Glauco Diniz Duarte Tbic – Sistema Lean Manufacturing e a Indústria 4.0

 

Segundo o Dr. Glauco Diniz Duarte, A cada ano que passa a indústria vem se modernizando. Essa modernização tem início no século XVIII e XIV e trouxe grandes mudanças. Na Europa, particularmente, havia uma grande quantidade de trabalhadores manuais devido à ausência de máquinas para realizar tarefas ou produzir determinadas ferramentas. 

Apesar dos trabalhos serem realizados manualmente, alguns países europeus possuíam manufatura. Essas manufaturas, eram grandes oficinas onde diversos artesãos realizavam atividades em condições sub-humanas com grandes jornadas de trabalho. 

Contudo, esse panorama estava preste a mudar. Entre 1760 e 1840, a Inglaterra liderou as mudanças que estavam ocorrendo na indústria. Houve um grande crescimento da indústria têxtil graças ao uso do tear mecânico. 

O marco dessa Primeira Revolução Industrial foi o uso das máquinas à vapor.

Em meados de 1860/1870, surgem novas mudanças como o uso da energia elétrica e a utilização de combustíveis fósseis. Nessa fase, outros países como Alemanha e França tiveram uma maior participação. 

Foi a Segunda Revolução Industrial que deu início a linha de montagem com o Fordismo e o Taylorismo. 

Esse modo de produção em linha permitiu que um grande volume de carros fosse produzido em curto período. 

Outro fator importante é que, com o uso da luz elétrica, as fábricas que anteriormente trabalhavam em jornadas limitadas pela luz solar, passam a funcionar em período integral.

Foi na metade do século XX que começa a TerceiraRevolução Industrial. Marcada pelo uso da robótica e internet, trouxe grandes mudanças no cenário da produção. 

O uso da internet permitiu a troca de informações e dados de maneira rápida e eficaz. 

Além disso, a robótica revolucionou a produção, tanto sobre o aspecto colaborativo (auxiliando os trabalhadores do chão de fábrica) como realocando mão de obra para atividades não automatizáveis. 

Nesse contexto, começam a surgir, no período pós Segunda Guerra, novas estratégias de manufatura que se diferenciavam daqueles existentes nos Estados Unidos. 

Surge, particularmente no Japão, um modelo de produção enxuta que mais adiante ficou conhecido como Sistema de Produção Enxuta ou STP – Sistema Toyota de Produção (Lean Manufacturing. 

Esse sistema passou a ser estudado e aplicado por diversas empresas ao redor do mundo.

Recentemente, novas tecnologias envolvendo computação em nuvem, IoT (Internet of Things), inteligência artificial, realidade virtual e realidade aumentada, revolucionaram mais uma vez a forma e o modelo de produção atual. 

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Contudo, essa mudança não ocorre de maneira rápida. São necessários investimentos e estudos para decidir qual o momento certo para fazer essa transição para a Indústria 4.0 devido ao alto investimento e as novas competências requeridas.

 

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LEAN MANUFACTURING

Lean Manufacturing, também conhecido como sistema de produção enxuta, foi criado e disseminado pelas grandes empresas automotivas. 

Em meados de 1990, diversas técnicas de produção Lean começaram a surgir em vários ramos industriais no Brasil. Sendo uma importante técnica de aumento de produtividade, se faz necessário estudá-la com maior profundidade.  

Karlsson & Ahlström, (1996) diz que o propósito do Lean, criado pela Toyota no período Pós Segunda Guerra Mundial era a redução de desperdício. 

Outro fator determinante para o Lean é a busca pela melhoria contínua, cuja ideia vem da palavra japonesa Kaizen. Contudo, o significado usado por eles vai além da melhoria contínua, podendo ser traduzido como: “melhoria contínua envolvendo todos”. 

