Universidade de Aveiro
Ano 2018
Departamento de Engenharia mecânica
Pedro Miguel
Rodrigues Da Silva
Otimização do processo de substituição de
eletro-árvores em centros de maquinagem
Universidade de Aveiro
Ano 2018
Departamento de engenharia mecânica
Pedro Miguel
Rodrigues Da Silva
Otimização do processo de substituição de
eletro-árvores em centros de maquinagem
Relatório apresentado à Universidade de Aveiro para cumprimento dos requisitos necessários à obtenção do grau de Mestre em Engenharia Mecânica, realizada sob a orientação científica do Doutor António Manuel Godinho Completo, Professor Auxiliar com Agregação do Departamento de Engenharia Mecânica da Universidade de Aveiro
o júri
presidente Prof. Doutor António Manuel de Amaral Monteiro Ramos
Professor Auxiliar da Universidade de Aveiro
Prof. Doutor José Luís Soares Esteves
Professor Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Prof. Doutor António Manuel Godinho Completo
agradecimentos Ao Engenheiro João Pina Gonçalves, e ao Engenheiro Diogo Ramos, pelo acompanhamento dado ao longo do estágio curricular na Renault CACIA SA. Ao Professor Doutor António Manuel Godinho Completo pelo apoio técnico à realização do estágio curricular e redação do presente relatório.
A todos os elementos do progresso contínuo da Renault CACIA SA. A todos os elementos da manutenção do atelier 3/4 da Renault CACIA SA.
palavras-chave Eletro-árvore, Grob, weiss, smed, lean
resumo O presente trabalho resulta de um estágio curricular na empresa Renault CACIA SA, com o tema: ”Otimização do processo de substituição de eletro-árvores em centros de maquinagem”. Numa primeira fase deste relatório faz-se uma descrição breve das eletro-árvores em termos das suas características e aplicações. Complementarmente apresentam-se as principais estratégias de manutenção aplicadas as estes componentes na empresa Renault CACIA SA, assim como as indicadas pelo fabricante das eletro-árvores a empresa GROB Werke. Abordou-se ainda numa fase preparatória a metodologia de gestão Lean com ênfase na ferramenta SMED-“Single Minute Exchange of Die”. No seguimento destas fases preparatórias, desenvolveram-se dois casos de estudo; o primeiro centrado na redução do tempo de substituição de eletro-árvores, e o segundo caso de estudo centrou-se na melhoria do processo de diagnóstico de avaria, que conduz à real necessidade de substituição da eletro-árvore, evitando-se as substituições desnecessárias. O primeiro caso de estudo conduziu à elaboração de um conjunto de ações de melhoria que permitiram uma redução de 45% do tempo de substituição da eletro-árvore, estas passaram por a eliminação e otimização de operações internas, e realização de tarefas em paralelo (tempo encoberto) durante o processo de substituição. No segundo caso de estudo foi desenvolvida uma nova metodologia de diagnóstico de avaria de máquina e eletro-árvore, uma vez que se considera uma falsa substituição de eletro-árvore, sempre que após a substituição desta, a máquina apresenta o mesmo problema. Deste trabalho conclui-se, que a causa que leva à maioria das substituições de eletro-árvores, está relacionada com valores fora do especificado ao nível das características geométricas e de estado de superfície tais como; furos ovalizados, superfície vibrada na rosca do filtro de óleo do cárter intermédio, e marcas na superfície do “set”hidráulico da bomba de óleo de caudal variável Hxx. Assim, é proposta uma nova ordem de ações de diagnóstico do centro de maquinagem, específicas a cada tipo de componente maquinado e defeito qualidade, composto por dezassete verificações de órgãos da máquina, ferramentas de corte e dispositivo de aperto peça, propondo um diagnóstico padronizado ao nível estático e dinâmico.
keywords Spindle, Grob, weiss, smed, lean
abstract The present work is result of a internship in the company Renault CACIA SA, with the theme:” Optimization of the spindles substitution process in machining centers”. In a first phase of this report a brief description is made of the spindles characteristics and applications. In addition, it presents the main maintenance strategies applied to these components in the company Renault CACIA SA, even as the indicated by the spindles manufacturer, GROB Werke. The Lean methodology was also addressed in the preparatory phase with emphasis on the tool SMED- “Single Minute Exchange of Die”. Following these preparatory phases, two case studies were developed, the first focusing on reducing the spindle replacement time, and the second case study focused on improving the process of machine breakdown diagnosis, which leads to the real need to replace the spindle, avoiding unnecessary changes. The first case study led to the elaboration of a set of improvement actions that allowed a 45% reduction in spindle replacement time, they went through a elimination and optimization of internal operations, and performing tasks in parallel (off-stage time) during the replacement process. In the second case study, a new methodology was developed to diagnose machine and spindle failure, since it is considered a false exchange of spindle, whenever after her replacement, a machine has the same problem. From this work we conclude, that the causes that leads to most substitutions of spindles, is related to values outside the specified in therms of geometric features, and surface state such as; oval holes, vibrated surface on the oil filter thread of the intermediate crankcase, and surface marks on the “set” of variable-flow oil pump Hxx. Thereby, a new order of diagnostic actions is proposed, specific to each type of machined component and quality defect, composed for seventeen machine parts checks, cutting tools check and clamping device part checks, proposing a standard diagnosis at the static and dynamic level.
Conteúdo
1.Introdução 1
1.1 Enquadramento 1
1.2 Objetivos 1
1.3Estrutura do relatório 1
2.Análise funcional de eletro-árvores 3
2.1. Introdução 3
2.2. Eletro-árvore WEISS 8
3. Manutenção preventiva e curativa de eletro-árvores 11
3.1 Introdução 11
3.2 Manutenção preventiva 11
3.3 Manutenção corretiva 13
4. “Lean Manufacturing” aplicado à substituição rápida de eletro-árvores 17
4.1 Lean 17
4.2 SMED-Single Minute Exchange of Die 19
5. Casos de estudo 23
5.1. Introdução 23
5.2. Impacto das 3 ações implementadas em 2016 26
5.3. Análise do centro de maquinagem GROB BZ 40 CS/400 29
5.4. Caso estudo 1: Redução do tempo de substituição de eletro-árvore 30
5.4.1. Aplicação da metodologia SMED ao caso de estudo 1 30
5.4.2 Lista de operações do processo de substituição de eletro-árvore 32
5.4.3 Conversão de setup interno em externo 34
5.4.4 Otimização de setup internos 38
5.4.4.1 Realizar operações internas em paralelo 43
5.4.5 Impacto da conversão dos setup internos em externos 44
5.4.6 Impacto da metodologia SMED no processo de substituição 44
5.5 Caso de estudo 2: Otimização do diagnóstico máquina 46
5.5.1 Análise do histórico de problemas de qualidade 50
5.5.2 Análise dinâmica 54
5.5.2.1 Análise dinâmica da maquinagem da BOCV Hxx 54
5.5.2.2 Análise dinâmica da maquinagem do cárter intermédio 56
5.6 Verificações 58
5.7 Diagnóstico 63
5.7.2 Diagnóstico para problemas de qualidade na rosca do filtro de óleo do cárter intermédio 64
5.7.3 Diagnóstico para problemas de qualidade nos furos, CI 64
5.7.4 Diagnóstico para problemas de qualidade nas faces do cárter intermédio 64
5.7.5 Diagnóstico das máquinas da UET BOCV 67
5.8 Indicadores de ações de melhoria 68
6. Conclusões e trabalhos futuros 71
6.1 Conclusões 71
6.2 Trabalhos futuros 73
7. Referências 75
Anexos 76
Anexos 1 - Lista de equipamentos necessário p/ substituição de eletro-árvore 76
Anexos 2 - Anexos-Máquina GROB – Órgãos mecânicos 79
1
1. Introdução
1.1. Enquadramento
O presente relatório de estágio curricular trata o tema da otimização do processo de substituição de eletro-árvores em centros de maquinagem, realizado na Renault CACIA SA no atelier do progresso contínuo do departamento de componentes de motor. Os centros de maquinagem alvo de análise no âmbito do estágio curricular foram os do fabricante GROB Werke, totalizando 21 máquinas que se encontram repartidas por duas Unidades Elementar de Trabalho – UET’s, uma delas alocada à maquinagem dos corpos e tampas das bombas de óleo de caudal variável - BOCV, da tipologia Hxx, R9M, M9T e outra UET alocada à maquinagem do cárter intermédio - CI. As principais dificuldades destas duas UET’s no âmbito destes equipamentos estão relacionadas por um lado com o elevado tempo necessário à substituição das eletro-árvores, assim como à dificuldade de realização de um diagnóstico assertivo quanto à real necessidade da sua substituição, ou seja, evitar que após uma substituição da eletro-árvore a máquina apresente o mesmo problema que conduziu à substituição da mesma, evitando as falsas necessidades de substituição. Procurou-se aplicar neste trabalho a metodologia SMED-“Single Minute Exchange of Die” à substituição de eletro-árvores e a padronização do diagnóstico avaria máquina, tendo sido durante o período de estágio acompanhadas e monitorizadas a substituição de duas eletro-árvores.
