Aplicação nas indústrias de processos de técnicas modernas de controle de qualidade

MILTON BRIGUET BASTOS

APLICAÇÃO NAS INDUSTRIAS DE PROCESSOS DE

TÉCNICAS MODERNAS DE CONTROLE DE QUALIDADE

Dissertação apresentada ao CursC! de Pós Graduação da FGV/EAESP. Area de Concentração: Produção e Sis-temas de Informação, como requisito para obtenção de título de mestre em Administração.

Orientador: Prof. Claude Machline

SÃO PAULO 1993

/"-~-'·~ Fundação Getulio Vargas ··

Esc.ol.a de Administraçao FG V ne Empresas de So1o P8ulo ,

BihliOfPt':.<\

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11

1111111

ÍNDICE

Capítulo 1

Controle de Qualidade - Histórico e Evolução... 1

Capítulo 2

Definições de Qualidade ... 14

Capítulo 3

Controle de Qualidade nas Indústrias de Processos ... 21

Capítulo 4

Filosofia e Métodos de Taguchi ... 32

Capítulo 5

Casos de Aplicação de Técnicas 11

0FF-LINE11

na Indústria de Processo ... 63

Capítulo 6

Conclusões e Recomendações ... 79

Capítulo 7

Roteiros para Implementação do Controle de Qualidade ... 84

O controle de qualidade é um conceito relativamente recente. Apesar da revolução industrial datar de mais de um século, o controle de qualidade iniciou-se de forma sistemática há apenas 60 anos. Sua implementação em grande escala no Japão foi introduzida há não mais do que 40 anos. As aplicações de técnicas modernas de controle de qualidade, como a de delineamento de experimentos, não tem mais de 20 anos.

O fato que mais incentivou o desevolvimento da qualidade nas empresas brasileiras foi a necessidade de exportações de produtos manufaturados, apoiada pelo modelo exportador do governo nas décadas de 70 e 80. Para que as exportações aumentassem, foi preciso de um aumento da produtividade e da qualidade da nossa indústria, de modo a enfrentar a competição dos produtos fabricados no Oriente.

A importância recente da implantação do controle de qualidade no Brasil foi o que me incentivou a escrever esta monografia. Neste trabalho, apresento o uso de técnicas modernas de controle de qualidade, como as de Taguchi, e a sua aplicação específica nas indústrias de processos. Para isto, faço uma abordagem dos princípios filosóficos, da base teórica mesclada com a experiência prática na aplicação das técnicas.

Nó primeiro capítulo, faço com um relato da evolução do controle de qualidade nos últimos 60 anos. Descrevo as diversas escolas de controle de qualidade, suas tendências, bem como a evolução da tecnologia empregada.

de controle de qualidade nem sempre foram bem sucedidos, quando im-plementados nas indústrias químicas de modo geral.

As técnicas de Taguchi são descritas em um capítulo

à

parte, sem entrar em detalhes técnicos, os quais podem ser vistos no seu livro texto 39. Neste capítulo, fiz questão de salientar a sua filosofia que, na minha opinião, é mais importante que o detalhamento dos seus métodos de engenharia. Termino o capítulo com uma crítica aos métodos de experimentação de Taguchi, na mesma linha já adotados por outros autores 20. Os métodos experimentais de Taguchi, por exemplo, são de difícil implementação e mais complexos do que os similares clássicos 5.

O uso destas técnicas modernas de controle de qualidade foi de muita utilidade na minha experiência profissional. Fui responsável por um depar-tamento de controle de qualidade de uma empresa multinacional, na qual trabalhei por muitos anos. O uso desta tecnologia permitiu-me resolver uma série de problemas de qualidade tidos como insolúveis a priori. O benefício

5)BOX, G.E.P.; HUNTER,W.G.; HUNTER,J.S. Statistics forExperimenters: An lntroduction

to Design. Data Analisys and Model Building, New York, John Willey & Sons Inc., 1978. 20)KACKAR, Raghu N. Off-Líne Quality Contra/, Parameter Design, and the Taguchi

Method. Journal of Quality Technology, Oct. 1985, págs. 176-188, Vol17, NQ4.

prático da aplicação destas técnicas foi superior ao relatado na literatura especializada.

Com a colaboração dedicada de profissionais experientes, como o Dr. Gary C. Myers Jr., doutor em Estatística Aplicada pela Rutgers University e consultor da E. I. DuPont de Nei'nours, foi-me possível aplicar uma série de

conhecimentos avançados, que permitiram a solução de problemas de

qualidade na industria química e, em específico, na fábrica de Lycra. Um destes problemas é relatado como um dos casos de aplicação das técnicas de experimentação na industria de processos. O outro caso foi pesquisado na literatura 40.

Gary Myers foi quem me mostrou os benefícios do uso da estatística aplicada na solução de problemas, como análise de dados, análise de variação e regressão e, principalmente, do delineamento de experimentos. Segundo Gary "A estatística é a ciência que se lida com fatos ao invés de opiniões."

Posteriormente, como consultor independente, tive a oportunidade de im-plementar algumas destas técnicas em plantas química e têxtil, como nas fábricas da Synteko, em Gravataí, RS e na fábrica de fibra acrílica da

Concluo com um capítulo de recomendações e sugestões para a implantação eficaz da engenharia de qualidade. Recomendo o uso de metodologia tradicional de experimentação, aliado aos métodos de es-tabelecimento de parâmetros e tolerâncias de Taguchi. Para a indústria de processos, a simples experimentação controlada tem grande potencial para aumentar os conhecimentos sobre o produto e processos de fabricação. Esperamos que os conhecimentos desta monografia contribuam para aprimorar a administração da qualidade no Brasil, que é o objetivo mais importante deste trabalho.

São Paulo, Fevereiro de 1993.

CAPÍTULO 1

CONTROLE DE QUALIDADE

,

CONTROLE DE QUALIDADE

HISTÓRIA E EVOLUÇÃO

O conceito de qualidade de produto data do começo da história da humanidade. Historiadores traçam a sua existência desde 3.000 AC na Babilônia, onde era praticada para impor uniformidade aos pesos e medidas.

No século XI, na Inglaterra, os representantes do rei eram investidos de poder para forçar a uniformidade nas oficinas de manufatura, verificar se o trabalho era bem feito, corrigir quaisquer defeitos que fossem encontrados, aplicar multas a quem violasse esses preceitos e colocar um selo de aprovação, apenas nos trabalhos bem feitos. Em 1456, no reinado de Henrique VI na Inglaterra, a inspeção era tida como atividade de produção. Entretanto só no século XIX é que foi criado um departamento de inspeção formal 22.

A questão de qualidade e uniformidade de itens como louças, calçados, armas e ornamentos levou ao uso de amostras físicas e medidas. Os

3

mestres de ofício iam visitar os artesãos com freqüência para ver se o trabalho estava sendo bem executado. Entretanto, esse julgamento era muito subjetivo. é, podia ser baseado em conhecimento, experiência ou apenas aparência. Isto trazia problemas para o artesão, já que ele não tinha condições de saber se a peça produzida atenderia às exigências dos fiscais. Não havia parâmetros em que as pessoas pudessem se basear para corresponder ao conceito de boa qualidade dos mestres supervisores dos trabalhos.

O desenvolvimento econômico e a diversificação de produtos acabou levan-do à substituição levan-dos padrões físicos por instruções escritas. As especificações eram colocadas em cartazes nas fábricas, que listavam as dimensões críticas de cada produto.

