Projeto Black Belt na siderurgia: o case da pré-laminação que custava R$ 221 por tonelada

Retirar uma etapa de um processo siderúrgico parece só uma decisão de custo. Na prática, quase toda etapa existe porque protege alguma coisa, e o trabalho do projeto é descobrir o quê antes de removê-la.

Este case acompanha um projeto Black Belt na siderurgia que pretendia eliminar a pré-laminação de um aço na rota da laminação de tiras a quente. A etapa custava R$ 221 por tonelada e o ganho anual declarado era de R$ 1,68 milhão.

No caminho, o mapa de fluxo de valor mostrou um lead time de 18,3 dias que poderia cair para 10,2. A capabilidade do prazo de entrega deu Ppk de -0,09. E um boxplot de sucata revelou que, sem a etapa, o defeito de lasca subia.

O relato segue as cinco fases do DMAIC. Em cada uma aparece o que a equipe fez, por que escolheu cada ferramenta e como ler o resultado. O desfecho mostra o percentual fora do limite caindo de 76,25% para 28,81%, com o que ainda ficou em aberto.

Sobre a procedência: este é um projeto real de aluno da formação Black Belt da Voitto, descaracterizado para proteger o cliente. A empresa aparece como Voitto Steel e o aço sem o código original. Os números vêm da apresentação original. O que foi acrescentado para explicar, como o contexto do processo, a leitura das causas e os exemplos de cálculo, está identificado como ilustrativo.

Placa, forno e laminador: onde fica a pré-laminação no caminho da bobina quente

Para entender o projeto é preciso conhecer o caminho do aço. A aciaria produz o aço líquido, que é solidificado no lingotamento contínuo e cortado em placas. Uma placa é um bloco retangular de aço com algumas toneladas.

A placa segue para a laminação de tiras a quente, chamada na apresentação de LTQ. Ali ela é reaquecida num forno e passa por cadeiras de laminação que reduzem a espessura até virar uma tira enrolada. Esse produto é a bobina quente preta, ou BQ preta.

No aço estudado, a rota padrão tinha um passo a mais. A placa era enfornada, pré-laminada, resfriada, esmerilhada e só então enfornada de novo para a laminação final. A pré-laminação é, portanto, um segundo ciclo de forno e laminador para o mesmo material.

Esse passo extra ocupa forno, consome energia e alonga o tempo até a entrega. A Voitto Steel, nome usado para descaracterizar a empresa, atua no corte e laminação de aço. A equipe observou que a etapa agregava pouco ao processo de LTQ e derrubava a produtividade.

R$ 221 por tonelada: o custo de manter uma etapa que talvez não precise existir

A apresentação traz dois custos. Com pré-laminação, o aço custa R$ 11.114 por tonelada. Sem ela, custaria R$ 10.893 por tonelada. A diferença é de R$ 221 por tonelada, ou 1,99% do custo.

A meta declarada foi eliminar a etapa, com ganho de 1.680 MR$ por ano, ou seja, R$ 1,68 milhão. A fonte não informa o volume anual. Dividindo o ganho pela diferença unitária, o volume implícito é de cerca de 7.600 toneladas por ano, conta feita para este artigo.

O número é pequeno por tonelada e grande no ano, padrão típico da siderurgia. Por isso o critério de cálculo merece o mesmo cuidado de qualquer retorno financeiro de projeto Seis Sigma: custo evitado, volume real e o que fica fora da conta.

Um charter que pede para remover, e não para ajustar

A maioria dos projetos de Lean Seis Sigma tenta reduzir um defeito ou uma variação. Este pedia algo mais arriscado: tirar uma etapa inteira da rota de fabricação. Se a etapa existia, alguém a colocou ali por um motivo técnico.

Isso muda a lógica do DMAIC. Não basta provar que a etapa custa caro. É preciso descobrir o que ela protege e garantir que o processo continue protegido sem ela.

O risco central não aparece no slide de definição. Ele surge na medição, e é justamente por isso que esta fase pesou tanto no case.

16,6 dias de lead time contra um limite de 15: a linha de base da entrega

A primeira medição foi o tempo de entrega da BQ preta, em dias, com 120 observações. A média ficou em 16,606 dias e o desvio padrão em 4,235 dias. O mínimo foi 7,6 dias e o máximo, 31,8.