1.2 Objetivos
O objetivo deste relatório é otimizar o processo de substituição de eletro-árvores, o que engloba o diagnóstico da avaria máquina, e a substituição da eletro-árvore, isto é, a remoção e instalação da eletro-árvore na máquina propriamente dita. Diminuindo assim o tempo de paragem máquina devido a problemas com a eletro-árvore, bem como diminuindo o número de falsas substituições de eletro-árvores, e em última análise o próprio consumo de eletro-árvores, sendo o trabalho dividido em 2 casos de estudo:
1. Redução do tempo de substituição da eletro-árvore. 2. Otimização do diagnóstico avaria máquina.
1.3. Estrutura do relatório
O presente relatório está estruturado em 6 capítulos, sendo esta introdução o capítulo 1. No capítulo 2 faz-se uma breve explicação do que são eletro-árvores, as suas principais caraterísticas, bem como os principais componentes e aplicações. No capítulo 3 analisa-se a manutenção preventiva e corretiva nas eletro-árvores na Renault CACIA SA, e o que é aconselhado pelo fabricante GROB. No capítulo 4 faz-se uma introdução à metodologia “Lean Manufacturing”, explicando as principais ferramentas com ênfase na metodologia SMED,” Single Minute Exchange of Die”. No capítulo 5 são abordados os dois casos de estudo desenvolvidos no âmbito dos objetivos descritos para este estágio. No capítulo 6 são descritas as principais conclusões e trabalhos futuros.
3
2. Análise funcional de eletro-árvores
2.1 Introdução
A eletro-árvore, eletro-broche, spindle ou apenas árvore é um componente elétrico e mecânico responsável pelo acoplamento entre o chassi do centro de maquinagem, o motor responsável pela rotação da ferramenta e o porta-ferramentas, que por sua vez se acopla à ferramenta de corte e maquina a peça. É o componente primário da cadeia cinemática pelo qual se dissipam as forças de corte geradas na maquinagem, e determinante na qualidade de maquinagem, e por isso sofre bastante desgaste. Entre os principais componentes que constituem uma eletro-árvore estão o motor elétrico, encoder responsável pela posição angular da eletro-árvore, o tirante, o veio da árvore, o cilindro hidráulico, as molas de compressão, o sistema acoplamento com o porta-ferramentas, o sistema de refrigeração do motor, o sistema de óleo de corte externo e interno, a unidade da junta rotativa, os rolamentos e vedantes. Todos os centros de maquinagem tem uma eletro-árvore, e existem muitos tipos de eletro-árvores diferentes.
Existem diversos tipos de eletro-árvores disponíveis no mercado para as mais variadas aplicações, os principais parâmetros a ter em conta para caraterizar e escolher uma eletro-árvore para uma determinada aplicação, é a potência que resulta da combinação do binário máximo permitido e a velocidade angular máxima expressa normalmente em rotações por minuto - rpm. Por exemplo, na maquinagem de estruturas em alumínio na indústria aeroespacial, são usadas potências e velocidade altas, permitindo taxas de remoção de material de 10 litros por minuto enquanto que no ramo da eletrónica se privilegiam potências baixas e velocidade altas, podendo chegar às 300 000 rpm. [1]
Na figura seguinte é possível ver alguns dos diferentes tipos de eletro-árvores existentes de acordo com a sua aplicação, variando as suas caraterísticas conforme o tipo de máquina para que são destinadas:
A evolução das eletro-árvores passa pela evolução do sistema de acionamento, variação de velocidade e rolamentos.
Começando pelo acionamento da eletro-árvore, que inicialmente era feito por correias ou engrenagens, a chamada “indiret driven spindle”. Neste tipo de acionamento existem duas unidades separadas uma responsável pelo acoplamento ao porta-ferramentas e outra com o motor elétrico, pelo meio das duas existe uma transmissão de potência mecânica, passando a integrar-se o motor elétrico no próprio corpo da eletro-árvore em apenas uma unidade criou se a eletro-árvore motorizada, ”motor spindle” ou eletro-árvore de acionamento direto que já não necessita de elementos de transmissão de potência mecânica.
Figura 1-tipos de eletro-árvores acionamento direto, adaptado de [12] Retificadora Retificadora Fresadora
4
Atualmente no mercado existem as duas ofertas de acionamento de árvores, as eletro-árvores de acionamento indireto ou convencionais e as eletro-eletro-árvores motorizadas, sendo que a grande maioria dos centros de maquinagem estão equipadas com árvores motorizadas. [1].
Os motores elétricos usados podem ser síncronos ou assíncronos, ambas as configurações permitem alta precisão, rigidez e velocidades de rotação elevadas, mas são aplicados em operações distintas sendo preferível o uso de motores assíncronos para operações de retificação, e motores síncronos em operações de fresagem. Nota que existem eletro-árvores de acionamento direto com caixa de velocidades integrada, permitindo binários superiores para maquinagem de ligas metálicas difíceis de maquinar como por exemplo ligas contendo titânio.
A refrigeração do motor elétrico é feita com líquido refrigerante ou ventilação forçada dependendo do modelo, sendo o motor elétrico devido a perdas elétricas e magnéticas, juntamente com os rolamentos, os principais geradores de calor no interior da eletro-árvore motorizada, este aquecimento leva a uma distorção da árvore e do deslocamento do ponto central da ferramenta, sendo por isso a temperatura da eletro-árvore um fator crítico para a qualidade do maquinado. Os fabricantes usam normalmente duas abordagens para evitar o deslocamento do ponto central da ferramenta, o uso de materiais com baixo coeficiente de dilatação e a compensação eletrónica em tempo real. [2]
As principais vantagens das eletro-árvores motorizadas em relação às eletro-árvores convencionais são um melhor acabamento superficial das peças maquinadas, alta capacidade de aceleração, alta rigidez devido ao design compacto, maiores velocidades de corte e alta eficiência [3]. Além das duas soluções anteriores de acionamento direto ou indireto existem as eletro-árvores híbridas ou “hybrid spindle”, figura 2, dando resposta a construtores de centros de maquinagem que tendo projetado os seus modelos para trabalhar com eletro-árvore de acionamento indireto, conseguem adaptar e usar eletro-árvores hibridas de forma a conseguir melhor precisão, maiores velocidades de corte e potências mais altas. Tornando a máquina mais competitiva e baixando por exemplo o tempo de ciclo de maquinagem de uma determinada operação, que facilmente se converte em dezenas de milhares de euros ao fim de um ano, havendo soluções para centros de maquinagem verticais e horizontais, por exemplo a série 100 e 132 da Siemens, com e sem junta rotativa/arrefecimento interno da ferramenta respetivamente.
5
Em resumo, eletro-árvore híbridas são eletro-árvores de acionamento direto mais compactas que são montadas em máquinas projetadas para eletro-árvores de acionamento indireto, não tendo a mesma performance que as eletro-árvores de acionamento direto oferecem melhor desempenho que as convencionais. Por exemplo no caso da oferta do fabricante Siemens existe um modelo que permite atingir as 24 000 rpm e 11 kW, enquanto que o mesmo fabricante disponibiliza a série “S” de eletro-árvores motorizadas que podem atingir as 80 000 rpm e 30 kW.
As eletro-árvores definem o tipo de arrefecimento da ferramenta de corte, existem modelos com junta rotativa que permitem realizar o arrefecimento interno da ferramenta. Na figura seguinte é possível ver o tirante de união “DEUBLIN” onde será conectada a junta rotativa na parte de trás da eletro-árvore WEISS 17473.