Apesar do conceito de Lean ir muito além de ferramentas, os autores sugerem alguns parâmetros e ferramentas para análise de eficiência Lean, tais como:

1. Redução dos estoques – Os produtos estocados não geram receita enquanto estiverem armazenados. Além disso, o estoque gera um risco de perda por obsolescência do produto;

2. Diminuição do tamanho dos lotes – Com lotes menores, não há “sobra” de produtos que precisem ser estocados. A produção deve ser pensada para que não haja sobras. Lotes menores geram estoques menores;

3. Transporte de peças – O transporte de materiais necessários para uma determinada etapa do processo de fabricação também não agrega valor ao produto. Portanto, a criação de células de produção diminuiria o lead time de produção;

4. Qualidade do produto – É de responsabilidade de todos os trabalhadores a qualidade dos produtos que estão sendo produzidos. Sendo assim, não é necessário que haja um grande setor de qualidade, pois a verificação é feita ao longo de todo o processo por todos os trabalhadores;

5. Just-in-time– O princípio é que cada parte necessária para a montagem do produto deve chegar na hora certa na linha de produção e com a qualidade necessária para que não haja necessidade de ajustes. Para isso, sugere a diminuição dos tamanhos dos lotes e, somado a isso, a diminuição do tempo de espera;

6. Equipes multitarefas – Estas equipes costumam trabalhar em subáreas de produção chamadas de células. Nessas células, a equipe é responsável por executar todas as tarefas. O principal objetivo é que ao invés de ter funcionários trabalhando em apenas uma tarefa específica hajam menos funcionários trabalhando em mais de uma atividade. Isso diminui a dependência de apenas uma pessoa especializada em uma tarefa específica tornando o trabalhador mais flexível;

7. Descentralização de atividade – Todos são responsáveis pela supervisão das tarefas. No modelo ideal, deve haver uma certa rotatividade de liderança entre os funcionários que foram devidamente treinados para este fim.

 

Goodson (2002) traz um novo método para análise da maturidade Lean. O autor desenvolve uma ferramenta de análise, chamada por ele de “The Rapid Plant Assessment (RPA)”. 

A folha de classificação apresenta 11 categorias para avaliar a consistência de uma planta, e o questionário da RPA fornece 20 perguntas (sim ou não) para determinar se a planta usa as melhores práticas nessas categorias. 

Abaixo estão listadas algumas das categorias apresentadas pelo autor em sua pesquisa.

1. Satisfação do cliente – Os funcionários sabem quem são seus clientes e o seu principal objetivo é satisfazê-los.  Outro fator importante é a apresentação da fábrica. O cliente deve ser bem-vindo a fábrica, para isso, é importante que os funcionários sejam capacitados para apresentar a planta;

2. Meio ambiente, segurança, limpeza e ordem – Em uma fábrica limpa e organizada é mais fácil de se trabalhar. Não há necessidade de procurar por alguma peça, pois elas estão catalogadas e devidamente organizadas;

3. Uso do espaço, movimentação de materiais e fluxo de linha de produtos – As plantas mais eficientes são aquelas que utilizam o espaço de maneira eficiente. Os materiais necessários para a produção devem ser movidos apenas uma vez;

4. Trabalho em equipe e motivação – As fábricas devem possuir um quadro de funcionários, uma área reservada para sugestões de melhoria e até mesmo medidas de segurança expostas. Além disso, informações tais como o preço e data da última manutenção são importantes para demostrar que a empresa investe para manter o funcionamento da fábrica.

 

SISTEMA TOYOTA DE PRODUÇÃO (STP)

 Durante muito tempo, a Toyota não documentou seus processos de fabricação – Liker (2005). Era fácil para uma empresa de pequeno porte ensinar aos seus colaboradores e fornecedores como funcionavam seus processos. 

Com o passar dos anos, a montadora cresceu e a tarefa de passar para todas as plantas ao redor do mundo as “melhores práticas” aderidas se tornou inviável. Pensando nisso, Taiichi Ohno (1988) elaborou um modelo representativo do STP (figura 1).

Figura 1 – Casa do Sistema Toyota de Produção. Fonte: Ohno (1988).

Assim como toda casa, para que ela se mantenha estável é preciso que as colunas, os alicerces e o telhado estejam todos bem solidificados. 