O intervalo de 95% de confiança para a média foi de 15,840 a 17,371 dias. A leitura é direta: mesmo no limite inferior do intervalo, a média verdadeira está acima dos 15 dias usados como limite.

O teste de normalidade de Anderson-Darling deu valor-p abaixo de 0,005. Os dados não seguem a distribuição normal. Essa informação decide qual modelo usar na capabilidade, como mostra a fase de medição.

21 períodos e mediana zero: quanto aço já saía sem pré-laminação

O segundo resumo estatístico mostra o percentual produzido sem pré-laminação, em 21 observações. A média foi 4,72%, mas a mediana foi zero e o primeiro quartil também. Em pelo menos metade dos períodos, nada saiu pela rota curta.

O máximo chegou a 29,41% e o terceiro quartil a 9,19%. A distribuição é muito assimétrica, com assimetria de 1,97. É o retrato de uma rota alternativa usada de forma esporádica, sem padrão.

Esse dado tem dois usos. Mostra o tamanho da mudança pedida, de menos de 5% para 100% sem a etapa. E mostra que existe histórico real da rota curta, o que permite comparar com e sem pré-laminação usando dados da própria usina.

Quando a média e a mediana se afastam tanto, reportar só a média engana. O boxplot desenhado abaixo do histograma deixa isso visível em segundos.

O mapa de 18,3 dias: onde a pré-laminação aparece no fluxo de valor

A fase de medição começou pelo mapa da cadeia de valor do estado atual. O VSM desenha o fluxo de material e de informação e separa tempo que transforma o produto de tempo de espera.

No estado atual, a rota tinha quatro processos: produzir placas, enfornar e pré-laminar, esmerilhar e enfornar e laminar final. Entre eles havia estoques intermediários, marcados com triângulos no mapa.

Só 18% do tempo agregava valor. A pré-laminação em si dura 0,16 dia, mas arrasta consigo um estoque de 6 dias antes do esmerilhamento. O custo da etapa não está na máquina, está na fila que ela cria.

O estado futuro de 10,2 dias e os 8,1 dias que a etapa carregava

O estado futuro remove o processo de enfornar e pré-laminar. A placa vai direto para o esmerilhamento e daí para a laminação final. Restam dois estoques, de 3 e 4 dias.

A redução de 8,1 dias corresponde a 44% do lead time. Quase toda ela vem de espera, não de processamento. O tempo que agrega valor praticamente não muda.

O mapa futuro também explica por que o lead time medido, de 16,6 dias em média, não alcançava o limite de 15. Com um estoque inteiro a mais na rota, a meta de entrega era inalcançável sem mexer na estrutura do fluxo.

Ppk de -0,09 com modelo de Weibull: a capabilidade de um prazo de entrega

Com o lead time em mãos, a equipe calculou a capabilidade do processo contra o limite superior de 15 dias. Como os dados não eram normais, o cálculo usou a distribuição de Weibull, que se ajusta melhor a tempos assimétricos.

O resultado foi Ppk de -0,09. Um Ppk negativo significa que a média do processo já está do lado errado do limite. Não é processo apertado, é processo fora.

As 625.000 partes por milhão observadas equivalem a 62,5% das entregas acima de 15 dias, ou 75 de 120. O valor esperado pelo modelo, 618.577, ficou próximo. Isso indica que o Weibull descreveu bem os dados.

Para comparação, um cálculo pela normal daria Ppk de cerca de -0,13. A escolha do modelo muda o número, mas não a conclusão.

A sucata por lasca e o motivo de a pré-laminação ter sido criada

Lasca é um defeito superficial da bobina. Aparece como uma escama ou uma tira fina de metal que se destaca da superfície. Costuma nascer de inclusões, trincas ou heterogeneidades da placa que a laminação abre em vez de fechar.

A pré-laminação seguida de esmerilhamento funciona como uma limpeza. O primeiro passe expõe defeitos da placa e o esmeril remove a camada afetada antes da laminação final. Tirar a etapa ameaça exatamente essa proteção.

A apresentação traz uma carta de sequência do sucateamento por lasca de junho de 2017 a outubro de 2018, na rota padrão sem pré-laminação. A linha de referência está em 10%. Pela leitura do gráfico, os pontos oscilam entre cerca de 6% e 16,5%.