Em termos de monitorização, hoje em dia a grande maioria das eletro-árvore estão já equipadas com sensores para medir a temperatura interna do motor, enquanto que os rolamentos em aplicações industriais são pouco frequentemente monitorizados [4]. Sendo que uma das áreas em atual desenvolvimento é a da manutenção preditiva, através da monitorização de parâmetros da eletro-árvore em tempo real, uma vez que determinar o tempo de vida útil e prever avaria da eletro-árvore se tornou importante [1]. A análise vibracional com recurso a acelerómetros é uma opção que permite fazer uma análise do estado dos rolamentos, existindo sensores que permitem fazer uma leitura das acelerações nas três direções espaciais em simultâneo, como por exemplo o “FALCON ONEPROD”. Sendo que o maior problema de fazer uma análise vibracional numa árvore montada, é a impossibilidade de posicionar os sensores em zonas próximas dos rolamentos da eletro-árvore e as vibrações provenientes de máquinas circundantes no chão de fábrica
Tirante de união DEUBLIN
6
Na figura 4 é possível ver alguns dos principais componentes de uma eletro-árvore de acionamento direto genérica com junta rotativa e interface HSK com o porta-ferramentas.
O segundo ponto importante na evolução das eletro-árvores está relacionado com a variação da velocidade do motor elétrico, inicialmente fazia-se mecanicamente através da relação de transmissão de engrenagens ou polias quando a transmissão se realizava por correia. Com a evolução tecnológica passou a fazer-se eletronicamente com sistemas inverter que através da alteração da frequência de alimentação do motor variam a velocidade de rotação do mesmo. O tipo de acionamento direto e indireto, correias ou engrenagens, está representado na figura seguinte.
O terceiro aspeto da evolução das eletro-árvores são os rolamentos, a configuração típica é de 2 grupos de rolamentos localizados nas extremidades da eletro-árvore permitindo a rotação do veio da árvore, sendo o tipo de arranjo dos rolamentos importante no comportamento da eletro-árvore devido à expansão térmica. Normalmente são usados rolamentos de esferas de contacto angular uma vez que absorvem esforços razoáveis na direção radial e axial e apresentam baixa fricção dos elementos rolantes, isto é, geram menos calor podendo atingir rotações mais altas, estes rolamentos são montados com pré-carga de forma a obter alta rigidez e a precisão requerida. [1]
Figura 5 - Acionamento de eletro-árvore, [12]
7
Tendo os rolamentos grande influência na vida útil das eletro-árvores a evolução tecnológica dos mesmos teve forte representação na fiabilidade e longevidade das eletro-árvores, sendo que há diversos tipos de rolamentos para diferentes aplicações de acordo com as condições dinâmicas em trabalho, entre os principais tipos de rolamentos usados estão [1]: 1. Rolamentos de esferas/Híbridos 2. Rolamentos de rolos/agulhas 3. Rolamentos eletromagnéticos 4. Rolamentos aerostáticos 5. Rolamentos hidrostáticos 6. Rolamentos hidrodinâmicos
O acoplamento entre o porta-ferramentas e bucha da eletro-árvore influência diretamente a qualidade de maquinagem, existindo vários tipos de interface de acoplamento de eletro-árvore com o porta-ferramentas, sendo esta escolhida tendo em conta a aplicação. Os porta-ferramentas estão divididos em 2 grupos: o tipo convencional ou também denominado de “steep-taper”, de que fazem parte os porta-ferramentas R8, Brown & sharpe, morse taper, Jarno taper, Jacobs taper, CAT e BT. A outra tipologia de porta-ferramentas é chamada de, “Hollow shank tooling”- HSK. O sistema HSK oferece maior rigidez e precisão permitindo velocidade mais alta de maquinagem, sendo este tipo de acoplamento usual em centros de maquinagem de alta velocidade [1].Dentro dos porta-ferramentas HSK, existem 6 tipos diferentes de acordo com a norma DIN 69863 que são: HSK-A e HSK-B ,para troca automática de ferramenta, HSK-C e HSK-D aplicados em máquinas com troca manual de ferramenta, e porta-ferramentas do tipo HSK-E e HSK-F destinados a maquinagem a alta velocidade [5].A origem do sistema de acoplamento HSK remonta à Alemanha sendo a principal caraterística deste sistema a dupla face de contacto com se pode observar na figura 6 - B, numeradas de face 1 e face 2, além disso o comprimento da face de contacto 1 é significativamente mais curta no sistema HSK que no sistema convencional, como se pode concluir comparando a face 1 da parte A e B da figura abaixo. [6]
Figura 6 - Tipo de acoplamento convencional, A, tipo acoplamento HSK, B, [21]
8 2.2 Eletro-árvore WEISS 174731
A eletro-árvore usada nas GROB BZ 40/400 é uma WEISS modelo 174 731, figura 7, com acoplamento HSK A63, figura 8, com uma velocidade máxima de 15 000 rpm e uma potência de 32 kW com possibilidade de refrigeração interna. O pormenor da vista em corte da figura 8 permite identificar o jogo de rolamentos da frente da eletro-árvore bem como o tirante responsável pelo aperto do porta-ferramentas. Este modelo tem no seu interior 7 rolamentos de contacto angular, divididos em 4 agrupamentos, estes rolamentos são lubricados com massa apenas quando são montados no corpo da árvore, não precisando de manutenção. Para uma otimização da vida dos rolamentos da eletro-árvore fazem-se ciclos de aquecimento após uma paragem máquina, de forma a que a lubrificação dos rolamentos seja feita e a expansão térmica controlada [7]. O arranjo dos rolamentos pode ser visto na figura 12.
Para o aperto de ferramenta existe um kit de aperto da fima OTT-Jakob.O respetivo aperto é realizado por meio de um jogo de molas de disco integrado no eixo da eletro-árvore. A ferramenta é solta por meio de um sistema de um êmbolo hidráulico na caixa eletro-árvore o qual, ao ser activado, vence a tensão prévia do jogo de 26 molas de disco e empurra para fora do eixo a barra de tração juntamente com a ferramenta.
A força de desconexão atua primeiro sobre o conjunto das chumaceiras dianteiras, passando depois, antes que a carga possa provocar danos das chumaceiras, a fazer sentir-se sobre a caixa. [7]
Figura 8-Acoplamento HSK eletro-árvore WEISS + porta-ferramenta, [7] Figura 7- Eletro-árvore WEISS 147731, [16]
9
Tampa de choque Estator motor elétrico
Tirante aperto/desaperto porta-ferramentas Alojamento rolamento/manga
Molas de compressão to
Figura 10 – Principais componentes do veiroda eletro-árvore WEISS
Flange/alojamento frente árvore
Conjunto de acoplamento OTT-JACOB Centrador porta-ferramentas
11
3. Manutenção preventiva e curativa de eletro-árvores
3.1 Introdução
O presente capítulo aborda a manutenção preventiva e corretiva realizada na eletro-árvore pela equipa de manutenção da Renault CACIA SA, e compara-a com a manutenção aconselhada pelo fabricante do centro de maquinagem, GROB.
3.2 Manutenção preventiva
A manutenção preventiva faz-se normalmente durante 4 horas em cada UET durante as quais as máquinas se encontram paradas. O plano de manutenção preventiva - PMP, faz 8 verificações em elementos diretamente relacionados com a eletro-árvore que se encontram listados na tabela seguinte que vão de encontro com o que o fabricante GROB aconselha.
Tabela 1 - Plano manutenção preventiva da Renault CACIA
Elemento Ação por efetuar [min] TP [dias] P Ref.fig.12 Valores limites Ferramenta Aperto
ferramenta
Medir e registar
força de aperto 5 28 - > 10 kN “Power check” Veio Verificar e registar
excentricidade 5 28 E <30 µm Comparador + mesa magnética Circuito refrigerante Verificar se existe entupimento das saídas óleo corte
5 84 - - - Bucha Verificar estado conservação e geometria axial e radial 15 180 B; A < 20 µm Comparador +mesa magnética Grupo de frio Preparar revisão
geral 5 360 - - - Junta rotativa Verificar folga, prisão e fugas 10 84 5 - - Lubrificação Verificar gotejamento (2/3gotas/min.) 3 28 - 2/3 minuto - Pinça Verificar desgaste 5 84 - - - Verificar e registar
cota pinça 2 28 1 10,5±0,1 mm Batímetro
TP=Tempo previsto (minutos); P=Periodicidade(dias)
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Além do exposto anteriormente é ainda aconselhado pelo fabricante em termos preventivos realizar as ações da tabela 2, no sistema de fixação HSK instalado na frente da eletro-árvore, figura 13.