O controle de qualidade foi introduzido de uma maneira formal no começo dos anos 20 e constava de duas funções essenciais: inspeção durante o processo de produção e inspeção final quando o produto era acabado. As técnicas desenvolvidas para ajudar essas atividades eram cartas de controle estatístico e inspeção de amostras, respectivamente. O termo controle de qualidade significava que se alterava o processo produtivo com base nos achados estatísticos, em vez de se fazer apenas a constatação durante a inspeção do produto pronto.

A maior sofisticação dos produtos industriais e as novas tecnologias resul-taram em custos mais elevados de fabricação. A estes níveis de custo, a segregação de parte da produção por não atender os requisitos de qualidade ficou economicamente inviável. A qualidade e não a quantidade produzida tornou-se a chave para melhores resultados econômicos e menor custo de produção. Isto só é possível com a diminuição de refugos e da produção de segunda qualidade.

5

Products", publicado em 1931 34, que sintetizava os processos de

amostragem estatística, cartas de controle e critérios econômicos para a liberação de produtos, tornou-se um clássico da área. Este livro foi a base de todos os trabalhos posteriores desenvolvidos nos Estados Unidos, como os de Demings e Juran, e no Japão por lshikawa, entre outros.

Os fundamentos da estatística aplicada, usados de forma pioneira por

Shewhart, estão até hoje ligados ao controle de qualidade que denominamos de Controle Estatístico de Processos. Com o uso de uma carta de controle, que é um gráfico seqüencial das medições dos produtos amestrados, poderemos ident~icar os desvios não aleatórios para cima ou para baixo. A análise estatística permite a identificação das causas que originaram os desvios para fora dos limites inferiores e superiores de controle. Os operários podiam ser treinados para preparar esses gráficos, o que permitia um maior controle sobre o seu trabalho e a possibilidade de se fazer ajustes por conta própria no processo de produção, quando necessários 34. A genialidade do trabalho desenvolvido por Shewhart estava

em reconhecer quando deviríamos interferir, ou não, nos processos produtivos, separando as variações aleatórias ou acidentais das que poderiam ser atribuídas a uma causa determinada. A identificação das causas foi a chave no avanço do controle de qualidade pós Shewhart.

Podemos estabelecer um paralelo entre Shewhart no controle de qualidade e Frederick Taylor na administração da produção industrial.

Após o trabalho original de Shewhart, o maior avanço no controle de qualidade foi conseguido por dois professores universitários de estatística nos Estados Unidos, W. Edward Demings e Joseph Juran, já na década de 40. Demings e Juran, cada um no seu estilo, foram os pioneiros no enfoque mais abrangente de qualidade não ligada diretamente

à

linha de produção, e introduziram o conceito de gerenciamento de qualidade, do papel motivador e de liderança da gerência na melhoria da qualidade de um produto.

Os conceitos inicialmente desenvolvidos por Shewhart foram utilizados por vários setores industriais dos Estados Unidos na década de 40 e pelo Japão na década de 50, junto com os conceitos gerenciais e de participação de Demings. Os Military Standards foram derivados das tabelas introduzidas por Shewhart para aceitação de produtos por amostragem, criados durante a Segunda Guerra Mundial.

A partir da década de 60, Feigenbaum 12 publica nos Estados Unidos o seu livro" Total Quality Contrai", que introduz o conceito de qualidade como uma atividade corporativa, com a participação de todos, e não restrito ao

7

pequeno grupo de engenheiros e técnicos de controle de qualidade. No Japão, como conseqüên_cia do trabalho inicialmente proposto por Demings, em suas inúmeras visitas àquele país, Kaoru lshikawa 16 inicia seu trabalho de criação dos círculos de controle de qualidade CCQ, como uma forma de resolver os problemas de qualidade no chão de fábrica e com a participação dos operários.

Nas décadas de 60 e 70, a qualidade deixa de ser uma atividade técnica de estatística aplicada, e passa a ser uma atividade que depende cada vez mais do grau de participação e motivação das pessoas.

Neste período tem início duas correntes divergentes de enfoque da qualidade. Uma delas enfatizao aspecto humano da qualidade dos produtos e serviços, e a outra ressalta o uso de técnicas modernas de estatística aplicada e engenharia de produtos e de produção.

As técnicas que trabalham com a motivação do indivíduo foram bem sucedidas nas empresas de grande porte e com um grande número de funcionários. Nestas empresas a opinião dos operários, o grau de motivàção e as contribuições individuais e de grupos na solução de problemas foram mais importantes para a melhoria de qualidade e, por conseqüência, a produtividade do que as cartas de controle introduzidas por Shewhart. Da

mesma forma, as empresas de serviços aproveitaram estes conceitos diretamente dos livros clássicos de Crosby 7, Feigenbaum 12 e lshikawa 16 nas suas operações. As empresas de serviços conseguiram grandes avanços no uso de algumas técnicas específicas. Vários bancos e instituições financeiras implementaram círculos de controle de qualidade bem sucedidos.

No setor industrial logo se percebeu que apenas incentivando e motivando as pessoas, como em 11

Faça certo na primeira vez11

, de Crosby, ou as reuniões dos 11

círculos de controle de qualidade 11

, não seria condição suficiente para a solução de um problema crônico de qualidade.

Como exemplo podemos citar um televisor que apresentasse problemas de imagem ou quebrasse com a variação da voltagem da rede. Para o con-sumidor, este produto não atende às suas expectativas de qualidade. Neste exemplo não haveria programa existente de controle de qualidade que resolvesse o problema detectado pelo consumidor. Os programas existen-tes visavam manter a consistência dos televisores fabricados e não a sua adequação ao uso pelos consumidores sujeito à variação da voltagem das tomadas em suas casas.

7)CROSBY, Philip B. Quality is Free. New York, Alfred A.Knopf, 1987.

9

As indústrias japonesas, no final da década de 60 e início da década de 70, já estavam bem avançadas na implementação das técnicas de Demings, Juran e lshikawa, lideradas pelos setores de bens de consumo como a eletro-eletrônica e automobilística. As cartas de controle já faziam parte das atividades rotineiras e os CCQs proliferavam em todos os departamentos.

Os produtos que saiam das fábricas japonesas eram consistentes, mas não conseguiam competir diretamente, principalmente em preço e imagem de qualidade, com produtos mais sofisticados como, por exemplo, os produzidos na Europa. Um carro Toyota ou um gravador Sony da década

de 70 não poderia ser comparado como o desempenho do Opel alemão ou um gravador Philips holandês da mesma época 28.

A consistência, apesar de ser condição necessária, não era suficiente para melhorar a competitividade da indústria japonesa. O produto japonês penetrava nos mercados por causa do seu custo mais baixo e não pelo desempenho superior.

Este fato levou os japoneses a aplicarem novas técnicas de controle de qualidade baseadas na estatística, permitindo uma melhor interpretação do que ocorre em todo processo produtivo. O projeto e a concepção do produto, a avaliação das matérias-primas e insumos empregados são, entre outros,

o efeito das diversas variáveis no processo produtivo, inspeção e controle do produto final.

11

cada segmento industrial. O uso dessa nova tecnologia alterou o conceito existente de qualidade. Apenas ter qualidade de conformação e consistência não garantiam o sucesso do produto. O conceito de fazer qualidade no projeto e no processo, ao invés de controlar a qualidade (inspeção e controle), passou a ser o lema de várias organizações industriais modernas.

