estudo dos ganhos de produtividade e redução de custos com o uso ...

ESTUDO DOS GANHOS DE

PRODUTIVIDADE E REDUÇÃO DE

CUSTOS COM O USO DE SISTEMAS DE

PRESETTING AUTOMÁTICO A LASER

EM MÁQUINAS CNC

Wilson Roberto Bergamin (FIEL )

[email protected]

RAFAEL DE LIMA APOLINARIO (FIEL )

[email protected]

Ivan Correr (FIEL )

[email protected]

Milton Vieira Junior (UNINOVE )

[email protected]

Andre Mauricio Zago (UNINOVE )

[email protected]

Atualmente a concorrência no mercado tem se ampliado

significativamente, logo para se destacar e tornar se mais competitiva,

as empresas buscam alternativas para aumento da qualidade,

flexibilidade e produtividade. Neste cenário, muitas emppresas são

estimuladas a procurar novos métodos de produção. Nas empresas de

manufatura, em especial na área de usinagem, as empresas utilizam-se

de técnicas que permitem a redução de perdas e a produção de peças

com níveis de qualidade cada vez maiores em seu sistema produtivo, e

em especial nas técnicas que se refere a redução do tempo de

preparação (setup). Neste contexto, o presente trabalho visa comparar

os tempos de pré-ajustagem de ferramentas utilizando o método

manual e automático (sistemas de presetting), em uma empresa de

usinagem da cidade de Limeira/SP, e avaliar a melhoria da

produtividade no que se refere ao aumento da disponibilidade das

máquinas CNC e à redução dos custos de pré-ajustagem gerados no

processo produtivo da empresa. Os dados utilizados nesse estudo

foram coletados por meio de uma pesquisa experimental. O resultado

obtido foi a redução do tempo médio de medição por ferramenta de

3m24seg pelo processo manual para 26seg processo automático, o que

resulta em um aumento do tempo de disponibilidade de máquinas para

produção de 556h40min, gerando uma redução de custos adicionais de

R$68.000,00 anuais.

Palavras-chave: Pré-ajustagem de ferramenta, Sistemas de presetting,

Disponibilidade de máquinas, Produtividade

XXXVI ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCÃO Contribuições da Engenharia de Produção para Melhores Práticas de Gestão e Modernização do Brasil

João Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016.


João_Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016. .

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1. Introdução

Os avanços tecnológicos e a competitividade dos mercados vêm crescendo de forma acelerada

e fazendo com que as empresas busquem novas possibilidades para conquistar seu espaço na

produção (VIEIRA JUNIOR et al.,2011).

Segundo Felix (2008), muitas empresas utilizam de novas tecnologias, que aplicadas de

maneira correta em suas máquinas ou meio de produção, aumentam a precisão e a rapidez do

processo, fazendo com que o índice de produtividade aumente gradativamente.

Nos processos produtivos existem grandes perdas devido aos tempos ociosos entre as

preparações de máquinas e equipamentos que estão relacionados com a produção de lotes de

produtos, seja em pequenas ou em largas escalas (SHINGO, 2000).

Vieira Junior et al. (2011), apresentam que nas empresas de usinagem as empresas buscam

novas alternativas para elevar a produtividade, por meios de recursos que otimizam os tempos

de produção. Uma das estratégias para aumentar a produtividade é pela redução do tempo de

preparação (setup), por meio da efetividade das operações, fazendo com que os períodos que

não agregam valor ao processo sejam reduzidos ao máximo durante a produção.

Um dos conceitos utilizados na área de usinagem para a redução do tempo de setup é o da

Troca Rápida de Ferramentas (TRF) como apresentam Calhado et al. (2015) e Santos et al.

(2014). No entanto, das operações que influenciam diretamente o tempo de setup, uma das

menos estudadas e otimizadas é a operação do tempo de pré-ajustagem de ferramentas com

uso de sistemas automáticos para medição de ferramentas, conhecidos como sistemas de

presetting (SANTOS et al., 2006; WIESE et al., 2007).

O baixo uso destes sistemas é apresentado por Simon (2008) no estudo aplicado em 457

empresas de usinagens brasileiras, das quais 16,6% utilizam sistemas de pré-ajustagem de

ferramentas que otimizam os tempos de preparação da usinagem. Das que não utilizam, os

motivos evidenciados são a falta de conhecimento da tecnologia e o alto custo.