Tabela 2 - Manutenção preventiva aconselhada pela GROB, [7].
Referência Denominação Intervalo [horas]
4 Junta tórica 24
5 Chanfro deslize 24
6.1 Contra parafuso (válvula) Após 100 torções depois da mudança do dispositivo de fixação
As verificações 4 e 5 da tabela 2, não estão previstas no plano de manutenção preventiva apesar da deterioração da junta tórica no sistema de acoplamento dar origem ao penetramento do tubo arrefecedor da pinça no tirante e o danificar, [8].A figura seguinte mostra a junta tórica de cor azul bem como o chanfro deslizante em tons de bronze.
Figura 12-Desenho conjunto de eletro-árvore WEISS, [8]
Figura 14 - acoplamento OTT-JACOB, [16]
Figura 13 – Sistema acoplamento da frente da eletro-árvore WEISS, [8]
13 3.3 Manutenção corretiva
Em termos de ações corretivas ou de reparação das eletro-árvores, na Renault CACIA SA são realizadas apenas duas, a correção da excentricidade da árvore com recurso à correção dos castelos de encosto da bucha com o porta-ferramentas, figura 15, e a correção da cota de pinça com ajuste do tirante, figura 16.
Além das 2 correções acima indicadas, fazem-se verificações ao nível da eletro-árvore deforma a diagnosticar o estado da mesma, começando pelo que o fabricante dos centros de maquinagem GROB, aconselha fazer ao nível do diagnóstico das eletro-árvores. Apresentam-se na tabela seguinte a listagem de verificações a realizar com a eletro-árvore montada no centro de maquinagem.
Tabela 3 - Verificações da eletro-árvore aconselhadas pelo fabricante GROB, [7] Teste à eletro-árvore montada
Elemento Verificação Ferramenta Valor limite
Bucha Superfície s/ riscos e limpas Visual -
Tubo arrefecedor da
pinça Estado Visual -
O ring fixação
ferramenta Estado Visual -
Sopragem cone Pressão Manómetro 4,5-6 [bar]
Rolamentos Vibrações/Ruido Visual -
Bucha Excentricidade radial Alavanca apalpadora 2 [µm]
Bucha Geometria axial Comparador 2 [µm]
Veio Excentricidade radial Comparador
Padrão
3[µm] 12[µm]
Ferramenta Força de aperto Powecheck 10 [kN]
Ferramenta
Dimensão do tirante de união em posição de ejeção relativamente à frente árvore
Batímetro 10,5±0,1 [mm]
Ferramenta Ferramentas calibradas CGO CGO
Motor Verificar fase do motor - -
Nariz árvore
Escoamento líquido refrigerante pelo orifício da sopragem ar
Visual -
Figura 16- Medição cota pinça com batímetro, [21] Figura 15- Castelos de encosto a vermelho (frente
14
A excentricidade da eletro-árvore mede-se com um padrão do fabricante GROB de 300 mm de comprimento em duas posições deste padrão, a 50 e a 250 mm do seu comprimento a contar da frente da árvore, com um comparador e uma mesa magnética fixa numa das paletes, como se encontra ilustrado na figura 17-[A].
A geometria axial da eletro-árvore mede-se com um comparador com a mesa magnética apoiada na palete como ilustrado na figura 17-[B], rodando a eletro-árvore à mão e observando o valor medido no comparador.
A excentricidade da bucha da eletro-árvore mede-se com um apalpador com a mesa magnética fixa na flange da frente da eletro-árvore como ilustrado na figura 17-[C].
Além da análise realizada com a eletro-árvore montada no centro de maquinagem, esta pode ser complementada, com uma análise após a desmontagem da eletro-árvore do centro de maquinagem sendo as verificações recomendadas pelo fabricante GROB as apresentas na tabela 4.
Tabela 4- Verificações eletro-árvore GROB, após remoção da máquina, [7] Teste à eletro-árvore fora máquina
Elemento Verificação Ferramenta Valor
limite
Ref. na Figura
12 Tirante de união
DEUBLIN Excentricidade radial Comparador 10 [µm] D
Tirante de união
DEUBLIN Geometria axial Comparador 10 [µm] C
Conetor do motor Verificar fases do conetor - - -
Rolamentos Medição da vibração c/ fuso
suspenso Acelerómetro 4
Figura 17-Excentricidade árvore a 50 e a 250 mm, A, geometria axial da eletro-árvore, B, excentricidade bucha, C, [7]
[A]
[B]
15
Note-se que o tirante de união “DEUBLIN” fica na parte de trás da eletro-árvore não sendo acessível com a árvore montada na máquina, a medição da sua excentricidade é feita após a remoção da eletro-árvore da máquina, este tirante acopla-se à junta rotativa que garante o óleo de corte de arrefecimento interno da ferramenta.
As verificações realizadas no âmbito corretivo pela equipa de manutenção do atelier 3 e 4 apresentam-se na tabela seguinte apesar de diferentes das aconselhadas pelo fabricante, apresentadas anteriormente, realizam-se apenas verificações com a eletro-árvore montada no centro de maquinagem GROB. A metodologia de verificação da excentricidade da eletro-árvore é diferente da aconselhada pelo fabricante, sendo medida com um padrão de 300 mm, se 4 medições com 4 apertos de ferramentas espaçados de 90 graus entre si, fazendo-se a média das 4 medições não devendo o valor fazendo-ser superior a 15 µm. Além da excentricidade da eletro-árvore a medição da sua folga plástica e elástica, tem como principal objetivo avaliar o estado dos rolamentos da eletro-árvore, não tendo esta verificação sido encontrada nas indicações do fabricante GROB.
Tabela 5 - Verificações diagnóstico da eletro-árvore na Renault CACIA SA
A reparação das eletro-árvores é feita fora da Renault CACIA SA, ficando a cargo de empresa WEISS Spindeltechnologie GmbH, fabricante das eletro-árvores e subsidiária da Siemens, esta realiza uma inspeção mecânica e elétrica, seguindo-se a desmontagem total da eletro-árvore, avaliação do estado dos componentes com registo fotográfico e por fim a montagem e a realização de uma análise dinâmica, figura 18, num banco de ensaios onde são monitorizadas temperaturas, vibrações e estado dos rolamentos antes de a eletro-árvore ser expedida para o cliente. [3]
Elemento Verificação Ferramenta Valor limite Ref.
Figura 12 Veio árvore Excentricidade radial c/ 4 apertos do padrão (0º,90º,180º,270º) Padrão de 300 µm Comparador 𝑋̅ =15 [µm] E
Ferramenta Força de aperto Powercheck 10 [kN] -
Rolamentos Vibrações/ruido rodando a
árvore à mão Visual/Tato - -
Árvore Folga plástica Comparador 5 [µm] -
Folga elástica 5 [µm] -
17
4. “Lean Manufacturing” aplicado à substituição rápida de eletro-árvores
4.1 Lean
Lean Thinking, Lean Manufacturing, Lean Production ou apenas Lean, é uma metodologia de processo de gestão que tem origem no Toyota Production System - TPS. A representação gráfica da casa do TPS pode fazer-se através da figura abaixo.
A Toyota motor corporation foi fundada em 1937 com o objetivo de produzir carros, apesar de ter sido obrigada pelo governo a produzir veículos pesados para o exército Japonês com método de produção artesanal durante a 2ª guerra mundial. Com o fim do conflito, a economia destruída do Japão, e o seu pequeno e diversificado mercado, juntamente com as muitas restrições em termos de exportações e importações de tecnologia e matéria-prima, devido às fortes sanções internacionais, obrigou a Toyota a mudar a forma como se faziam carros e a desenvolver o sistema de produção Toyota que mais tarde daria origem à metodologia Lean. [9].