Até o início de 2018, quase todos os pontos ficam acima de 10%. Entre maio e setembro de 2018 a sucata cai para perto de 6% a 8%, e volta a cerca de 11% em outubro. É uma série instável, que pede carta de controle e investigação de causa especial antes de qualquer conclusão.

COM e SEM no boxplot: o teste de hipótese que mudou a pergunta do projeto

O passo seguinte foi comparar a sucata por lasca entre o material com e sem pré-laminação. A apresentação mostra o resultado como dois boxplots lado a lado, rotulados COM e SEM, sob o título de teste de hipótese.

Pela leitura do gráfico, o grupo COM tem média perto de 13% e caixa estreita. O grupo SEM tem média perto de 19,5%, mediana perto de 18% e um ponto atípico acima de 40%. Sem a etapa, a sucata sobe e fica mais dispersa.

O slide não traz o valor-p. Como os dados de sucata costumam ser assimétricos, um teste não paramétrico, como Mann-Whitney, seria a escolha natural para comparar medianas. Essa observação é do artigo, não da fonte.

Ler um boxplot é simples. A caixa contém a metade central dos dados, a linha dentro dela é a mediana e as hastes mostram o alcance dos valores típicos. Pontos isolados além das hastes são atípicos e merecem investigação própria.

A decisão que o boxplot produziu foi a mais importante do case. A pergunta deixou de ser se a pré-laminação podia sair. Passou a ser o que precisava mudar a montante para que a lasca não subisse quando ela saísse.

A equipe também usou uma matriz de causa e efeito na medição, para ligar as variáveis de entrada à sucata. A apresentação não mostra os pesos dessa matriz.

Um Ishikawa espalhado por vários setores e a matriz de esforço e impacto que cortou o escopo

Lasca tem muitas causas possíveis, e elas estão em áreas diferentes: aciaria, lingotamento, fornos e laminação. O diagrama de Ishikawa da equipe refletiu isso, com causas potenciais em diversos setores da empresa.

Um Ishikawa grande é bom para não esquecer hipóteses, mas ruim para decidir. A equipe reduziu o escopo com uma matriz de esforço e impacto. Cada causa recebe uma nota de impacto sobre o problema e outra de esforço para atuar.

O quadrante que interessa é o de alto impacto e esforço viável. Causas de alto esforço e baixo impacto saem da lista, mesmo quando são as favoritas de alguém.

A coluna sobre o efeito na lasca foi acrescentada para explicar cada causa ao leitor. A apresentação lista as quatro causas, mas não detalha o mecanismo.

Química da liga, velocidade de lingotamento, temperatura e edger: lendo as quatro causas

A primeira causa é química. Elementos como titânio formam compostos que prendem nitrogênio e carbono e refinam a estrutura do aço. Teores fora da faixa ideal deixam a placa mais sensível a defeitos de superfície.

A segunda é a velocidade de lingotamento. Lingotar rápido aumenta a produção, mas pode deixar a casca da placa fina demais na saída do molde. Uma casca irregular gera trincas que, laminadas, viram lasca.

A terceira é a diferença máxima de temperatura em cada etapa. Variações grandes de temperatura entre núcleo e superfície, ou entre um processo e outro, geram tensões no material.

A quarta é a corrente do edger, o laminador vertical que trabalha as bordas da placa. A corrente funciona como medida indireta da força aplicada. Picos podem indicar placas com borda problemática ou ajuste inadequado.

Para confirmar cada causa, o caminho natural é a estratificação da sucata por faixa de química, de velocidade e de temperatura. Se a lasca se concentra numa faixa, a causa ganha evidência. Se se espalha por igual, perde força. A apresentação não mostra essas estratificações.

As quatro causas têm algo em comum: atuam antes da laminação final. Esse é o argumento técnico do projeto. Se a placa chegar limpa, o passo de limpeza deixa de ser necessário.

Quatro causas, quatro planos de ação em 5W2H

Para cada causa a equipe montou um plano de ação pelo método 5W2H: o quê, por quê, onde, quando, quem, como e quanto custa. É uma ferramenta simples, escolhida porque as ações cruzavam várias áreas e precisavam de dono e prazo claros.

A apresentação não mostra o plano completo. A tabela abaixo é um exemplo ilustrativo de como uma dessas linhas fica no formato 5W2H, com campos genéricos.