Caso um deles esteja comprometido, todo o resto é afetado. Nesse sentido, Ohno colocou, em cada estrutura da casa, quais as ferramentas necessárias para a sustentabilidade do modelo por ele desenhado.

Telhado – Melhoria da qualidade, menor custo, mais segurança e menor lead-time, são características fundamentais do Sistema Toyota de Produção. 

Para que cada um desses pontos seja alcançado são necessárias ferramentas de gestão Lean. Para que não haja desperdício a produção deve ser puxada pela demanda evitando um volume de estoque muito grande.

Pilar Just-in-time – Just-in-time é o nome dado a um processo sincronizado e eficiente. Para que isso ocorra, é necessário um mapeamento de todo o fluxo de produção. 

Todas as etapas do processo devem estar bem definidas e delimitadas para que a produção seja organizada. 

A peça certa deve chegar a determinado setor de produção na hora certa e na quantidade necessária para que não haja gargalos no processo. Outro fator importante dentro do pilar é o sistema puxado. 

Para que não haja excedentes, a produção é puxada conforme a demanda. À medida que novos pedidos chegam, aumenta-se a produtividade e à medida que menos pedidos chegam, diminui. 

Essa medida encadeia uma série de benefícios tais como: redução do estoque e diminuição do tamanho do lote.

Pilar Jidoka – Jidoka ou autonomação é um termo que surgiu no século 20 como parte do STP. Apesar de, muitas vezes, ser relacionado com automação, esse termo não se restringe somente as máquinas. 

É importante ressaltar que ele está muito mais relacionado com a autonomia dos colaboradores em identificar e solucionar um problema à automação.

Permitir que funcionários parem a linha de produção caso um problema seja identificado é parte fundamental do processo de manufatura. Isso evita o desperdício de tempo com retrabalhos e aumenta a qualidade do produto. 

Por não se tratar apenas de máquinas, a autonomação pode ser aplicada em qualquer tipo de negócio ou trabalhos que desenvolvam alguma atividade manual. 

O Jidoka é descrito como a forma capaz de “humanizar a interface entre a máquina e o operador” (Slack, 2009, p.451).

Centro – Ao centro tem o termo Kaizen que significa a busca pela melhoria contínua. Nesse sentido, funcionários treinados ajudam identificar erros ou falhas do processo de produção. 

Os colaboradores devem ser treinados para identificar qual a raiz do problema evitando que ele se repita. Práticas como os 5 porquês são eficazes na identificação da causa raiz. 

Essa prática consiste em se perguntar repetidamente os motivos que levaram àquela falha.

Alicerce – Na base estão todos conceitos que solidificam toda estrutura da casa. Uma vez que os princípios de autonomação foram aplicados, os funcionários devidamente capacitados, para que haja sustentabilidade do processo é necessário padronizá-lo. 

A padronização ajuda manter as boas práticas e evita que problemas futuros tenham que ser solucionados novamente.

Por fim, o STP é erroneamente enxergado por alguns autores como uma caixa de ferramentas – 5S, JIT, 5 porquês etc. Ele é muito além disso. Pode ser encarado como uma cultura onde todos devem estar engajados com o mesmo propósito. 

“É um sistema sofisticado de produção em que todas as partes contribuem para o todo” (Liker 2005). Todas as medidas em conjunto são necessárias para a manutenção do Lean Production. 

INDÚSTRIA 4.0 

De acordo com o estudo da Acatech – “Industrie 4.0 Maturity Index” (Schuh et al., 2017), muitas organizações ainda não possuem um entendimento básico dos principais aspectos da Indústria 4.0. 

“Por exemplo, as empresas geralmente limitam incorretamente a Indústria 4.0 à digitalização ou automação total”. Ademais, ao invés de buscar um senso de mudanças coletivo, promovem mudanças isoladas que geram pouco ou quase nenhum efeito. 