Um engenheiro eletrônico chamado Genichi Taguchi foi um dos precursores da implementação destas novas técnicas. Ele usou de uma técnica já tradicional da estatística aplicada, chamada de delineamento de experimen-tos, para resolver problemas de qualidade 38. O delineamento de experimen-tos tinha sido empregado nos meios acadêmicos de pesquisa e seu uso era limitado nos meios empresariais como, por exemplo, para experimentos em agricultura no desenvolvimento de fertilizantes e sementes. Taguchi também inovou alguns conceitos como a da sua função de perda para a sociedade, análise de valor, relação sinal-ruído e do projeto de produtos robustos (cujo desempenho fosse pouco sensível às oscilações das variáveis independentes) 40.

O controle de qualidade passou, nas últimas 6 décadas, por um processo evolutivo, como em qualquer ciência. A amostragem e inspeção feitas há

38)TAGUCHI, G. Off-Line and On-Line Quality Control Systems. Tokyo Japan, Proceedings of lnternational Conference on Quality Contrai.

vários séculos deu lugar ao controle de processos a partir de 1930, que evoluiu para técnicas mais modernas a partir de 1970 (figura 1). Estas técnicas incluem não só os métodos de Taguchi propriamente ditos, como outros desenvolvimentos já mencionados, que fizeram com que a qualidade fosse uma preocupação desde a concepção e projeto do produto, como também no próprio projeto do processo produtivo. Com estes conceitos a qualidade fica menos dependente da atividade de controle. O produto ou o processo produtivo tem um nível intrínseco de qualidade superior, inde-pendentemente dos esforços das atividades de controle.

A qualidade está embutida no produto. Mesmo sem qualquer controle, o produto mais bem projetado terá uma qualidade melhor do que outro qualquer submetido a todos os controles. O próprio nome de ·controle de qualidade fica desatualizado, já que o controle deixa de ser a atividade

FIGURA 1

METODOS DE CONTROLE DE QUALIDADE

100

%

PERCENTAGEM

DE

UTILIZACAO

AMOSTRAGEM

E

INSPECAO

CONTROLE

DE

DELINEAMENTO

DE EXPERIMENTO

E OUTRAS TECNICAS

15

DEFINIÇÕES DE QUALIDADE

O conceito de qualidade

é

descrito de muitas maneiras diferentes, refletindo a sua complexidade, natureza multidimensional e numerosos aspectos.

I) Qualidade como conformidade às especificações:

(Philip. B.Crosby). 7

As especificações são valores numéricos com faixas de variação (tolerância) necessárias, características chaves como diâmetro, resistência, densidade, comprimento, espessura e temperatura.

As especificações são guias para

o

que

é

considerado aceitável e o que não é. Em relação ao grande número de consumidores ou clientes, como

é

o

caso do setor de serviços, a conformidade com as especificações pode não ser suficiente até que estas sejam baseadas em pesquisas de mercado ou estudo de clientes.

2) Qualidade como adequação ao uso:

(J.Juran) 18

Adequação ao uso pode existir numa grande faixa de qualidade, custo e características de desempenho. Um carro de luxo é adequado ao uso, mas um jeep também o é. Alguns compradores estão interessados em custos e não em modelo, luxo e prestígio, que significam "adequação ao uso" para outros consumidores. Diferentes grupos de compradores têm diferentes preferências e idéias muito diversificadas do que constitui adequação para o uso.18

As perguntas que podem ser feitas: Usado para quê? Com que freqüência? A que custo? O que é necessário para corrigir falhas ou defeitos?

1 7

3) Qualidade como satisfação ao cliente:

(Armand V.Feigenbaum) 12

Esse conceito

é

um dos mais adequados para o setor de serviços. O cliente não tem escolha no caso de serviços públicos como esgoto, telefone e outros monopolizados; e muito pouca escolha em outros setores como serviços bancários ou de seguros, onde a legislação controla as regras operacionais. Em outros setores de serviços, entretanto, o cliente pode escolher e uma competição real existe para cativá-lo, e ele tende a escolher o que melhor satisfaça as suas expectativas.

A satisfação do cliente significa ausência de erros, defeitos, demora e custos elevados.

Em termos positivos significa: zero defeitos+ zero erros+ mínimo tempo de espera + alta confiabilidade + custo reduzido.

4) Qualidade de longa duração que compensa custos:

(Robert A Broh in Garvin O.A. et a/.- Managing Qua/ity/3

Se os benefícios valem os custos, é um julgamento subjetivo feito pelo comprador ou cliente, já que benefício é algo intangível e raramente pos-sibilita quantificação.

Exemplos de benefícios de produtos e serviços para o cliente são:

a) Automóvel, como transporte é confortável, conveniente, confiável e rápido.

b) Telefone, como meio de comunicação pode ser eficiente, rápido, de baixo custo e economizador de tempo.

c) Eletricidade proporciona meios de se obter iluminação e refrigeração, por exemplo, e o serviço de fornecimento de energia elétrica deve ser confiável, eficaz e de baixo custo.

13)GARVIN, DA Managing Qua/ity. The Strategic and Competitive Edge. New York, The

19

A aquisição de benefícios de vários produtos ou serviços aos preços que são cobrados levantam a questão da análise de custo-benefício.

A análise de custo-benefício é tão ou mais importante para a administração da qualidade dos serviços como dos insumos industriais. Alguns atributos dos serviços são valorizados pelo cliente e outros não. Os critérios de valorização são diferentes para cada indivíduo, pois o valor assumido é percebido de forma diferente por cada pessoa. Não são todos os clientes que valorizam um carro veloz ou de alta potência, mas se a maioria dos consumidores potenciais o faz, este critério deve ser considerado como de importância nas análises de custo-benefício.

A dificuldade de se aplicar análise de custo-benefício no setor de serviços é que os benefícios são, na maioria das vezes, intangíveis e relacionados com a percepção de cada um. A mensuração dos valores percebidos em um determinado serviço pode permitir a sua adequação ao que é valorizado pelos consumidores, eliminando-se os atributos irrelevantes, e seus respec-tivos custos.

Entretanto, para a sociedade o que interessa é a otimização do uso dos recursos pela população. Desse modo, todos podem ter acesso a um serviço de qualidade aceitável, mas é também necessário que o custo global seja adequado às possibilidades financeiras do indivíduo e da sociedade.

A avaliação de custo benefício foi bastante estudada pelas cadeias de lanchonetes dos EUA, como a MacDonalds, por exemplo. Um destes estudos indicou que limpeza do local era mais importante para os con-sumidores do que o uso de carne de primeira nos hamburgers. Hoje, a limpeza é exigida e controlada e os hamburgers são feitos com carne de segunda, desde que não excedam a um certo teor de gordura.

Finalmente podemos definir qualidade como: a totalidade de atributos e

características de um produto ou serviço na qual se baseia a sua

,

CAPITULO 3

CONTROLE DE QUALIDADE

NAS

INDÚSTRIAS DE PROCESSOS

CONTROLE DE QUALIDADE NAS INDÚSTRIAS DE

PROCESSOS

O controle de qualidade foi implementado inicialmente nas indústrias tipica-mente manufatureiras de produção seriada. Como já mencionado, o primeiro trabalho de Shewhart foi desenvolvido dentro da fábrica de apare-lhos de telefone da American Telephone and Telegraph Co., mais conhecida como Befl. A produção industrial seriada em grande volume foi a mola

mestra do desenvolvimento industrial dos Estados Unidos, na década de 20. A linha de montagem, introduzida pela Ford, permitiu uma produção de bens seriados a custos cada vez mais baixos, facilitando o acesso a produtos de consumo durávei·s

à

parcelas cada vez maiores da população.