Escalar a rota curta sem perder o controle da lasca

Duas ações merecem atenção. Aumentar o volume sem pré-laminação não é uma correção, é um experimento em escala crescente. Cada lote produzido pela rota curta vira dado novo para comparar a sucata com a rota antiga.

Avaliar a macroestrutura da placa é a ação de verificação. A macrografia expõe segregação, porosidade e trincas internas. Comparar placas com e sem pré-laminação mostra se a etapa realmente corrige algo ou se só esconde defeitos de origem.

A ordem faz sentido. Primeiro se ajusta a química, que ataca a causa. Depois se aumenta o volume na rota curta, medindo a lasca. A macroestrutura funciona como prova física de que a placa não piorou.

Num projeto com mais dados, essa etapa poderia usar uma FMEA para listar os modos de falha da rota sem pré-laminação. A apresentação não menciona FMEA, então esse ponto fica como sugestão do artigo.

De 76,25% para 28,81% fora do limite: como ler o relatório antes e depois

O resultado foi apresentado num relatório de capabilidade antes e depois, com limite superior de especificação 15. O slide não nomeia a variável. O texto da apresentação a chama de percentual de erros na fabricação.

O percentual esperado fora do limite caiu de 76,25% para 28,81%. É a redução de 62% citada no slide: a diferença é de 47,4 pontos, que divididos por 76,25 resultam em 62,2%.

Os percentuais observados batem com as contagens. Antes, 24 de 28 pontos estavam fora, 85,71%. Depois, 1 de 8, 12,50%.

O Ppk passou de negativo para 0,19. Melhorou muito, mas ainda está longe de 1,33. O processo entrou no limite em média, não com folga.

Valor-p de 0,008 na média e de 0,485 no desvio: o que ainda faltava resolver

O relatório traz dois testes. O primeiro pergunta se a média mudou e dá valor-p de 0,008. A resposta é sim. A média caiu de 17,934 para 3,875.

O segundo pergunta se o desvio padrão caiu e dá valor-p de 0,485. A resposta é não. O desvio global ficou praticamente igual, de 11,107 para 10,960.

A leitura combinada é clara. O projeto deslocou o processo para o lado bom do limite, mas não o tornou mais previsível. Um ponto do depois ainda caiu perto de 30, longe da maioria.

Há também a questão da amostra. Oito observações no depois sustentam a conclusão sobre a média, mas são poucas para estimar capabilidade com segurança. O próprio relatório mostra o PPM esperado em 288.135, bem acima do observado.

Por isso o controle precisa continuar coletando. Um plano de controle para esse caso acompanharia as quatro causas priorizadas, com limites e reação definidos. A apresentação não mostra o plano, então a tabela abaixo é ilustrativa.

O gatilho de 10% para a sucata repete a linha de referência usada na carta da apresentação. Os demais limites dependem das faixas técnicas da usina.

O placar do projeto em uma tabela

A tabela reúne os resultados que a apresentação mostra, separados do que é cálculo deste artigo.

O lead time de 10,2 dias é o estado futuro desenhado no VSM. A apresentação não traz uma nova medição do lead time real depois da mudança, que seria a confirmação natural do ganho de fluxo.

O que o case do aço sem pré-laminação ensina a quem vai conduzir um projeto Black Belt

Este é um típico projeto Seis Sigma de alto valor e alto risco, e o caminho que a equipe seguiu traz quatro lições práticas.

1. antes de remover uma etapa, descubra o que ela protege; aqui era a lasca, e o boxplot COM e SEM revelou isso;
2. use o VSM para mostrar onde está o custo; a etapa durava 0,16 dia, mas carregava 6 dias de fila;
3. escolha o modelo estatístico pelos dados; lead time não normal pediu Weibull na capabilidade;
4. separe média de variação no resultado; o processo melhorou de posição, mas a dispersão não caiu.

Há também o que faltou medir. A amostra do depois é pequena, o lead time real não foi remedido e o valor-p da comparação de sucata não aparece. Um Black Belt experiente cobraria esses três pontos antes de encerrar.

Quem quiser ver outro projeto contado fase a fase pode comparar com este exemplo de DMAIC. O padrão se repete: o ganho depende menos da ferramenta escolhida e mais da pergunta certa em cada fase.