Para que seus benefícios possam ser percebidos, é necessário que essas mudanças sejam aplicadas em todos os setores, quer seja ele de relacionamento com o cliente (envolvendo ferramentas de análise comportamental) como automatizando processos industriais.

Segundo o estudo, a principal característica dessa nova era é a agilidade para realizar mudanças. Quanto mais rápido as mudanças organizacionais forem tomadas para se adequar a necessidade do mercado atual, maiores serão seus benefícios. 

Além disso, as mudanças também estão relacionadas ao tempo de produção e entrega. Empresas com agilidade e adaptada às novas tecnologias conseguem produzir melhor – com mais qualidade – e mais rápido, entregando em um prazo menor.

Cada empresa analisada no estudo tem um objetivo final diferente. Para isso, foi criado um mapa para que cada uma das empresas pudesse alcançar o nível de maturidade desejado. 

Para mensurar em qual nível de maturidade 4.0 elas estavam, o estudo foi dividido em 6 etapas, sendo elas (figura 2):

1. Informatização – A informatização antecede o processo de digitalização. Hoje em dia, muitas empresas já estão informatizadas, com diversos maquinários que realizam atividades repetitivas com alta precisão. 

Contudo, esses equipamentos, em sua maioria, não estão interconectados sendo necessário realizar o setup individual de cada um deles.

2. Conectividade – Nesse estágio, as máquinas estão conectadas a aplicativos que gerenciam o processo de produção. Aqui, os funcionários do chão de fábrica conseguem acompanhar todo o processo de produção de determinada peça, desde sua formação (CAD) até a sua usinagem (CAM) e finalização. 

Além disso, os fabricantes das máquinas e ferramentas conseguem realizar manutenções nos equipamentos utilizados por seus clientes, graças ao acesso remoto possibilitado pela conectividade.

3. Visibilidade – Graças ao avanço da tecnologia, o custo dos sensores vem diminuindo. Isso permite que as empresas implementem sensores não somente em células de produção, mas em toda a fábrica. 

Os sensores também auxiliam na criação do que o autor vai chamar de “gêmeo digital”. Com base nos dados coletados em tempo real dá para mensurar o que está sendo produzido e se esses produtos serão finalizados dentro do prazo estipulado.

4. Transparência – Nessa fase, é necessário que a empresa tenha capacidade de analisar os dados coletados com o uso de engenharia. 

Diferentemente dos outros processos, aqui há uma quantidade enorme de dados que não é possível de ser analisado usando métodos convencionais. 

Neste instante, entra um conceito muito utilizado hoje em dia chamado de Big Data Analytics.

5. Capacidade Preditiva – Uma empresa que possui um gêmeo digital bem construído tem a capacidade de prever acontecimentos futuros.

Isso é fundamental para evitar possíveis paralisações de projetos e manufatura. Com essas informações em mãos é possível tomar uma série de decisões para minimizar os impactos negativos.

6. Adaptabilidade – Um bom medidor para avaliar o nível de maturidade 4.0 é a adaptabilidade. Quando as mudanças são feitas de maneira rápida e sem a necessidade de ação humana é um indício que o último estágio da Indústria 4.0 foi alcançado.

LEAN 4.0 

A literatura existente está estruturada em duas perspectivas: “O Lean Manufacturing é considerado um pré-requisito para a introdução de ferramentas da Indústria 4.0 ou as ferramentas da Indústria 4.0 são consideradas promotoras de Lean”. 

A digitalização (figura 2) faz parte dos primeiros passos rumo a Indústria 4.0. Segundo o artigo “Industrie 4.0 meets Lean – Guideline to increase added value holistically” de Matternich et al.(2018), a digitalização pode ser dividida em dois aspetos diferentes. 

A digitalização de processos internos trazendo benefício direto para a empresa ou a digitalização de produtos e serviços que são oferecidos ao cliente. 

Uma vez que o produto está conectado, ele garante o relacionamento com o cliente para além da venda. Ele se converte na chave que liga o fabricante ao usuário. 

Com isso, surgem novos modelos de negócios completamente digitais que conectam os serviços atrelados ao produto com o cliente.