Fardin et al (2010), Vieira Junior et al (2011), Correr et al (2011), Fortunato (2012) e Vieira

Junior et al (2012) apresentam a redução dos tempos de preparação do processo de usinagem

com o uso dos sistemas de presetting automáticos em relação ao método de pré-ajustagem

manual de ferramentas. Costa et al. (2014), Vieira Junior et al. (2015) e Costa et al. (2015)



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apresentam os benefícios obtidos com o uso de sistemas de presetting automáticos no que se

refere ao aumento de produtividade e qualidade dimensional da peça.

Portanto, o presente trabalho visa comparar os tempos de pré-ajustagem de ferramentas

utilizando o método manual e automático (sistemas de presetting), em uma empresa de

usinagem da cidade de Limeira/SP, e avaliar o aumento da produtividade no que se refere ao

aumento da disponibilidade das máquinas-ferramentas CNC e a economia gerada no processo

produtivo da empresa.

2. Referencial teórico

2.1. Produtividade nos processos de usinagem

Desde o surgimento de novas máquinas-ferramentas CNC na década de 1970, a referência da

produção passou a ser avaliada pelos lotes produzidos, ou seja, o tamanho do lote era o

parâmetro da produção, tendo em vista que os lotes eram cada vez menores. Por meio disso,

tornou-se o uso de várias ferramentas, algo de grande importância em operações de usinagem

empresarial com o intuito de manter o tempo de ociosidade da máquina o menor possível

(SMITH, 2008).

Segundo Antunes et al. (2008), as perdas que fazem parte dos sistemas de produção tem como

origem a caracterização em alguns processos, dentre esses destacam-se: processo por

superprodução; transporte; processamento de materiais; defeitos e estoques. Também existem

as perdas em operação, que são: movimentos desnecessários de operadores e fila ou a espera

dos lotes. Todos as perdas relacionadas com as operações de setup, influenciam diretamente

nas perdas de processo e operação.

Pereira (2007) apresenta que a adequação de técnicas, sistemas, ferramentas e máquinas pelas

empresas de usinagem, auxiliam no alcance de melhores índices de produtividade, reduzindo

as paradas de máquinas e aumentando a produção sem desperdício de tempo e recursos

existentes na fabricação.

A redução do tempo de máquina parada e conseqüentemente aumento da disponibilidade da

máquina para produção nas empresas de usinagem, segundo Sandvik (2012) é influenciada

por diversos fatores: Seleção do método de usinagem; Definição do tipo de ferramenta;

Redução do número de troca de ferramentas; Disponibilidade de produto; e especialmente



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redução do tempo de setup, sendo que em muitos casos o tempo de setup é maior que o tempo

de usinagem.

2.2. Tempos de setup

O tempo para preparação das máquinas, incluindo as atividades de usinagem, devem ser

considerados todos os movimentos executados (setup) entre a conclusão de uma peça de um

determinado lote até o início da próxima operação de usinagem (SHINGO, 2000). Esse tempo

abrange uma diversidade de operações nos processos de usinagem, como a substituição de

peças, equipamentos e pré-ajustagem das ferramentas. A redução no tempo de setup resulta

em um fluxo constante sem interrupções. Segundo Slack et al (2007), mudanças simples

podem reduzir consideravelmente os tempos de setup.

Segundo Nishida (2005), realizar um setup com rapidez é considerado um fator de extrema

importância para equilibrar uma produção, possibilitando assim trabalhar de uma forma

eficiente, eliminando estoques desnecessários, cumprindo com os prazos e atendendo a

demanda dos clientes com maior agilidade.

Aronson (2000) apresenta que durante o processo de usinagem, a empresa deve atribuir seus

esforços na redução de tempos perdidos ou ociosos durante a etapa setup da máquina,

executando de forma rápida e com grande precisão.

Reduzir o tempo de setup das máquinas é fundamental para as empresas que estão ligadas a

usinagem (WIESE, 2007), baseado neste contexto para reduzir esses tempos, as empresas vem

buscando novas soluções e tecnologias que contribuam para tal eficiência (FARDIN et al,

2010).

