram analisados com o estudo de COV.


10

Figura 3 – Mapa de processo

A coleta de dados para o COV foi realizada ao longo de dois turnos consecutivos conforme

plano de amostragem, coletando uma peça de cada gaiola de arraste logo após a dressagem dos

rebolos, no meio do intervalo de dressagem e imediatamente antes da próxima dressagem. Os

resultados obtidos foram inicialmente analisados através da carta de variação,


11

Figura 4, onde pode-se observar que dressagem e turno apresentam grande variação.


12

Figura 4 – Carta de variação para COV

Calculando-se os componentes de variação constata-se que a dressagem tem a maior

contribuição dentre os fatores estudados, com 57,5% do total. Em seguida, conforme previamente

observado no gráfico, fica o turno, com 24,6% do total de variação. A mesa, com 10,4%, aparece em

terceiro lugar, sendo que as demais fontes apresentaram percentuais menores que 10%, conforme

mostrado na Figura 5.

Figura 5 – Componentes de variação do COV


13

A capacidade do processo com os dados do COV foi avaliada através de uma carta de controle

“xBarR” e cálculo de Cpk. Com a carta de controle, Figura 6, pode-se observar que o processo está

instável, e consequentemente com baixo índice de capacidade,


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Figura 7, com Cpk =0,38. Índices de Cpk abaixo 1 não devem ser aceitos e portanto é

mandatório atuar sobre o processo a fim de buscar a melhora deste índice para a característica em

avaliação.

Figura 6 – Carta de controle dos dados do COV


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Figura 7 – Capacidade do processo com dados do COV

Vale observar que as demais características da peça apresentam índices de capacidade entre 1 e

1,33 e por isso permanecerão fora do escopo deste estudo. A cada intervenção todas as caractrísticas

foram avaliadas, entretanto o foco será mantido na característica da profundidade do rebaixo.

Com base nos dados do COV decidiu-se avaliar o intervalo de dressagem, já que este

apresentou a maior parcela da variação. Foram realizados testes reduzindo-se o intervalo de dressagem

e os resultodos indicaram que reduzindo-se a frequencia de 8 para 2 horas o índice de capacidade desta

característica tende a se manter acime de 1.

Naturalmente que os impactos dessa mudança na produtividade e capacidade produtiva do

equipamento foram analisados. Por se tratar de um processo com alta produtividade, esta pequena

redução não trará perdas.

Após as intervenções na máquina e treinamento dos operadores, uma nova coleta foi realizada.

A estratégia de amostrgem foi similar a do primeiro COV, porém desta vez cada peça foi medida

apenas uma vez, pois a influência do componente de variação “peça e medida” foi inferior a 1% do

total. O componente posição também foi eliminado da árvore de amostragem, pois apresentou 7,2%

contra outros itens que apresentaram percentuais muito acima deste. A carta de controle,

Result

Column

1,710000

LSL

1,780000

Target

1,850000

USL

Spec Limits

Lower Spec Limit

Spec Target

Upper Spec Limit

Specification

1,71

1,78

1,85

Value

Below LSL

Above USL

Total Outside

Portion

0,0000

17,3611

17,3611

% Actual

LSLUSLTarget

-3s+3sMean

0 1 2

Sigma = 0,0263

CP

CPK

CPM

CPL

CPU

Capability

0,887

0,380

0,487

1,395

0,380

Index

0,784

0,310

0,447

1,224

0,309

Lower CI

0,990

0,450

0,528

1,565

0,449

Upper CI

Below LSL

Above USL

Total Outside

Portion

0,0014

12,7333

12,7348

Percent

14,3181

127333,19

127347,51

PPM

5,684

2,639

2,639

Sigma

Quality

Long Term Sigma

Result

Individual Detailed Reports

Capability


16

Figura 8, gerada com os dados do segundo COV, mostra que o processo está estável, sem

causas especiais.