Outro aspecto importante está relacionado com a rede que se forma com essa nova visão. Os relacionamentos são verticais no sentido de que os dados vão dos sensores instalados no chão de fábrica diretamente para nuvem e são horizontais no sentido de que a produção é orientada ao cliente. 

Vale ressaltar que cada empresa tem o seu próprio caminho rumo a industrialização, pois não há uma caixa de ferramentas capaz de ser aplicada de maneira a trazer aumento de produtividade instantâneo.

Tanto o Lean quanto a Indústria 4.0 estão essencialmente em busca dos mesmos objetivos. Ambos buscam uma produção eficiente, com mais qualidade, segurança e menos desperdício de tempo. 

A Indústria 4.0 vai um passo à frente e traz a importância da individualização do produto e criação de serviços que possam entender a relação do cliente e produtor. 

Enquanto o Lean utiliza-se de padronização de processos para análise de desvios, a Indústria 4.0 utiliza de sistemas cognitivos capazes de auto otimizar os processos.

Outro ponto que evolui com as novas mudanças é um dos principais pilares do Modelo Toyota de Produção, o Jidoka. 

A autonomação, que dá ao funcionário a autonomia de parar as linhas de produção, passa a ser substituída pelo uso de algoritmos capazes de traçar caminhos de produção diferentes de forma a minimizar os impactos de interrupção do fluxo de produção. 

Com isso, é possível perceber que a Indústria 4.0 veio para eliminar as barreiras e atingir patamares que a cultura enxuta não conseguiria sozinha. 

Na figura 3, podemos perceber, segundos os autores do artigo supracitado, quais os pontos em comum e contraditórios do Lean e da Indústria 4.0. 

As duas primeiras linhas mostram a divergência entre Lean e Indústria 4.0 e as demais mostram a sinergia entre esses dois modelos. 

 

O principal objetivo do Lean é ser a prova de erros, zero desperdício e gerar o máximo de valor possível ao produto. Por esse motivo, as tecnologias da Indústria 4.0 somam a esse modelo pré-existente trazendo digitalização sem renunciar os objetivos primordiais. 

Para analisarmos a maturidade do Lean juntamente com os estágios que antecedem o Lean 4.0 são necessários 5 passos conforme figura 4.

1. Primeiros passos do Lean: Muitas empresas que começam a implementar a manufatura enxuta o enxergam como uma caixa de ferramentas. 

Muitas delas utilizam o ferramental listado nesse artigo para resolver e solucionar projetos individuais. No entanto, se a cultura Lean for aplicada somente a projetos isoladas não levará a resultados sustentáveis.

2. Perspectiva do fluxo de valor: a forma como lidamos com as atividades encadeadas afetam diretamente o custo e o lucro da empresa. 

“Com o objetivo de deixar os produtos fluírem e reduzir o tempo de processamento, o Value Stream Management ajuda a desenvolver a visão de um Lean value”. 

Os resultados do gerenciamento da cadeia de valor muitas vezes são melhorias na qualidade e diminuição no tempo de processamento.

3. Perspectiva do funcionário: Para assegurar o princípio de melhoria constante, os colaboradores devem ser capacitados para identificar os desvios dos padrões. 

Nesse passo, é necessário o apoio e gerenciamento da liderança para indicar qual o caminho correto em busca da melhoria. 

Como já citado, é fundamental que a manufatura enxuta seja aplicada de maneira vertical – chão de fábrica até a liderança – e de maneira horizontal alcançando os clientes e fornecedores.

4. Manufatura digital: Uma vez que uma certa maturidade foi atingida, é possível digitalizar alguns processos. Para identificar quais etapas da manufatura podem ser digitalizadas e melhoradas, os autores sugerem perguntas, como: 

Quais são as máquinas essenciais para a qualidade do produto? Quais processos ainda não foram melhorados? Quais setores possuem manufatura flexível capaz de individualizar os produtos de acordo com o cliente.