Autores como Calhado et al (2015), Santos et al (2014) utilizam do conceito de Troca Rápida

de Ferramentas (TRF) para redução dos tempos de setup nos processos de usinagem,

entretanto, das operações que influenciam diretamente no tempo de setup, a operação de pré-

ajustagem de ferramentas é ainda pouco otimizada (SANTOS et al, 2006; WIESE, 2007).

2.3. Pré-ajustagem de ferramentas

Nas máquinas ferramentas CNC, o processo de pré-ajustagem de ferramentas se baseia em

informar ao comando da máquina ferramenta CNC as dimensões das ferramentas que serão



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utilizadas durante a operação de usinagem, este processo é também conhecido como

“referenciamento” das ferramentas (CORRER, 2006).

Este processo de pré-ajustagem de ferramentas para centros de usinagem CNC, segundo

Correr (2006) e Simon (2008) pode ser realizado pelo sistema de medição manual, externo, e

interno (Quadro 1).

Quadro 1 – Sistemas de medição: manual, externo, interno

Fonte: Autores



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Nas operações de pré-ajustagem de ferramentas realizadas de forma manual, a qualidade da

medição depende de múltiplos fatores, sendo que o conhecimento e experiência do operador é

um dos mais relevantes. O Quadro 2, apresenta limitações relacionadas ao processo de

medição manual que influenciam no produtividade do processo.

Quadro 2 – Limitações do processo de medição manual

Fonte: Adaptado de Simon (2008), Correr (2006), Costa et al. (2014), Costa et al. (2015)

As limitações do processo de medição manual apresentadas anteriormente podem ser

minimizadas/eliminadas com o uso de sistemas automáticos de presetting internos.

Fardin et al. (2010), Viera Junior et al (2011), Correr et al (2011), Fortunato (2012), Vieira

Junior et al (2012) apresentam os benefícios obtidos com o uso de sistemas de presetting



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internos relacionados ao ganho e produtividade em função da redução do tempo de pré-

ajustagem de ferramentas comparado ao sistema manual.

Costa et al. (2015) demonstram o ganho de produtividade e redução de perdas com o uso de

sistema de presetting de ferramentas interno a laser em uma empresa de usinagem que

trabalha com produção em pequenos e grande lotes.

Vieira Junior et al. (2015), apresentam um comparativo das variações na qualidade

dimensional causadas pelo método manual e automático de pré-ajustagem de ferramentas em

centro de usinagem, na qual as variações foram de ±0,1mm para o processo manual e de

±0,01mm para o processo automático.

3. Metodologia do desenvolvimento da pesquisa

O presente artigo possui abordagem quantitativa de caráter exploratório e natureza aplicada,

uma vez que o local que a pesquisa foi realizada serviu como fonte de coleta de dados, análise

do efeito das ações e avaliação dos resultados. Por meio do aprimoramento do conceito do

objeto de estudo (revisão bibliográfica), os conhecimentos adquiridos foram aplicados na

prática, voltados à resolução do problema (LACERDA et al., 2007; GIL, 2002).

O método aplicado foi a pesquisa experimental e se baseou-se no procedimento apresentado

por Turrioni e Mello (2012): (i) Planejamento do experimento; (ii) Operacionalização das

variáveis; (iii) Estabelecimento das relações causais; (iv) Definição das técnicas de análise

dos dados dos experimento; (v) Especificação da unidade de análise do banco de ensaio; (vi)

Especificação do tempo para condução do experimento; (vii) Projeto do experimento; (viii)

Realização do experimento e coleta de dados; (ix) Análise dos resultados; (x) Conclusão.

3.1 Pesquisa experimental

O método experimental foi utilizado para avaliar os tempos gastos nas operações de pré-

ajustagem de ferramentas em máquinas CNC em uma empresa prestadora de serviço de

usinagem da região de Limeira/SP que trabalha com a fabricação de moldes para injeção de

alumínio.

Foram realizados dois grupos de ensaios, na qual foram analisados os tempos envolvidos na

operação manual de pré-ajustagem de ferramentas e com o uso do sistema de presetting a

laser, para avaliar o ganho de produtividade.



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O maquinário utilizado para os ensaios foi um centro de usinagem CNC modelo Discovery

1250, dentro de um grupo de 9 máquinas que a empresa possui com as mesmas

características.