O sistema de produção Lean é uma evolução do modelo de produção, que resulta de uma composição dos 2 modelos de produção usados pela humanidade para produzir bens, primeiramente no século 19 a produção artesanal de bens liderada por países europeus. Este tipo de produção exigia trabalhadores altamente especializados, ferramentas simples e flexíveis, e uma produção unitária/lotes pequenos, o que resulta em preços e tempos de produção elevados, pelo que no início do século 20 a alternativa vinda dos Estados Unidos da América, chamada produção em massa, com a Ford e a General Motors a liderarem este movimento. A produção em massa procurava padronizar e uniformizar produtos, produzindo-os em larga escala com ferramentas muito especializadas, e com trabalhadores menos qualificados, reduzindo desta forma o preço dos produtos, bem como o seu tempo de produção. O Lean combina as vantagens dos dois sistemas, a produção artesanal e a produção em massa, evitando os custos elevados do primeiro e a inflexibilidade do segundo.
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O termo Lean, batizado por John Krafcik, tem este nome por usar metade dos recursos da produção em massa. Segundo a metodologia Lean não é aceitável produzir defeitos, focando o objetivo na produção perfeita, que na prática não existe e, portanto, cria uma necessidade de melhoria contínua do sistema de produção, procurando reduzir custos, defeitos, inventário e aumentar a diversidade de produtos. [9]
A produção harmoniosa vai contra a filosofia da produção em massa que normalmente lida com variações grandes do número de produtos e diversidade de produção, o que obriga a um stock elevado permanente. Por outro lado, a abordagem Lean evita as oscilações de produção, contribuindo para uma situação mais estável para os fornecedores de peças, com uma produção uniforme ao longo do tempo, diminuindo o custo de amortização de equipamento e força de trabalho, por estes conseguirem planear melhor a sua atividade, e serem mais eficiente no uso dos seus recursos resultando num custo de produção inferior. [10]
A eliminação de defeitos que move o sistema de produção Toyota, e leva ao aparecimento do sistema Lean, usa como principal ferramenta o conceito de “Jidoka”, um dos pilares da casa TPS. A palavra “Jidoka” significa automação com controlo de defeitos, chamado também de “automação com mente humana”, impedindo que os defeitos passem de posto para posto de trabalho, quando o defeito ocorre a linha simplesmente suspende a produção e são investigadas as causas do defeito. Um exemplo do conceito “Jidoka” em ação foi a melhoria feita nas máquinas de teares da Toyota, criando-se um sistema mecânico que no caso de um fio se partir durante a fabricação do tecido a máquina parasse automaticamente, diminuindo os dispendiosos defeitos além da diminuição da força de trabalho necessária para detetar esses mesmos erros e parar os teares assim que estes ocorressem. [9]
A eliminação de defeitos leva ao aparecimento de mais uma ferramenta Lean com origem no TPS, chamada de “5S” ou “Kaizen”, com o objetivo de eliminar tudo o que seja desnecessário do posto de trabalho tornando-o mais limpo e funcional, quer este seja na linha de produção quer seja no escritório. Eliminando inventário desnecessário, ferramentas, equipamentos, mesas, etc. O 5S é um grupo de 5 palavras japonesas todas elas começadas pela letra “S”: “Seiri”, “Seiton”,” Seiso”, “Seiketsu” e “Shitsuke”. O significado de cada palavra é respetivamente: Separar as coisas desnecessárias das necessárias e remover as desnecessárias do posto de trabalho. A segundo palavra significa arranjar uma forma apelativa e organizada de arrumar os itens considerados necessários. A terceira palavra significa controlar diariamente o estado dos “5S” uma vez que manter o local de trabalho limpo 24 horas por dia durante todo o ano, pode evitar avarias nas máquinas por limalha ou sujidade. A quarta palavra “Seiketsu”, significa manter o cumprimento das 3 palavras anteriores, por fim “Shitsuke” refere-se a motivar os trabalhadores a cumprir e melhorar os “5S” ouvindo as suas sugestões para melhorar o estado de organização do posto de trabalho. [10].
19 4.2 SMED-Single Minute Exchange of Die
SMED é um acrónimo para “Single Minute Exchage of Die”, sendo que a sua origem remonta ao Japão da segunda metade do século 20. O seu criador Shigeo Shingo um consultor nipónico demorou 19 anos a criar esta metodologia que faz parte da caixa de ferramentas Lean. Trabalhando como consultor para empresas como a Mazda, Mitsubishi e a Toyota motor corporation, realizou variados casos de estudo na redução do tempo de troca de ferramentas sobretudo em prensas como o próprio nome da metodologia indica “Die”, sendo o culminar da metodologia SMED o feito impressionante da redução do tempo de setup de uma prensa de 1000 toneladas de 4 horas para apenas 3 minutos, numa fábrica da Toyota Motor Corporation em 1969, tendo a Toyota implementado esta metodologia mais tarde em todas as suas fábricas e continuado a melhorá-la como uma das ferramentas do sistema de produção Toyota ou Toyota Production System - TPS. [11].
O sistema de produção Toyota chama-lhe “single setup” e significa que o tempo do setup de mudança do produto A para o produto B numa prensa por exemplo tem no máximo um dígito de minutos, ou seja, 9 minutos e 59 segundos. Tendo a Toyota ido mais longe e desenvolvido nas suas fábricas, o setup de menos de 1 minuto batizado de “one-touch setup”, sendo esta metodologia aplicada sobretudo em prensas, é construída com base em 4 conceitos principais a compreender para a sua aplicação que são: Separação entre setup interno e setup externo, isto é, operações que são realizadas com a máquina parada obrigatoriamente são chamadas de setup interno, enquanto que todas as ações que não obrigam a que a máquina esteja parada, para a sua correta execução, são classificadas de setup externo, o segundo conceito é a conversão do maior número de setup internos em setup externos reduzindo-se desta forma o tempo de paragem máquina. O terceiro conceito é a eliminação dos processos de ajustes, reduzindo o tempo de operações internas à custa de melhorias nas máquinas e por último eliminar o próprio setup, ou seja, deixar de realizar a operação conseguido à custa de produtos mais uniformes, ou produção de vários produtos na mesma máquina ao mesmo tempo, o chamado “zero setup”. Segundo Yasuhiro Monden em “Toyota Production Systems” o “single setup” não deve ser considerado uma técnica, mas sim um conceito que requere uma mudança de atitude das pessoas na fábrica.
Antes do aparecimento do sistema SMED o problema da alta diversidade, e baixo volume de produção de um determinado tipo de produto era resolvido muitas vezes com as empresas a produzirem apenas um tipo de produto, e depois a tentarem estimular o seu consumo. Visto que produzir muitos tipos de produtos diferentes requer muitas mudanças de setup máquina, o que inevitavelmente leva a custos elevados de produção. Os gestores viam a produção em lotes grandes como uma forma mais rentável de produzir, e o excesso de inventário que esta forma de gestão origina como um mal necessário. Desta forma apesar de haver um aumento dos custos com o transporte e armazenamento desse mesmo inventário, diluía-se o efeito da mudança de setup máquina diminuindo o custo de produção até certo ponto, como se pode ver na figura seguinte: [11]
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A metodologia SMED quebra o princípio de que os setup máquina eram demorados e dispendiosos, quebrando a linha de pensamento dos lotes grandes como forma mais rentável de produzir bens, abrindo a era da diversidade de produção, e produção de pequenos lotes. [11]
As reduções drásticas no tempo de setup máquina originadas pelo sistema SMED, são a resposta à filosofia do sistema de produção Toyota, que tem como principal objetivo aumentar os lucros, reduzindo os custos de produção implementado o conceito de produção, ”Just-in-time” – JIT, reduzindo ao mínimo os stocks e trabalhando com lotes pequenos e diversificados, adaptando a força de trabalho à procura do mercado e à velocidade do consumo produzindo os produtos corretos, na quantidade correta e no tempo necessário.