Figura 8 – Carta de controle após a primeira intervenção no processo

No entanto, observa-se no gráfico da carta “ImR” que há uma sequência de sete pontos

consecutivos com tendência crescente, o que pode indicar algum problema no processo. Este fato não

foi avaliado neste momento.


17

O índice de capacidade do processo melholhou sensivelmente, atingindo Cpk = 1,546, Figura

9, ainda aquém do objetivo que era 1,67, entretanto pode-se assumir que é uma melhora significativa.

Figura 9 – Capacidade do processo após a primeira intervenção

5. Conclusões

O objetivo do estudo foi entender as principais fontes de variação do processo de retificação de

superfície de disco duplo das peças que influenciam na dispersão da característica de profundidade do

rebaixo das peças sinterizadas. O COV identificou que a maior fonte de variação consiste no intervalo

de dressagem, o qual estava sendo considerado em 8 h. Como a redução deste tempo para 2 h,

conseguiu-se uma melhora significativa na capacidade do processo, com índice de Cpk subindo de

0,78 para 1,5.


18

Apesar da grande melhora do processo, e da estabilização deste, ainda não se atingiu a meta

que é um índice de Cpk de 1,67 para esta característica. Entretanto com a nova situação não há mais

peças fora dos limites de especificação, o que ocorria antes deste estudo.

Novas intervenções deverão ser realizadas com base nos resultados do segundo COV, que

mostram que o turno e dressagem ainda respondem pela maior parcela da variação do processo.

A dressagem deste equipamento é totalmente manual, o que pode explicar as diferenças entre

turnos. A automação deste sistema pode ser feita com um investimento relativamente baixo, buscando-

se assim padronizar o procedimento entre os dois turnos, eliminando-se o fator operador. Com isso

acredita-se que o processo melhorá ainda mais.

Referencias

BRYDSON, J., Plastics materials. 7a ed. Oxford, Woburn, 2000.

LI, Z.C., Pei, Z.J., and Fisher, G.R., 2006, Simultaneous double side grinding of silicon wafers: a literature review,

International Journal of Machine Tools and Manufacture, Vol. 46, No. 12–13, pp. 1449–1458.

More about Double Disc Grinding. ThomasNet <http://www.thomasnet.com/about/grinding-double-disc-

36180206.html> Acesso em 22 nov 2014.

OLIVEIRA, J. F. G., SILVA, E. J., GUO, C., HASHIMOTO, F., Industrial challengers in grinding. CIRP Annals –

Manufacturing Technology. Disponível em <http://ees.elsevier.com/cirp/defauult.asp> Acesso em 15 nov. 2014. CIRP

Annals – Manufacturing Technology 58 (2009) 663-680.

PAQUIN, Michael R., Double-Disc Grinding On The Move. Modern Machine Shop, 1995. Disponível em:

<http://www.mmsonline.com/articles/double-disc-grinding-on-the-move> Acesso em: 22 nov. 2014.

SILVEIRA, Cristiano Bertulucci, Qualidade, Seis Sigma - Cp e Cpk – Índices de Capacidade de um processo.

Citisystems. Disponível em: < http://www.citisystems.com.br/cpk-indice-capacidade-performance-processo/> Acesso em

24 nov. 2014.

WERKEMA, Maria Cristina Catarino, Criando a Cultura Seis Sigma. Nova Lima, MG: Werkema Ed., 2004.

WERKEMA, Maria Cristina Catarino, Avaliação de Sistemas de Medição. Nova Lima, MG: Werkema Ed., 2011.

WERNKE, Priscila A., Melhoria da qualidade de um componente através da aplicação de ferramentas da

metodologia seis sigma. Joinville: UDESC, 2011. 68 p. Trabalho de Graduação – Departamento de Engenharia de

Produção e Sistemas, Centro de Ciências Tecnológicas, Universidade do Estado de Santa Catarina, Joinville, 2011.

WHEELER, Donald J., Understanding Statistical Process Control. SPC Press, 1992.

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