O produto selecionado é fabricado em aço ABNT 1045 e foi utilizado o seguinte ferramental:

fresa de topo de haste paralela nos diâmetros de Ø40mm, Ø25mm, Ø12mm, Ø6mm, Ø4mm;

fresa esférica de haste paralela nos diâmetro de Ø2mm; broca de haste paralela nos diâmetros

de Ø8mm.

Os instrumentos de medição utilizados para os ensaios foram: Sistema Automático a Laser

para Medição de Ferramentas, da fabricante GeoTecno, modelo TSG-130, com repetibilidade

de 2µm e acuracidade de 2µm; Relógio apalpador, da fabricante Mitutoyo, 0,8mm, resolução

0,01mm; Paquímetro digital, da fabricante Mitutoyo, na faixa de 0-150mm, resolução

0,01mm.

3.2 Ensaios

3.2.1 Ensaio com pré-ajustagem manual

Para o ensaio com pré-ajustagem manual foi utilizado as condições normais para usinagem

para o produto selecionado (Figura 1), na qual os meios utilizados para a pré-ajustagem

manual das ferramentas são adotados pela empresa como norma prática para produção, por

meio da experiência dos operadores.

Figura 1 – Produto selecionado



9

Fonte: Autores

Foi realizada a fixação da peça selecionada na mesa do centro de usinagem com o uso de

grampos de fixação e realizado o alinhamento da mesma com o uso de relógio apalpador.

Posteriormente a fixação da peça na mesa do centro de usinagem, foi realizada a indexação

das ferramentas no magazine da máquina e realizado a pré-ajustagem manual de cada

ferramenta utilizada no processo (9 ferramentas).

A pré-ajustagem manual para cada ferramenta foi realizada pelo operador, com a aproximação

manual da ferramenta no sentido do eixo Z até a face de um calço retificado de 10mm,

posicionado na face plana da peça. O operador definia o comprimento da ferramenta quando a

mesma encostava no calço retificado baseando-se na sua sensibilidade de detecção do contato

ferramenta/calço (Figura 2a). Posteriormente era realizada a medição do diâmetro e do

batimento da ferramenta com o uso do relógio apalpador rotacionando manualmente a

ferramenta (Figura 2b). Para cada procedimento apresentado o operador insere os dados das

medições manualmente na IHM (Interface Homem Máquina) da máquina e realiza as

correções necessárias.

Figura 2 – Medição do comprimento da ferramenta (a) e Medição do diâmetro e batimento da ferramenta (b)



10

a)

b)

Fonte: Autores

A coleta do tempo das medições das ferramentas foi realizada durante o processo de

fabricação do produto estudado, com o acompanhamento de um dos autores do presente

artigo, sem interferência, e cronometrada. O Quadro 3 apresenta todos os tempos envolvidos

no processo de fabricação e os tempos de medição de ferramentas.

Quadro 3 – Tempo de operações de usinagem



11

Fonte: Autores

3.2.2 Ensaio com pré-ajustagem automática

Para o ensaio com o uso da pré-ajustagem automática de ferramentas, foram seguidos os

mesmos parâmetros utilizados no ensaio anterior: programa, parâmetros de usinagem, centro

de usinagem, produto a ser usinado. Foi alterado apenas o processo de medição das

ferramentas (fases 14 e 15 do Quadro 3).

Inicialmente foi realizada a instalação do Sistema Automático a Laser Para Medição de

Ferramentas - TSG-130 (Figura 3) com a fixação do equipamento na mesa do centro de

usinagem. Posteriormente foi realizada a referenciação do equipamento com o comando da

máquina-ferramenta em conformidade com o manual do fabricante.



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Figura 3 – Sistema Automático a Laser Para Medição de Ferramentas (TSG-130)

Fonte: Autores

Após a rotina de referenciação, a posição do feixe laser é reconhecida pelo comando da

máquina como referência padrão para todas as ferramentas. A partir disso todas as

ferramentas são medidas e suas informações são inseridas automaticamente no comando da

máquina-ferramenta.

4. Análise dos resultados e discussões

A Tabela 1 apresenta os resultados obtidos na realização dos ensaios descritos anteriormente.