A implementação do JIT no chão de fábrica conseguiu-se usando o sistema Kanban numa produção do tipo “pull”. O sistema Kanban faz fluir informação precisa e correta do que deve ser produzido em cada etapa do processo de fabrico através de cartões com informação, são usados maioritariamente 2 tipos de cartões Kanban, um tipo que dá ordens à etapa de fabrico anterior com as quantidades dos produtos a serem produzidos por esse posto anterior, e o outro tipo de cartão Kanban serve para transmitir as quantidades e tipos de produtos que o processo seguinte deve retirar do processo anterior [10]
A metodologia SMED foi criada e aplicada na mudança de ferramentas de prensas de forma a minimizar os custos de trabalhar com lotes pequenos e, portanto, com um grande número de mudanças de ferramentas nas máquinas ou setup máquina, não sendo por isso integralmente aplicável ao caso de substituição de eletro-árvores visto que este processo se tratar de uma operação de manutenção não programada. Contudo as ideias que dão forma às 3 etapas principais do SMED podem ser adaptadas de forma a proceder à adaptação do mesmo à substituição de eletro-árvores. A primeira etapa do SMED, consiste na separação entre operações externas e internas sendo a etapa mais importante da implementação do SMED. A segunda etapa consiste na conversão do maior número de setup internos para setup externos, este passo normalmente representa uma redução entre 30%-50% no tempo de mudança de ferramentas em prensas. Na terceira etapa otimizam-se as operações externas como o transporte e armazenamento de moldes, e otimizam-se as operações internas através de implementação da realização de operações em paralelo, poupando movimentos desnecessários por parte dos operários. A otimização de operações internas também pode ser conseguida através do uso de sistemas de aperto rápido, ou encaixe rápido, fixação de objetos com apenas um movimento com o uso de molas, cunhas e pinos. A eliminação de ajustes e testes podem representar até 50% do tempo de uma mudança de ferramenta contribuindo fortemente para a otimização das operações internas [11]
21
A figura seguinte mostra os 4 passos da metodologia SMED segundo Shigeo Shingo
O marco zero da metodologia SMED refere-se à primeira análise no chão de fábrica criando-se uma lista de tarefas com os respetivos tempos de execução numa fase preliminar onde os setup externos e internos se realizam de forma combinada- O primeiro estágio refere-se à refere-separação clara do que são operações externas e internas. O refere-segundo estágio consiste na conversão de operações internas em externas. No estágio três, faz-se a otimização tanto das operações internas como externas procurando reduzir o tempo de execução de ambos os tipo de operações.
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5.Casos de estudo
5.1 Introdução
O processo de substituição de eletro-árvores é demorado e complexo, podendo chegar a durar 8 horas, além disso a reparação de eletro-árvore é dispendiosa ultrapassando uma dezena de milhares de euros. Sendo a diminuição dos custos de fabrico uma preocupação constante por parte do fabricante, a diminuição tanto do tempo de substituição das eletro-árvores, que corresponde a tempo de paragem máquina, como o melhoramento do diagnóstico de avaria máquina de forma a que a substituição da eletro-árvore seja feita na fase final da vida útil da mesma, refletem uma poupança económica que não deve ser desprezada. É nesta linha de pensamento que se inserem os dois casos de estudo que se apresentam neste capítulo 5.
Nesta fase introdutória, a primeira tarefa consistiu em escolher as máquinas piloto para o desenvolvimento dos dois casos de estudo, pelo que se fez um levantamento dos centros de maquinagem presentes no departamento de componentes de motor, tendo a escolha recaído nos centros de maquinagem GROB. Justifica se a sua escolha pela importância em termos do número total de substituições de eletro-árvores no atelier 3 e 4. O levantamento do número de substituições de eletro-árvores por marca de centro de maquinagem, apresenta-se na figura seguinte no intervalo de tempo de 2015 a 2017 através de gráficos circulares.
Com base nos 3 gráficos anteriores conclui-se que em 2015 e 2016, os centros de maquinagem GROB foram responsáveis por a esmagadora maioria das substituições de eletro-árvores, apesar de em 2017 haver uma considerável diminuição do peso de substituições de eletro-árvores nas GROB, estas continuam a ter forte expressão no número de substituições de eletro-árvores total uma vez que, conseguem ser responsáveis por quase metade de todas a substituições de eletro-árvores do atelier 3 e 4 em 2017.
Sendo as máquinas GROB as mais penalizantes no que a substituições de árvores diz respeito, o passo seguinte consistiu em analisar a evolução do consumo de eletro-árvore destas máquinas entre 2014 e 2018, esse consumo aparece representado no gráfico de barras da figura seguinte, tomando em linha de conta que o número de eletro-árvores substituídas nos centros de maquinagem GROB, e o número de eletro-árvores enviadas para reparação atualmente não serem iguais por razões que mais adiante se explicam
32 3
2016
9 132017
22 12015
GROB MORI;DMG;CHIRON;URANEFigura 22 - Gráficos circulares do número de eletro-árvore substituídas nos centros de maquinagem do atelier 3 e 4 em 2015, 2016 e 2017
24
O número de eletro-árvores substituídas até 2015 manteve se estável, mas com o aumento de produção tanto da BOCV como do cárter intermédio as substituições de eletro-árvores dispararam em 2016. As ações de melhoria implementadas em 2016 baixaram significativamente o número de eletro-árvores substituídas e reparadas registando-se menos de metade em 2017.Em 2018 tendo por base os registos até ao fim do mês de Abril e fazendo uma projeção recorrendo a um comportamento linear, levando em conta sete substituições de eletro-árvores, quatro das quais enviadas para reparação, prevê-se que sejam substituídas dezoito eletro-árvores, e enviadas para reparação dez, até ao fim de 2018, considerando dez meses úteis anuais.
Além do número de substituições muito elevado o tempo médio de vida das eletro-árvores entre trocas - TMVT, estava muito abaixo do estabelecido pelo fabricante que aponta para 300 dias ou 8000 horas de vida útil da eletro-árvore, como se mostra no gráfico da figura 24, estando numa situação insustentável com aproximadamente 200 dias em média de TMVT, estando o tempo de vida útil das eletro-árvores quase a metade do apontado pelo fabricante. 21 22 32 9 18 21 22 27 7 10 0 5 10 15 20 25 30 35 2014 2015 2016 2017 2018(Projeção) Substituidas Reparadas
Figura 23-Gráfico do consumo de eletro-árvore nos centros de maquinagem GROB entre 2014 e 2018
0 100 200 300 400 500 600 700 800 1 6 11 16 21 26 31 36 41 46 51 4 9 14 19 24 29 34 39 44 49 Dias Semana TMVT (2016-2017)
TMVT(GROB) TEMPO FABRICANTE(DIAS) Linear (TMVT(GROB))
25
Foram estudadas e implementadas ações com vista a corrigir o baixo valor de TMVT. As ações de correção começaram a ser implementadas na semana 40 de 2016, e foram três: A primeira ação consistiu numa correção do código G na maquinagem do set hidráulico da bomba de óleo de caudal variável - BOCV, figura 25. A segunda ação implementada foi a de que as eletro-árvores danificadas passassem a ser reparadas exclusivamente na WEISS, e a terceira ação foi a de enviar para reparação apenas as eletro-árvores que apresentem sinais claros de deterioração e a sua substituição resolva o problema da avaria máquina. O sucesso foi grande e na semana 30 de 2017 o TMVT já estava acima do tempo estabelecido pelo fabricante como se pode ver na figura 24.
A segunda ação implementada na semana 40 de 2016, criou um défice entre o número de eletro-árvores substituídas nas máquinas, e eletro-árvores enviadas para reparação, ou seja, até 2016 quando uma árvore era removida da máquina sem aparentar sinais de avaria e mesmo que o problema na máquina permanecesse, a árvore era enviada para reparação. Apenas esta ação permitiu poupar entre a data de implementação e fevereiro de 2018, 8 reparações de eletro-árvores na WEISS, equivalentes a uma poupança estimada de 100 000 € permitindo uma reposição de stock imediata uma vez que a eletro-árvore retirada segue para stock automaticamente.
Uma vez que existem duas UET com máquinas GROB torna-se interessante comparar o número de substituições entre as duas, uma vez que não existe o mesmo número de centros de maquinagem nas duas UET, dividiu-se o número de eletro-árvores substituídas em cada UET pelo número de centros de maquinagem presentes em cada UET, como se pode ver na figura 26.