23

O benefício do Controle Estatístico de Processos nas indústrias de produção seriada foi extremamente importante para a disseminação do controle de qualidade até em setores não industriais, como o de serviços. O próprio

desenvolvimento de técnicas gerenciais, como a da participação dos funcionários e gerentes, a dos 14 pontos de Deming 42 ou a do Controle de Qualidade Total de lshikawa, 17 tiveram sucesso imediato devido

à

grande quantidade de funcionários destas indústrias e o conseqüente impacto da motivação individual e do grupo na melhoria da qualidade dos produtos e serviços.

Denominamos de indústrias de processos as indústrias química, petroquímica, de plásticos e fibras, alimentícia e agroindustrial, de papel e celulose, siderurgia, farmacêutica e de materiais cerâmicos, entre outras.

Este segmento industrial corresponde a uma grande parcela do Pl B in-dustrial de países desenvolvidos ou em desenvolvimento.

As indústrias de processos tem características particulares que justificam uma abordagem diferenciada de administração em geral, particularmente no que se refere à administração da qualidade.

As características da indústria de processo estão descritas abaixo:

1 -Predominância de empreendimentos de capital intensivo em comparação com a de mão de obra intensiva nos outros setores industriais.·

2- Produção em operação predominantemente contínua ou semi-contínua, com pouco manuseio direto por operários, muitas vezes automatizada.

3 - Complexidade maior no processo industrial em comparação com a produção seriada. Exemplo: refinaria de petróleo comparada com uma fábrica de televisores.

4 - Relações de causa e efeito pouco evidentes ou não conhecidas. Este fato dificulta a aplicação imediata do Controle Estatístico de Processos, por exemplo.

Estas características fizeram com que a implantação do controle de qualidade utilizando técnicas tradicionais, nestas indústrias, fossem mais demoradas, de difícil implantação e com resultados menos significativos do que nos segmentos de produção seriada 1

25

Se por exemplo, a partir do uso do CEP, detecta-se um desvio da vis-cosidade da tinta para fora dos limites de controle, nem sempre é possível fazer a correção adequada. A viscosidade pode ser influenciada pela matéria-prima da resina, pelos sólidos e corantes, pela temperatura de processamento, pela quantidade de catalisador, ou mesmo pela composição de solventes ou grau de dispersão. O problema é mais com-plexo que o de controlar o diâmetro de um eixo usinado ou de uma peça estampada. Onde a relação de causa (ajuste da ferramenta) e efeito (diâmetro da peça) é facilmente conhecido. O ajuste do diâmetro, na maioria dos casos, está ao alcance dos operários. Até a precisão de medida de um viscosímetro é muito inferior a de um paquímetro, o que dificulta o acom-panhamento da tendência do processo.

Diversas empresas no Brasil e no exterior tentaram em vão implementar as cartas de controle de Shewhart nas indústrias de processos. Quando a inspeção final indicava que o parâmetro e as tolerâncias estavam fora de controle, a única opção dos fabricantes era de informar a seus clientes que os novos parâmetros da média e desvio padrão seriam alterados para tais e quais valores.

quais as variáveis a serem manipuladas 1. Mesmo as técnicas de lshikawa, como o diagrama de causa e efeito conhecido e o diagrama "espinha de peixe" tinham sua aplicação limitada a alguns tipos de problemas.

Grandes empresas multinacionais, com predominância nos setores de química fina e petroquímica de alto valor agregado, começaram a instituir programas específico para a melhoria da qualidade de seus produtos e processos. Podemos citar os casos da Procter & Gamble, Kodak, Exxon e DuPont, nos Estados Unidos, e da Shell, Unilever e Akzo, na Europa.

A DuPont, por exemplo, formou em 1964 um grupo dentro do seu depar-tamento de engenharia chamado "Applied Statistics Group", através da contratação de experientes doutores do meio universitário. Este grupo, que chegou a ter mais de 30 profissionais pós-graduados, desenvolveu um dos primeiros programas de qualidade adaptado às necessidades específicas das indústrias de processo. Donald W. Marquardt 26, líder deste grupo,

publicou o livro "Product Quality Management", em 1974. Este livro, de uso interno da DuPont por vários anos e reeditado em 1983 e 1988 para distribuição no meio acadêmico, incluía Tecnologia de Qualidade, Filosofia e Sistemas Administrativos.

1 )American Society for Quality Contrai, Quality Assurance for the Chemica/ and Process lndustries. Milwaukee, Wl, American Society for Quality Contrai, 1987.

26}MARQUARDT, D.W. ProductQualityManagement. Wilmington, E.l. du Pontde Nemours

27

Neste livro observamos tópicos bastante distintos dos encontrados nos programas, como Controle Estatístico de Processos ou das 7 ferramentas de qualidade de lshikawa 16.

Há uma grande preocupação quanto ao uso da estatística para a solução de problemas de qualidade, a análise e interpretação das diversas fontes de variabilidade, incluindo a do processo de medição, cartas de controle cumulativas (CUSUM). delineamento de experimentos, definição de unidades distintas de produto (package), caracterização, segregação e liberação de lotes 26.

Desde o início da implementação do POM na DuPont, ficou claro que as relações de causa e efeito num processo químico não eram de conhecimen-to dos engenheiros e operadores das fábricas. Apesar de conhecimen-toda a tecnologia e conhecimentos da Engenharia Química, o número de variáveis envolvidas era muito grande, e entender todas estas relações era uma tarefa que estava sendo iniciada pelos meios acadêmicos com o uso de modelos matemáticos para a simulação de processos químicos. Um modelo matemático completo de uma coluna de destilação de petróleo, que

é

um dos processos mais simples, poderia levar meses de trabalho de engenharia. Após todo este trabalho, o resultado do modelo nem sempre correspondia

à

realidade,

16) ISHIKAWA, Kaoru. Guide to Qua/ity Contra/. Tokyo, Asian Productivity Organization, 1976.

26)MARQUARDT, D.W. ProductOualityManagement. Wilmington, E.l. du Pontde Nemours

devido às hipóteses simplificadoras, do modelo teórico não confirmadas na prática.

Um dos primeiros trabalhos do grupo de estatística aplicada da DuPont, ainda na década de 60, foi o do ajuste multivariável de processo. Neste trabalho, consideramos o processo em si como uma 11

Caixa preta11

, com os

29

O sucesso deste trabalho fez com que este grupo desenvolvesse dois cursos, ministrados por mais de 20 anos a centenas de engenheiros e cientistas da DuPont. Um dos cursos foi denominado de "Strategy of Experimentation", com uma metodologia para otimizar os experimentos nos laboratórios e fábricas, permitindo o máximo de resultado com o mínimo de experimentos. O outro curso desenvolvido foi " Strategy of Formulation Development", que abrange um caso particular de experimentação muito comum na indústria de processos, descrito a seguir.

Um dos exemplos práticos que melhor ilustra todo o potencial da estratégia de formulação é o do trabalho desenvolvido pela Thomas Lipton nos Estados Unidos 35.