Tabela 1 – Comparação dos tempos de pré-ajustagem de ferramentas (manual e automática)

Fonte: Autores

Como pode ser observado, a somatória das 9 operações realizadas para a pré-ajustagem das

ferramentas, pelo método manual somou 34:22 (minutos), já para o processo automático,



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somou 03:52 (minutos), o que representa uma economia no tempo de medição de 30:30

(minutos). Ou seja, o tempo médio para medição de cada ferramenta girou em torno de 03:50

(minutos) para medição manual e de 00:26 (minutos) para medição automática.

Com base nos históricos das ordens de produção e do Registro de Não Conformidades

(RNCs) no ano de 2015, disponibilizados pela empresa estudada, foi realizado um

levantamento e identificado que a mesma realiza uma média de 125 construções (conjunto

montado com peças usinadas) com o uso médio de 80 ferramentas para cada construção.

A Tabela 2 apresenta o aumento do tempo da disponibilidade das máquinas CNC que a

empresa obteria no caso de utilizar sistemas de presetting automático a laser em todas as

máquinas CNC (9 máquinas). Foi também calculado, com base no valor hora/máquina

fornecido pela empresa, o valor financeiro (R$) correspondente ao custo embutido nas

operações de presetting decorrentes da maior indisponibilidade das máquinas no caso da pré-

ajustagem manual.

Tabela 2 – Aumento do tempo de disponibilidade da máquina com pré-ajustagem automática e custo adicional

com pré-ajustagem manual

Fonte: Autores

Como pode ser observado na Tabela 2, o tempo médio de medição por ferramenta após a

utilização do sistema de presetting automático a laser foi de 3min24seg, multiplicando este

valor pelo número médio de ferramentas utilizadas anualmente que seria de 10.000, resultado

da fabricação de 125 conjuntos com uso médio de 80 ferramentas por conjunto, resultaria em

um aumento do tempo de disponibilidade de máquinas para produção em 566h40min, tempo

este que se multiplicado pelo custo de R$ 120,00 da hora/máquina indica um custo embutido

da ordem de R$ 68.000,00 anuais, que pode ser eliminado com o uso de sistemas de

presetting automático a laser.

Deve ser ressaltado ainda, que a redução de custo de R$ 68.000,00 anuais pode vir a ser maior

com o uso de sistema de presetting automático, no que se refere a outros fatores influenciados

pela pré-ajustagem de ferramentas como: quebra de ferramentas durante o processo de



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medição manual e desvios dimensionais (formação de degraus na peça) causados pela

medição manual, que podem refletir em retrabalho e descarte da peça.

A título de informação, baseando-se nos históricos das ordens de produção e do Registro de

Não Conformidades (RNCs) no ano de 2015, os problemas relacionados aos desvios

dimensionais causados pela pré-ajustagem manual giram em torno de 10% das peças

fabricadas e que posteriormente devem ser retrabalhadas, bem como problemas relacionados a

quebra de ferramentas durante pré-ajustagem manual, que giram em torno de 2% das

ferramentas, nesse caso devendo realizar a substituição da ferramenta danificada. Isso indica

que novas pesquisas e estudos futuros relacionados aos benefícios gerados pelo uso de

sistemas de presetting, não apenas relacionados a redução do tempo de medição, são

necessárias para a identificação completa dos ganhos de produtividade resultantes do uso de

sistemas de presetting automático a laser.

5. Considerações Finais

Com base nos objetivos propostos do presente artigo e diante dos ensaios realizados conforme

a metodologia definida e dos resultados obtidos, pode se concluir que:

a) O uso do sistema de presetting automático a laser, permite a redução do tempo de

medição de ferramentas se comparado ao processo de pré-ajustagem de ferramentas

pelo método manual, conforme apresentado na Tabela 1;

b) O uso do sistema de presetting automático a laser, possibilita o aumento da

disponibilidade da máquina-ferramenta CNC e redução de custo adicional de pré-

ajustagem de ferramentas, conforme apresentado na Tabela 2.

Adicionalmente, outros ganhos de produtividade, não comprovados, no presente trabalho,

podem ser obtidos, bem como ganhos de qualidade das peças usinadas, também não estudados

neste artigo. Sugere-se que esses temas sejam objetos de estudo em trabalhos futuros.

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(Graduação em Engenharia de Produção e Sistemas) - Universidade do Estado de Santa Catarina

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio da empresa Modelação Wibra, local da realização dos

experimentos, e da empresa GeoTecno Soluções em Automação, que cedeu equipamentos

para a realização desta pesquisa.

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