5. Lean 4.0: Nessa fase, o sistema enxuto deixa de ser o modelo do chão de fábrica e passa a ser uma abordagem gerencial em toda empresa. 

O primeiro passo é a conexão entre o sistema de TI do fornecedor com a solicitação do cliente. Cada vez que um novo pedido é feito, o fornecedor é notificado e uma série de processos interconectados se iniciam. 

LEAN VS. INDÚSTRIA 4.0 

Na figura 1 foi apresentado o Sistema Toyota de Produção. Com o avanço da tecnologia, muitos limites foram superados e novas ferramentas passaram a ser usadas. 

Os limites estão relacionados com cada pilar do STP, sendo o primeiro deles a estabilidade e padronização de processos. A padronização existe para auxiliar o reconhecimento de desvios e erros. 

No entanto, com a individualização dos produtos e a constante mudança de setup, se torna cada vez mais difícil criar processos estáveis e padronizados. Para solucionar esse problema sugere-se a modularização de trabalhos que possuem processos semelhante (Mayr et al., 2018).

O segundo limitante, identificado pelo autor, é o gerenciamento visual. 

“A representação visual das condições e desempenho do processo, bem como procedimentos padrão e documentos de trabalho, oferece aos funcionários e à gerência a oportunidade de reconhecer desvios imediatamente e sem atividades adicionais”. 

Cada desvio deve desencadear processos de melhoria como rodas de PDCA.  

Gravação manual de padrões e a atualização das melhorias realizadas torna o processo exaustivo. Outro aspecto que torna a Indústria 4.0 um objetivo a ser alcançado é a capacidade preditiva. 

Com dados gerados a todo instante por meio dos sensores, é possível prever quando será necessário realizar manutenção nos maquinários, evitando desperdício de tempo com manutenções não planejadas. 

“A utilização de ciclos PDCA digitais documentados permite uma pesquisa em rede de eventos semelhantes e, assim, soluções bem-sucedidas” (Matternich et al. 2018).

O terceiro limitante analisado é a produção nivelada. Como sabemos, a demanda flutuante pode levar a uma produção flutuante. Isso pode levar a busca por ganho de produção para suprir a demanda. 

Contudo, quando a demanda está baixa, o potencial de produção é reduzido não usando toda capacidade fabril. 

O nivelamento faz com que a produção sempre esteja limitada ao máximo possível, evitando a sobrecarga de alguma estação de trabalho. 

Para evitar o atraso na entrega por falta de capacidade produtiva, deve-se definir o limite produtivo e aceitar novos pedidos com base nele. Dessa forma, os pedidos são entregues dentro do prazo.

O quarto limitante está relacionado com o takt-time. Para evitar intervalos improdutivos dentro do processo de fabricação, toda a cadeia, desde o pedido até a entrega, deve estar conectada. 

No entanto se a demanda é flutuante e os produtos produzidos para um mesmo cliente possuem lista de materiais diferente, fica muito difícil definir qual o tempo necessário para produção. 

Para evitar o tempo ocioso de produção, a cadeia de valor deve ser planejada “desde o contato com o cliente até a manutenção do produto”. 

O desenho de toda cadeia ajuda a identificar os gargalos antes mesmo de se iniciar a produção.

O quinto limitante analisado é o pilar Jidoka. Em uma estação de trabalho onde são produzidos mais de uma infinidade de produtos diferentes, fica difícil não passar algum erro. 

Uma vez que os processos estão digitalizados, fica mais fácil identificar o local onde acontece o erro. 

Outro uso para os dados é o aprendizado de máquina que podem identificar os erros mais rapidamente evitando que eles se tornem um defeito.

Por fim, ao centro do modelo Toyota temos a melhoria contínua. Para que ela ocorra, os processos devem estar bem definidos para que o desvio, por pequeno que seja, possa ser percebido. 

No entanto, esse processo deixa de ser eficiente quando não é documentado e disponibilizados para que todas as áreas de trabalho tenham acesso a ele. 

A documentação evita que processos já otimizados em alguma área dentro da empresa passem por novos ciclos de PDCA

 

 

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