A Lipton é um grande fabricante de chás e sopas desidratadas (tipo Knorr ou Maggi) dos Estados Unidos. A sopa industrial é uma mistura de diversos ingredientes submetidos a um processo de cozimento e liofilização. O mercado de sopas industrializadas é muito concorrido, com· diversos fabricantes que disputando palmo a palmo a sua participação. Por mais que se controlem os parâmetros físicos e químicos durante o processo de fabricação, o que determina a qualidade do produto é o seu paladar final. O gosto é um parâmetro subjetivo, difícil de mensurar. Cada pessoa tem um gosto diferente, que pode estar relacionado com o resultado daquela receita que só a vovó fazia, por exemplo. Com o objetivo de atender melhor às necessidades dos consumidores, a Lipton desenvolveu um experimento alterando diversos itens na composição da sopa, como a quantidade de temperos e sal, a porcentagem dos ingredientes, carboidratos, gordura, temperatura e tempo de cozimento etc. Foram feitos 27 experimentos avaliando 8 variáveis independentes. Para a avaliação do resultado (aceitação pelo consumidor), foi montado um painel de consumidores com 1 00 pessoas escolhidas pela sua representatividade do mercado con-sumidor de sopas. Os resultados eram mensurados pelo grau de aceitação

35)SNEE, Ronald D.; Hare, Lynne B.; Trout, J. Richard. Experiments in lndustry: Oesign

31

dado pela preferência dos consumidores. A sopa "escolhida" pelos con-sumidores foi colocada no mercado e com um sucesso de vendas, reforçando a imagem da marca. A experimentação organizada neste caso substituiu o processo tradicional de tentativa e erro, muito comum na indústria alimentícia, e a técnica de se alterar uma variável por vez, como por exemplo o teor de sal. Desta forma, a Lipton economizou tempo e dinheiro com melhor resultado final.

Como veremos nos próximos capítulos, Taguchi e sua metodologia abrange todos estes temas ligados à otimização de um produto ou processo ao invés de apenas controlar a produção no dia-a-dia da fábrica. A metodologia Taguchi e seus processos específicos vêm atender às necessidades deste segmento industrial. Como podemos observar, os métodos de experimentos já tinham sido implementados por várias empresas mesmo antes de Taguchi apresentar os seus. A prática destes métodos experimentais era então confinada a um pequeno grupo de empresas, as quais muitas vezes mantinham esta tecnologia restrita e até mesmo como segredo industrial.

33

FILOSOFIA E MÉTODOS DE TAGUCHI

Na década de 70, um engenheiro eletrônico japonês começou a introduzir uma série de conceitos revolucionários nas técnicas de controle de qualidade. Genichi Taguchi conseguiu integrar diversos conhecimentos de como as relações sinal-ruído da eletrônica, projetos e tolerância de parâmetros da engenharia de produto, conceitos de perda associados a maior variabilidade e delineamento de experimentos de modo a estabelecer uma nova metodologia para a melhoria, e não só controle, da qualidade.

A filosofia de qualidade e os métodos estatísticos apresentados por Taguchi

38

• 39 e 40, inicialmente desenvolvidos em 1978, permitiram pela primeira vez uma abordagem sistemática do valor econômico da qualidade e da menor variabilidade, introduzindo o conceito de perda para a sociedade. Um outro aspecto desenvolvido foi o de aplicar, pela primeira vez no campo do controle de qualidade, as técnicas estatísticas já conhecidas pela com-unidade científica.

38)TAGUCHI, G. Off-Line and On-Line Quality Control Systems. Tokyo Japan, Proceedings of lnternational Conference on Quality Contrai. 1978.

39)TAGUCHI, G.; WU, Y. lntroduction to Off-Line Quality Contra/. Nagoya, Japan, Central Japan Quality Contrai Association, 1980.

Uma destas técnicas foi a de usar o delineamento de experimentos para selecionar os parâmetros ou variáveis independentes mais importantes, os quais influenciavam as variáveis dependentes ou a variabilidade das mes-mas. Seguindo os conselhos do seu compatriota Kaoru lshikawa 17, que recomenda separar os poucos fatores essenciais dos muitos fatores triviais. ldentífy the essentíal few from the trivial many, mencionado em sua última palestra proferida no Brasil em 1988.

Taguchi também foi o pioneiro a introduzir formalmente o conceito de engenharia de valor no controle de qualidade. Na sua abordagem, o valor do produto, tanto para o produtor quanto para o consumidor, é maximizado quanto menor for a perda para a sociedade dado pela função de perda desenvolvida por Taguchi.

Taguchi dedicou seus esforços no que ele denominou de "Engenharia de Qualidade" ou de "Off-Line Quality Contrai". A filosofia deste enfoque se distingue dos métodos tradicionais do Controle Estatístico de Processos, que ficam sendo denominados de "On-Line", justamente por estarem as-sociados ao processo produtivo na linha de fabricação ou ao dia-a-dia das operações.

O conceito " Off-Line " abrange todas as etapas desde a concepção do produto, o projeto básico e funcional, estabelecimento dos parâmetros do

17)1SHIKAWA, Kaoru. Total Quality Contrai: Estratégia de Administração da Qualidade.

-.

l

35

produto, os processos de operação e até as condições de uso pelos consumidores. Este enfoque mais abrangente permite que o controle de qualidade seja iniciado no projeto do produto e não somente depois que a fábrica o está produzindo.

Nos Estados Unidos temos como exemplo o desenvolvimento do Ford Taurus, em meados de 80. Neste projeto, os responsáveis pelos diversos setores de controle de qualidade participaram ativamente no projeto básico, fazendo sugestões que melhorassem a qualidade ou reduzisse a neces-sidade de controle.

A grande vantagem das técnicas "Off-Line", ou de Engenharia de Qualidade, é que elas permitem determinar os parâmetros dos produtos ou processos baseado nas necessidades e expectativas dos consumidores. A introdução dos conceitos de valor, como a função de perda para a sociedade e o custo para reduzir a variabilidade,- permitem o desenvolvimento de produtos nitidamente superiores aos da concorrência e, eventualmente, com menor custo de fabricação.

A qualidade do produto deixa então de ser um problema em busca de solução e passa a ser uma arma estratégica para enfrentar a concorrência · ~ pela preferência do consumidor.

DEFINIÇÃO DE QUALIDADE SEGUNDO TAGUCHI

Deveremos acrescentar mais uma definição às já mencionadas nesta monografia. Taguchi define a "qualidade como a perda causada por um

produto para a sociedade a partir da dat~ que eles

é

liberado para

venda". Esta definição é no mínimo estranha, se considerarmos as outras definições já vistas. Segundo Taguchi, quanto menores forem as perdas para a sociedade, mais desejável será o produto e portanto o consumidor o reputará como de qualidade superior. A perda para a sociedade pode ser resultante da não adequação ao uso, desempenho abaixo do ideal ou não consistente, incluindo até os efeitos colaterais danosos causados pelo produto ou as perdas resultantes da sua alta variabilidade. Garvin indicou em seu livro 13 que os aparelhos de ar-condicionado do Japão consumiam menos energia que os modelos americanos correspondentes. O aparelho japonês causa menor perda para a sociedade já que consome menos energia elétrica.

A definição de Taguchi pode ser até incompleta ou pouco usual, mas permite tratar dois aspectos importantes a saber:

A - Determinação dos parâmetros ótimos das diversas características do produto de modo a atender às necessidades dos clientes, e por

13)GARVIN, D.A. Managing Quality. The Strategic and Competitive Edge. New York, The

37

conseqüência, minimizar as perdas para a sociedade. O parâmetro ótimo é obtido a partir do conjunto das necessidades dos consumidores diretos e indiretos, fabricantes e fornecedores de insumos.