Figura 25- Set hidráulico da BOCV
0 0,5 1 1,5 2 2,5 2015 2016 2017 2018 TROC A ARVORE POR MAQUIN A U ET ANO BOCV CI
26
Do gráfico anterior conclui-se que, tirando o ano de 2018, o rácio de substituições de eletro-árvores por número de máquinas GROB da UET são similares em ambas as UET não havendo razão para optar por uma das UET apesar do rácio de substituições de eletro-árvores na UET do cárter intermédio ser sempre superior ao da BOCV, quer isto dizer que é expetável que o consumo de eletro-árvores seja maior nos centros de maquinagem alocados à maquinagem do cárter intermédio.
5.2 Impacto das 3 ações implementadas em 2016
Uma vez explicadas as ações de melhoria de 2016, procedeu-se a um levantamento dos efeitos dessas mesmas ações, comparando os resultados do ano 2016 com o ano 2017. Esta comparação levou em conta o número de eletro-árvores substituídas, o tempo de paragem máquina global, o número de horas realizadas em manutenção corretiva total, as reparações desnecessárias evitadas, e a paragem máquina devido a substituição de eletro-árvore nas máquinas do cárter intermédio e da bomba de óleo de caudal variável - BOCV.
Eletro-árvores substituídas
Tempo de paragem máquina global
Horas realizadas em manutenção corretiva total
2016
2017
Figura 29 - Número de trabalhadores a tempo inteiro em manutenção corretiva em 2016 e 2017 nas GROB 32 9 23 0 10 20 30 40 Substituida 2016 Substituidas 2017 Redução Unidades
Figura 27- Gráfico de barras do número de eletro-árvores substituídas nas GROB entre 2016 e 2017
85
2850 2900 2950 3000 3050
2016 2017
Horas
27
Da figura 27, conclui-se que houve uma diminuição de 23 eletro-árvores substituídas em 2017 em relação ao ano de 2016. Na figura 28 mostra-se uma diminuição de 85 horas de paragem máquina devido a todas as ações corretivas com origem na eletro-árvore ou outras. A figura 29, mostra que as horas contabilizadas em manutenção corretiva nas GROB durante o ano de 2016 seriam equivalentes a ter dois homens a tempo inteiro alocados à manutenção destes centros de maquinagem, considerando um turno diário de 8 horas, existindo uma diminuição de meio homem em 2017.A figura 30 mostra uma diminuição de 348 horas de paragem máquina na UET do cárter intermédio em 2017 em relação a 2016, sendo esta tendência de diminuição do número de horas paragem máquina também sentida na UET da BOCV com uma diminuição de 128 horas, figura 31.Ao nível do número de eletro-árvores que deixaram de ser enviadas para reparação pelo problema máquina permanecer após a sua remoção, ou seja, falsa substituição de eletro-árvore, contabilizou-se uma poupança de 7 reparações equivalentes a 87 500€.
Segundo a comparação entre os anos de 2016 e 2017 as ações de melhoria tiveram sucesso na diminuição do consumo de eletro-árvores, apesar do aparecimento do défice entre eletro-árvore substituídas e enviadas para reparação.
Deforma a dar continuidade ao plano de ações de melhoria de 2016, o presente trabalho abordará a otimização do processo de substituição de eletro-árvores, que será feita à custa de 2 abordagens que serão tratadas neste relatório como dois casos de estudo distintos, ambos com o objetivo de tornar o processo de corretiva nas máquinas GROB devido a problemas com eletro-árvores mais eficiente. O primeiro caso de estudo chamado, “Redução do tempo de substituição de eletro-árvores” e o segundo caso de estudo chamado de “Otimização do diagnóstico máquina”.
348 0 200 400 600 800 2016 2017 Redução Horas 128 0 50 100 150 200 250 2016 2017 Redução Horas
Figura 30- Horas de paragem GROB na UET do cárter intermédio entre 2016 e 2017
28
De seguida mostram-se as plantas da disposição das máquinas GROB em fevereiro de 2018 na UET da bomba óleo de caudal variável e na UET do cárter intermédio identificadas pelo número da máquina atribuído pela Renault e o modelo da máquina GM3618, GM3619 ou GM3620 do fabricante.
Planta UET BOCV
Planta UET do cárter intermédio
Figura 33-Disposição máquinas na UET carter intermédio 2116 GM3618 2112 GM3620 2118 GM 3618 2221 GM3618 2115 GM 3620 2113 GM3620 2117 GM 3618 2102 GM3619
Figura 32- Disposição máquinas na UET BOCV
2222 GM 3618 2227 GM 3619 2214 GM 3620 2114 GM 3620 2109 GM 3620 2220 GM 3620 2101 GM 3620 2249 GM 3620 2100 GM 3618 2123 GM 3620 2223 GM 3619 2119 GM 3619
29
5.3 Análise do centro de maquinagem GROB BZ 40 CS/400
O âmbito deste trabalho é a otimização do processo de substituição da eletro-árvore em centros de maquinagem GROB BZ 40 CS/400. Estes são centros horizontais de maquinagem com sistema de fixação ferramenta hidráulico de tipologia HSK com 2 paletes para carregamento e descarregamento manual e armazém de ferramentas do tipo tambor. Ver anexos “Anexos 2 - Máquina GROB – Órgãos mecânicos” com a legenda dos principais órgãos mecânicos do centro de maquinagem.
Figura 34 – Centro de maquinagem GROB BZ40 CS/400, [8]
1-Servomotor corrente continua 2-Fuso roscado esférico 3-Porca roscada esférica 1-Servomotor corrente continua
2-Fuso roscado esférico 1-Porca roscada esférica
2-Fuso roscado esférico
3-Servo motor corrente continua
Figura 35-Esquema dos 3 eixos máquina GROB, A – Eixo X, B – Eixo Y, C – Eixo Z, [8] [A]
Legenda: [B]
Legenda
[C] Legenda
30 Separar setup externos de intenos Etapa 1 Converter set internos em set externos Etapa 2 •Otimizar set internos •Otimizar set externos Etapa 3
Figura 36 -Diagrama das 3 etapas metodologia SMED
5.4 Caso estudo 1: Redução do tempo de substituição de eletro-árvore O processo de substituição de eletro-árvore é um processo extenso e complexo indo desde o diagnóstico da máquina, a substituição da eletro-árvore, isto é, desmontagem e montagem da mesma na máquina, e por fim validação do produto na metrologia 3D, ou seja, desde a paragem de máquina devido a problemas de qualidade ou outros até ao reiniciar da produção. O caso de estudo 1 tem foco na substituição da eletro-árvore, começando por se fazer uma análise dos tempos na substituição da eletro-árvore, descrevendo e listando todas as operações que constituem a mudança de eletro-árvore de uma GROB BZ 40/400, tendo em conta o tempo de cada operação, as ferramentas/equipamentos usados e o número de trabalhadores em cada uma das operações fazendo primeiramente um registo fotográfico de cada operação. De seguida procede-se à aplicação da metodologia SMED às operações que constituem a substituição de árvore procurando eliminar operações realizadas com a máquina parada, diminuir o tempo das operações e realizar o maior número de operações em paralelo de forma a minimizar o tempo de paragem máquina devido à substituição da eletro-árvore. O processo de substituição da eletro-árvore nas GROB em CACIA é um processo robusto e já otimizado com os equipamentos adequados e técnicos bastante experientes, indo a aplicação da metodologia SMED ajudar a melhorar o processo.
5.4.1 Aplicação da metodologia SMED ao caso de estudo 1
A adaptação do SMED à substituição da eletro-árvore será conseguida à custa das 3 etapas seguintes, ilustradas de seguida
O processo de substituição de eletro-árvores atual pode ser dividido em 10 etapas constituídas por várias operações que se listam de seguida:
1. Remover palete 2. Posicionar eletro-árvore 3. Desmontagem eletro-árvore 4. Requisitar nova eletro-árvore 5. Trocar cablagem
6. Trocar frente eletro-árvore 7. Testar sensores
8. Montar eletro-árvore 9. Montar palete 10. Fazer zero árvore
Após a listagem de todas as operações que envolvem a substituição de eletro-árvore segue-se a primeira fase de aplicação da metodologia SMED separar cada operação como
31
setup externo e interno, esta tarefa revelou se muito simples uma vez que a substituição da eletro-árvore é sempre uma operação corretiva por razões organizacionais da fábrica, ou seja, a eletro-árvore fica na máquina até começar a produzir produto não conforme cessando automaticamente a atividade dessa máquina. Logo todas as operações associadas à mudança de eletro-árvore são realizadas com a máquina parada, não existindo atualmente setup externos.