8 - Redução da variabilidade de desempenho do produto em torno dos parâmetros otimizados. Quanto menor a variabilidade mais valorizado é o produto. O produto não só precisa estar dentro das especificações, mas também ser o mais consistente (menos variável) possível. A sociedade perde menos quanto menor for a dispersão dos valores em torno do parâmetro ótimo.

FUNÇÃO PERDA

Taguchi prova que a perda para a sociedade está relacionada com o objetivo de desempenho, conforme indicado pela figura 2 e equação 1 abaixo. Observamos que

à

medida que a característica de desempenho se afasta do objetivo ótimo, a perda para a sociedade cresce com o quadrado do desvio (real menos objetivo). A função perda é contínua e independente das especificações dos produtos dado por t+ delta e t-delta na figura 2. A perda L é calculada como um custo monetário.

onde k

é

constante, t= objetivo da característica de desempenho e Y = característica de desempenho de um certo produto.

Uma das conclusões mais importantes da função perda é que ela independe das especificações do consumidor.

O consumidor que adquirir um mesmo produto de dois fornecedores que atenda

à

mesma especificação (99,9% do lote com características com-preendidas entre t- delta e t+ delta), estaria teoricamente adquirindo o mesmo produto.

No exemplo mencionado por Taguchi, o consumidor prefere o televisor japonês ao norte-americano. Ambos obedecem

à

mesma especificação. O japonês fornece o produto com menor variabilidade e o americano segrega os produtos que eventualmente fiquem fora dos limites da especificação durante a inspeção de qualidade. O próprio estabelecimento da especificação pode ser arbritário, independentemente dos desejos do con-sumidor. A perda para o cliente será menor se ele adquirir do fornecedor que apresenta menor variabilidade, mesmo que ambos garantam que 99.9% dos produtos atenderão à especificação contratual, como mostra a figura 3.

'

39

parâmetro ótimo. Nesta situação o valor nomimal é o ideal, o que é verdade para dimensões físicas, folgas, viscosidade etc. Taguchi chama esta tolerância de tipo N. Há casos em que é desejável que o parâmetro seja o menor possível como impureza, encolhimento ou desgaste. Taguchi denomina este caso de tipo S. Em outras situações o objetivo é que o parâmetro seja o maior possível, como resistência mecânica ou rendimento da gasolina, que Taguchi chama do tipo L. Para cada um dos tipos de tolerância Taguchi aplica uma equação diferente.

DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS E TOLERÂNCIA

Taguchi apresenta os seus métodos de determinação do parâmetro ideal de desempenho (objetivo) e os níveis de tolerância aceitáveis pelo cliente. Para a determinação dos parâmetros e tolerâncias, considera-se as relações entre o custo incrementai de produção e a perda para a sociedade. Sempre que o custo incrementai for menor que o potencial de redução da perda para a sociedade, deveremos aprimorar o nível do parâmetro e estreitar a tolerância.

Desejamos saber a influência de cada parâmetro ou as suas combinações de modo a minimizar as tolerâncias ao redor dos parâmetros otimizados. Para tal levamos em consideração o processo de deterioração dos parâmetros com o tempo de uso e não apenas o seu nível original.

VARIABILIDADE E RUÍDO

Segundo Taguchi, os fatores que causam uma variação funcional de um produto são chamados de fatores de erro ou ruído. Como exemplo, a luminosidade de uma lâmpada fluorescente varia com a flutuação da vol-tagem da rede e se deteriora com o tempo de uso. Existem diversas fontes de variabilidade ou ruído a saber:

A - Ruído externo ou proveniente de condições ambientais que afetam a funcionalidade do produto. Temperatura, umidade, sujeira são exemplos deste ruído.

41

C - Ruído de variação do produto ou de unidade a unidade. São as diferenças entre as diversas unidades de um mesmo produto fabricadas sob as mesmas especificações, como dois automóveis do mesmo ano e modelo.

Os três tipos de ruído aumentam as perdas para a sociedade. Para diminuir os ruídos ou a variabilidade podemos implementar as técnicas tradicionais

11

0n-line11

como o Controle Estatístico de Processos (CEP), que ataca uma parte da variação de produto mencionada em 11

C11

, e os métodos 11

off- line11

que podem reduzir todas as fontes de variabilidade mencionadas acima.

MÉTODOS DE CONTROLE DE QUALIDADE 11

0FF-LINE"

Os esforços de controle da qualidade devem começar na fase de projeto do produto e continuar durante as fases de engenharia de produção e fabricação. O método do controle de qualidade 11

0ff-line11

é implementado em três etapas, a saber:

(1) Projeto do sistema (ou Projeto BÁSICO):

de montagem. Na fase da engenharia de produção, determina-se as características do processo produtivo.

{2) Projeto dos parâmetros (ou projeto SECUNDÁRIO):

Nesta etapa, níveis (valores) de fatores controláveis (parâmetros do projeto) são selecionados para minimizar o efeito dos fatores perturbadores nas características funcionais do produto.

{3) Projeto das tolerâncias (ou projeto TERCIÁRIO):

Esta etapa

é

aplicada quando a redução na variação das características funcionais, alcançada por meio do projeto de parâmetros descrito acima, não for suficiente para atender as exigências do mercado. As tolerâncias são então, especificadas para desvios de parâmetros do projeto em relação aos níveis determinados pelo projeto dos mesmos.

43

Taguchi e Wu resumem estas atividades para uma planta industrial na Tabela 1. Um asterisco(*), como na quarta coluna da Tabela, indica que as perturbações externas podem ser controladas naquela etapa no ciclo de vida do produto. O sinal de adição (+) indica que não é preferível controlar perturbações externas naquela etapa. Um duplo sinal de adição(++) indica a impossibilidade de controlar perturbações na etapa.

Engenharia da Qualidade no Projeto de Produtos

Como foi discutido anteriormente, o projeto do produto exerce grande impacto sobre a sua qualidade.

É

essencial considerar todos os aspectos do projeto que afetam o desvio das características funcionais do produto de seus valores nominais, inclusive os fatores embutidos no produto. É necessário considerar também os métodos de redução dos fatores indesejáveis e incontroláveis (tais como as perturbações) que causam desvios funcionais.

Projeto do Sistema

O projeto do sistema denota desenvolvimento de um protótipo básico, que desempenha as funções desejadas e exigidas de um produto com desvio mínimo de valores nominais de desempenho. Ele inclui seleção de materiais, de peças, de componentes e o sistema de montagem. Por exemplo, o projeto de um circuito elétrico para um aparelho de televisão, que converte uma entrada de 100 Volts de corrente alterné:ida para 115 Volts de corrente contínua, requer estudo para um circuito tecnicamente melhor, que é especificamente importante para este mesmo item. Um sistema de controle automático poderia ser incluído no projeto do circuito, de modo que o valor nominal da tensão desejada (115V) fosse fixado, e então fossem tomadas as medições contínuas na saída do circuito fossem tomadas. Se houvessem desvios entre tais medidas e os valores nominais, o sistema de controle automático deveria alterar o parâmetro relevante do circuito. Por exemplo, ele poderia mudar o valor da resistência de um reostato de modo que a diferença entre o valor nominal e a tensão de saída medida fosse reduzida a zero.

45

Projeto de Parâmetros

Uma vez que é estabelecido o projeto do sistema, a etapa seguinte é determinar níveis ótimos para os parâmetros de cada elemento do sistema, de modo que os desvios funcionais do produto sejam minimizados. Como ilustração de projeto de parâmetro, considere o caso de um circuito de alimentação para aparelhos de televisão com capacidade de converter uma entrada de 1 OOV CA para uma saída de 115 VCC. Após a seleção do protótipo desse circuito (projeto do sistema), é necessário determinar níveis ótimos dos parâmetros do mesmo. Considere um exemplo onde é fornecido o valor de 1 OOV para esse protótipo, embora seja obtida apenas uma saída com SOV. Para reduzir o intervalo de 35V (diferença entre tensão nominal e aquela realmente medida no protótipo), o parâmetro hFE (ganho) de transis-tor usado nesse circuito é ajustado em nível diferente.

Portanto, o nível de hFE deve ser selecionado em Ao, pois as variações em relação a Ao terão pouco ou nenhum efeito na tensão de saída. Esta seleção reduzirá a diferença entre a voltagem real e a nominal para 20V, que deve ser eliminada alterando-se outro parâmetro do circuito. Suponha que o aumento de 1 kQ na resistência reduza a tensão de 5V. A diferença será reduzida substituindo-se o resistor em uso no circuito por outro de valor 4 kQ maior.

140

---130

Y,

120

115

Output

110

voltage

(Tensão

100

de

saída)

90 Yo

80

30 A' _{90 150}

47

Esta combinação minimiza ou diminue os efeitos de perturbações e mantêm um desempenho semelhante ao do valor nominal independente das alterações externas.

Projeto de Tolerâncias

Uma vez que o projeto seja completado e que os valores ótimos dos parâmetros dos elementos (componentes) sejam obtidos, a próxima etapa

é

determinar a tolerância de cada parâmetro individualmente,

Engenharia da Qualidade no Projeto de Processos de Produção

Quando o projeto do produto e a elaboração do protótipo com tolerâncias e especificações em nível ótimo estão completos, iniciamos o projeto do processo de fabricação. Estas fases são similares às outras três da fase do projeto do produto, ou seja, projeto do sistema, projeto de parâmetros e projeto de tolerâncias. Estas etapas serão explicadas agora, a fim de entendermos como podem ser aplicadas nos projetos de processos de produção.

Projeto do Sistema

49

O objetivo principal do projeto de sistema é determinar os processos industriais que possam fabricar o produto dentro dos limites e das tolerâncias especificadas com o menor custo. Esta função do projeto do sistema geralmente é desempenhada pela produção e pela engenharia industrial e de produção.

Projeto de Parâmetros

Os parâmetros que afetam o desempenho do processo de produção são estabelecidos durante os ensaios experimentais do processo. Conseqüentemente, o projeto de processo de produção é classificado como processo de controle da qualidade "off-line", e recorre a experimentos para determinar os níveisótimos dos parâmetros para esse processo.

Projeto de Tolerâncias

Uma vez determinadas as condições operacionais ótimas para cada elemento do processo de produção, estabelecem-se as amplitudes de tolerâncias para mudanças nas condições operacionais e outras variáveis. Como foi mencionado anteriormente, quanto mais reduzida a amplitude para variação das condições operacionais menor a não-uniformidade do produto, o que aumenta inevitavelmente os custos do processo de produção. Portanto, o objetivo

é

encontrar amplitudes ótimas para as condições operacionais que minimizem o custo total da variação e do produto. Este

é

51

Engenharia da Qualidade na Produção

O controle da qualidade "on-line" refere-se às atividades diárias para con-trolar as condições do processo, observando-se tanto as características da qualidade de produtos como os parâmetros do processo. Os métodos empregados em tais atividades são extensão das metodologias da engen-haria, denominadas controle com retroalimentação, controle preditivo e calibração. Sabe-se que todo processo está sujeito a variações aleatórias se não for controlado. Portanto, o objetivo do controle da qualidade na linha é produzir produtos uniformes, ajustando os processos de acordo com a informação obtida nas diversas etapas da operação e no desempenho do produto final. Baseado nesta informação, deve-se planejar a solução para minimizar a perda de qualidade ou custo.

Geralmente, uma só observação é suficiente para controlar o processo em cada período, mesmo em casos com atributos. Um exemplo típico do uso de uma única observação para controlar um processo é o controle do erro de um relógio. Esse controle pode ser realizado pela verificação periódica do erro com um sinal de tempo padrão e corrigindo-o quando sua grandeza exceder a um determinado limite.

qualidade de um é boa enquanto que a do outro é má. O relógio de boa qualidade apresenta um erro de 30 segundos por ano, enquanto que o de baixa qualidade tem uma variação de 30 segundos por dia. Se o relógio de baixa qualidade fosse ajustado diariamente e o de boa qualidade anual-mente, não haveria diferenciação de qualidade entre os dois instrumentos. A qualidade é função não apenas do projeto, como também do sistema de controle.

Comentaremos a seguir alguns pontos da estratégia desenvolvida por Taguchi.

53

qualidade tem o maior impacto, permitindo a incorporação da qualidade ao produto antes da sua produção. O projeto das tolerâncias tem como objetivo diminuir seletivamente as amplitudes de variação dos parâmetros, de modo a minimizar o impacto dos três tipos de ruído nos parâmetros de interesse. Nesta etapa haverá um custo adicional, decorrente do controle das tolerâncias em faixas mais estreitas.

O processo de redução das tolerân,cias

é

interessante, do ponto de vista econômico, quando a redução da perda para a sociedade for menor que o custo adicional de fabricação. Nas duas últimas etapas, o delineamento de experimento

é

a ferramenta indicada para o processo de otimização. Este fato justificou o elevado interesse de Taguchi pela metodologia e análise de resultados de experimentos estatisticamente desenhados.

TÉCNICAS DE DELINEAMENTO DE EXPERIMENTOS

Taguchi desenvolveu uma tecnologia própria de delineamento de ex-perimentos utilizando as propriedades de expansão dos polinômios or-togonais de Chebyshev. Muitos dos experimentos propostos por Tagucchi foram desenvolvidos originalmente por Placket & Burman, em 1946 30. Já

30)PLACKET, R.N.; BURMAN, J.P. The Design of Optimum Multifactorial Experiments.

nos anos 50 estes procedimentos estavam difundidos nos meios científicos e nas entidades de pesquisa e desenvolvimento, como mencionados por Box, Hunter & Hunter 5 em sua obra. O uso das técnicas de delineamento de experimentos foi uma das grandes contribuições de Taguchi

à

tecnologia de controle de qualidade. Simplificadamente, as técnicas de delineamento de experimentos permitem a obtenção das relações de causa e efeito entre uma série de variáveis independentes (fatores, variáveis controladas, causas ou ruídos) e uma ou mais variáveis dependentes (efeitos, propriedades, parâmetros etc.). Com uma metodologia experimental de base estatística não há necessidade de conhecimento prévio do produto ou processo a ser estudado, já que este será considerado como uma "caixa preta" para a avaliação e análise estatística das informaçõés.