32
5.4.2 Lista de operações do processo de substituição de eletro-árvore
Tabela 6 - Lista operações substituição de eletro-árvore
OP Designação Tempo (min) Grupo Ferramenta / Equipamento Num técnicos 10 Posicionar palete 25 Remoção palete Grua; Olhais; Cintas; 1 20 Fixar olhais (x4) 1 30 Passar cintas 1 40 Posicionar grua 1
50 Colocar palete junto máquina 1
55 Remover grua linha 1
60 Rodar paletizador 15 Posicionar eletro-árvore Carril; Carro; Varão 1
70 Colocar carril + carro 5 1
80 Posicionar árvore c/ altura carril 5 1
90 Corte geral energia 1
Remoção árvore Cilindro hid. Jogo chaves sextavadas; Fuso M6 ; Saco plástico; Abraçadeiras plásticas; Grua; Cinta 1 100 Bloquear máquina 3 1 120 Desligar ar comprimido 1 1
125 Posicionar cilindro hidráulico pinole 1 1
130 Desapertar frente árvore + réguas 15 1
140 Desconetar cablagem máquina
12 1
150 Acondicionar cablagem 1
160 Passar "saca"
20
1
170 Extrair árvore p/ carril 1
175 Posicionar grua 1
180 Extrair arvore p/ elevador 2
185 Remover grua linha 1
190 Requisitar árvore 10 Requisitar arvore Computador; Porta-paletes 1
095 Levantar árvore em armazém 15 1
205 Posicionar árvore elevador 5 1
210 Cabo potência 78 Troca cablagem Chaves bocas; Chaves sextavadas; Elevador; Alicate pressão; Saco acondicionador ; Abraçadeiras 1 Cabo pneumático 1 Cabo hidráulico 1 Cabo Encoder 1 Fita espiral 1 Conetar chicote 1 Etiquetar chicote 1 Acondicionar cablagem 1
220 Trocar frente da árvore 21 Troca frente árvore
Chaves sextavadas
1 Chaves bocas
230 Testar sensores 25 Testar sensores Bomba manual 1
Sensor tester 1
33 250 Encaixar árvore pinole 15
Montagem árvore Cinta; Carril; Carro; Varão; Chaves sextavadas; Chaves bocas; 2 260 Apertar frente máquina + réguas
laterais 17 1
270 Fixar tubo junta rotativa
41 1 280 Reorientar cablagem 1 290 Ligar cablagem 1 300 Conetar chicotes 1 310 Montar palete 15 Montar palete Grua; Cintas 1 320 Ligar máquina 10 - 1 330 Rodar paletizador 10 - 1
320 Zero árvore 60 Zero árvore
Pinça zero arvore
1 Digital
protactor
O tempo total de substituição de eletro-árvore é de aproximadamente 7 horas e meia. De forma a representar graficamente os tempos das operações listadas anteriormente apresenta-se o pareto da figura 37.
O pareto representado na figura 37, ajuda a comparar os tempos das etapas de forma a encontrar aquelas que contribuem mais para o tempo se substituição de eletro-árvores, destacando-se as etapas “montagem árvore”, “troca cablagem”, “zero árvore” e “desmontagem árvore” com um acumulado superior a 60% do tempo total de substituição. A partir deste ponto inicia-se a aplicação da etapa 2 da metodologia SMED, conversão de setup internos em externos.
34
5.4.3 Conversão de setup interno em externo
Neste tópico aborda-se ações que tem como objetivo reduzir o tempo de substituição da eletro-árvore/tempo de paragem máquina, convertendo operações realizadas com a máquina parada, setup internos, em operações realizadas com a máquina em trabalho, setup externo, aplicando desta forma a segunda etapa da metodologia SMED.
Troca de injetores de óleo na frente da eletro-árvore: Melhoria nº1 A operação de troca de injetores de óleo de corte na frente da eletro-árvore insere-se no grupo “troca da frente da árvore”, envolve o desaparafusamento de 6 parafusos CHC, remover duas chapas de encosto e os bicos de injeção que são roscados no corpo da árvore e montar tudo na nova árvore, figura 38.
As ações para converter este setup interno em externo são as seguintes: a) Duplicação dos 4 injetores de óleo de corte roscados
b) Duplicação dos 6 parafusos CHC c) Duplicação das 2 chapas de encosto
d) Aplicação destes injetores nas eletro-árvores em stock
e) Em alternativa poderia ser enviada a eletro-árvore danificada para a WEISS com a frente montada de forma a receber as eletro-árvores reparadas com a frente já montada, eliminando esta operação.
O impacto em termos de tempo desta operação é uma redução de 20 minutos Parafusos CHC
Injetores óleo corte Chapas de encosto
Figura 38 -Identificação dos injetores, chapas de encosto e parafusos CHC na frente da eletro-árvore WEISS
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Padronizar cablagem eletro-árvore: Melhoria nº2
A etapa “troca cablagem” é constituído pela desconexão de toda a cablagem da eletro-árvore danificada e conexão na nova eletro-árvore com as duas eletro-árvores posicionadas lado a lado no elevador, figura 43.
a) A cablagem da eletro-árvore está representada na figura 39,sendo constituída por: i) Refrigeração motor entrada
ii) Refrigeração motor retorno iii) Aperto ferramenta (hidráulico) iv) Desaperto ferramenta (hidráulico) v) Lubrificação cone
vi) Sopragem cone
vii) Óleo de corte (nariz árvore) viii) Cabo encoder motor ix) Junta rotativa
x) Cabo potência motor árvore
xi) Chicote detetores 8.0/8.1/8.2/8.3/8.4 (é sempre aplicado um novo)
b) A ordem de montagem normalmente começa pela junta rotativa (óleo de corte da ferramenta) e depois os restantes.
c) A ação de melhoria seria aplicar a cablagem nas eletro-árvore que estão em stock. d) Para realizar a alínea c) é necessário perceber que existem 3 versões da GROB com 3
comprimentos diferentes de cablagem e esteiras entre os 900 e os 1100 mm, consoante a versão GM3618, GM3619, GM3620.
Tabela 7 - Número de centro de maquinagem por modelo
Existindo 3 comprimentos diferentes de cablagem para os 21 centros de maquinagem, esta mostra-se uma oportunidade de padronizar a cablagem seguindo a metodologia Lean.
Nº máquina fabricante Nº máquinas atelier 3/4
GM 3618 6
GM 3619 5
GM 3620 9
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e) De seguida apresentam-se 2 alternativas para padronizar a cablagem.
i) Optar pelo jogo de cablagem mais comprido e ajustar o ponto de ancoragem das fichas na esteira da máquina como se pode ver na figura 41. Esta operação envolve fazer 4 furos a uma distância conhecida da traseira da árvore, bastando medir com a fita métrica, correr os cabos atrás no máximo 200 mm e reapertar os 4 parafusos, ficando assim com uma cablagem padrão para todas as máquinas e podendo ser esta cablagem aplicada nas árvores em armazém.
ii) Padronizar cablagem mais curta em todas as árvores e ter 2 tipos de jogos de emendas sendo a alternativa mais demorada e dispendiosa.
Além da cablagem padrão dever já estar conectada na eletro-árvore, deve ter-se em atenção que os chicotes já devem estar também etiquetados nas eletro-árvore em stock, uma vez que a prática atual consiste em remover as etiquetas do chicote da eletro-árvore danificada e fixar no chicote da nova árvore.
O chicote da eletro-árvore é constituído por 5 detetores 8.0/8.1/8.2/8.4/8.5, que dão informação sobre a posição da pinça- zero árvore, o aperto com ferramenta, aperto sem ferramenta, desaperto e posição do cilindro recuado. Nas eletro-árvores reparadas na WEISS este chicote já vem apertado na traseira da eletro-árvore e seria aconselhável fazer o mesmo nas eletro-árvores que são substituídas e enviadas para armazém, restando apenas testar os sensores antes de colocar a árvore na máquina.
Figura 42 - Chicote etiquetadas
Parafusos de fixação das fichas cablagem na esteira