Por exemplo, vamos supor que queremos estabelecer se a resistência de uma prancha de surf de fibra de vidro é influenciada por três variáveis de controle: composição (resina-fibra de vidro), temperatura de fabricação e, por último, o tempo de cura. Para cada uma das três variáveis es-tabelecemos dois níveis de experimentação (nível alto e baixo). Neste caso, teremos 2 elevado ao cubo combinações, portanto 8 possibilidades diferen-tes de combinar as variáveis. Com experimentos bem planejados para as oito combinações diferentes e sujeitos a uma análise estatística posterior, poderemos saber de que maneira a temperatura, o tempo de cura e a

S)BOX, G.E.P.; HUNTER,W.G.; HUNTER,J.S. StatisticsforExperimenters:An lntroduction

55

composição do material afetam a resistência mecânica da prancha de surf. A complexidade do delineamento de experimentos aumenta exponencial-mente com número um maior de variáveis analisadas ao mesmo tempo. Dez variáveis em dois níveis diferentes geram 1.024 experimentos diferentes, o que pode inviabilizar o processo experimental e sua análise posterior. Taguchi propõe a utilização de uma fração das combinações possíveis da forma:

C

=

2(n-k) onde n

=

fatores de estudo e k

=

inteiro menor que n -Equação 2

Desta forma Taguchi tenta diminuir o número de experimentos totais, mas com a conseqüente perda na qualidade dos resultados obtidos, já que nem todas as possibilidades de combinação são exploradas. As conclusões obtidas podem ser incorretas, principalmente quando existem interações ou não linearidade das variáveis. Além da experimentação fracionária, Taguchi usa um sistema de duas matrizes diferentes, uma para os fatores e outra para os ruídos, o que aumenta a complexidade da implementação direta de seu método experimental.

A escolha, por Taguchi, de métodos muito particulares de experimentação 39

é bastante criticada pelos estatísticos industriais e profissionais de

controle de qualidade, por não terem uma base teórica que justifique a maior complexidade compara-los com os métodos clássicos de experimentação5.

Os métodos clássicos sugerem três etapas seqüenciais que são: separação dos fatores, interação e otimização.

Na etapa de separação, exploramos o universo de 6 a 30 fatores com o objetivo de identificar aqueles de maior influência na resposta dos efeitos em estudo. A quantidade total de experimentos pode ser de, no mínimo, o número de fatores mais quatro. Com este enfoque, avaliamos o grau de importância relativa de cada fator com o mínimo de experimentos, e excluir-mos os fatores menos importantes do próximo passo experimental.

Na etapa de interação, avaliamos cada fator individual e a interação entre os vários fatores já selecionados anteriormente. Esta etapa requer um número maior de experimentos para avaliar os erros e incertezas experimen-tais. O número mínimo de experimentos é dado por 2K para K fatores que devem estar restritos na faixa 3 a 8 após a primeira etapa. A segunda etapa é quando tentaremos reduzir os efeitos de ruído, minimizando a variabilidade total do sistema.

5)BOX, G.E.P.; HUNTER,W.G.; HUNTER,J.S. Statistics forExperimenters: An lntroduction

1•"

57

A terceira etapa, que não é contemplada pelo método específico de Taguchi, tem como objetivo desenvolver as relações empíricas entre os diversos fatores que influenciam a resposta do sistema. Cada fator é experimentado em vários níveis e não apenas dois (alto e baixo), como nas etapas anteriores. Nesta etapa, avaliaremos as relações não lineares, os erros experimentais e isto permite desenvolver as equações de relação entre as diversas variáveis que podem ser otimizadas pelos métodos de pesquisa operacional, como programação linear, por exemplo.

Este tipo de trabalho, que envolve experimentação seqüencial, vai, por sua vez, reduzindo o número de variáveis estudadas na medida em que conhecemos melhor as que são importantes das que pouco afetam a qualidade do produto. Com esta estratégia de experimentação poderemos reduzir o custo total dos experimentos, além de permitir um melhor co-nhecimento da influência das variáveis independentes, seus efeitos e interações.

CRITICA AOS MÉTODOS DE TAGUCHI

Alguns criticam todo o seu trabalho, dizendo que é muito complexo e de difícil compreensão, ou as suas definições de qualidade como "perda para a sociedade". Outros criticam o método peculiar de delineamento de ex-perimentos. Kakar 20 e outros autores 24 apresentam, no mesmo periódico, um conjunto de críticas bastante coerente, as quais deve ser analisadas por qualquer pessoa interessada em utilizar os manuais de Taguchi nas suas empresas.

A minha experiência própria no gerenciamento do controle de qualidade numa grande empresa, usuário de técnicas de delineamento de experimen-tos para solução de problemas da função, é que a filosofia de Taguchi é muito boa e praticável na maioria dos ambientes indústriais, mas as suas técnicas experimentais são muito inferiores aos métodos antes referidos como clássicos. O uso da filosofia de Taguchi, acoplada a uma metodologia tradicional de delineamento de experimentos, pode resolver graves problemas de qualidade, principalmente nos segmentos industriais em que as relações de causa e efeito não são bem conhecidas. As indústrias química, farmacêutica, alimentícia, de materiais cerâmicos, celulose, papel, e siderúrgica são as que tem mais se beneficiado desta nova tecnologia, em nível mundial.

20)KACKAR, Raghu N. Otf-Line Quality Contra/, Parameter Design, and the Taguchi

Method. Journal of Quality Technology, Oct. 1985, págs. 176-188, Vol17, N2_4.

24)LUCAS, James M. Discussion. Journal of Quality Technology, October 1985, Vol17, Nº

59

L (Y)

FUNÇÃO DE PERDA L=K(t

-1:)

'2..

/

,.

~

TOLERANCIA DO CONSUMIDOR

$

A

t - - - - t - - - _ _ _ , _ . _ _ _ _ _ _ _ _ _ . _ _

"

TOLERANCIA

~

__...,

DO FABRICANTE

$

B

t---+--~r---,1(---i

OBJETIVO

'

t'

I

FIGURA 3

DISTRIBUIÇÕES DA POPULAÇÃO

PRODUTO

SEGREGADO

~

PELA INSPEÇAO

/

OBJETIVO

(t)

I

... 1 - - - 1 .... ~ :

~ I

TOLERANCIA

AUMENTO

DA

V ARIABIIJDADE

....

MESMO SEGREGANDO O PRODUTO FORA DE ESPECIFICAÇAO

J

TABELA 1

Atividades do Controle da

Qualidade

Fora da linha

Na linha

Fase do

produto

Projeto do produto

Engenharia da produção Pmcesso pmdutivo Etapas

Projeto do sistema Projeto do parâmetro Projeto de tolerância

Projeto do sistema Projeto do parâmetro

Projeto de tolerância

Contmle do Processo Retroalimentaçáo

Inspeção etc.

*=POSSÍVEL

+ = NÃO PREFERÍVEL

++ = IMPOSSÍVEL

,

CAPITULO

5

-CASOS DE APLICAÇAO DE

_,

TECNICAS

11

0FF-LINE

11

CASOS DE APLICAÇÃO DE TÉCNICAS

11

0FF-LINE .. NA INDÚSTRIA DE PROCESSO

Neste capítulo vamos descrever alguns casos reais de aplicação de técnicas modernas de controle de qualidade aplicadas nas indústrias de processos. Os casos foram selecionados de modo a deixar muito claro ao leitor os · benefícios destas técnicas. A apresentação dos casos e os resultados obtidos mostram que estes problemas não poderiam resolveriam com a simples implementação do Controle Estatístico de Processos, exigindo o emprego de técnicas mais sofisticadas.

65

CASO 1 - DUPONT DO BRASIL 8/A- FÁBRICA DE L YCRA

PAULÍNIA --SÃO PAULO

Técnicas empregadas:

• Análise de variação

• Delineamento de experimentos

• Plano de amostragem

PROCESSO

por resistências elétricas e há um fluxo de nitrogênio quente destinado à

remoção do solvente e secagem dos filamentos. Cada célula produz vários filamentos que são enrolados em tubos por bobinadeiras com múltiplas posições na parte inferior da célula. As 20 células são adjacentes e colocadas em dois grupos de 1 O, sendo um na parte frontal e outro na parte traseira.