Redução do tempo de processo: case Green Belt num forno metalúrgico

Um forno de tratamento térmico que leva 54 horas para aquecer e outras 54 para resfriar está parado para a produção durante quase cinco dias por carga. Foi esse o retrato que uma metalúrgica descaracterizada aqui como Voitto Iron encontrou no RC2.

O tempo de processo alto pesava em três lugares ao mesmo tempo: na conta de energia elétrica, na emissão de gases e na meta anual de produção, que não estava sendo entregue. A equipe propôs reduzir aquecimento e resfriamento a 44 horas cada.

Este artigo conta o projeto de redução do tempo de processo fase a fase pelo Lean Seis Sigma. Passa pela meta tirada do primeiro quartil, pelas matrizes que afunilaram dezenas de causas candidatas, numeradas até X71, e pelas cinco ações escolhidas com FMEA e FTA.

No fim, a capabilidade do aquecimento antes e depois, a queda de 38,4% no desvio padrão e as médias mensais mostram o que melhorou. Mostram também onde a meta ficou de fora, sem arredondar o resultado para cima.

Sobre a procedência: este é um projeto real de aluno da formação Green Belt da Voitto, descaracterizado para proteger o cliente. Os números vêm da apresentação original. O que foi acrescentado para explicar, como o contexto do forno, o SIPOC, a conta da matriz e da FMEA e a conta de ciclos por ano, está identificado no texto como ilustrativo.

O forno RC2 da Voitto Iron e o preço de cada hora a mais de ciclo

A Voitto Iron é uma metalúrgica. O RC2 é um forno de tratamento térmico que trabalha em batelada: recebe a carga, aquece até a temperatura de processo, mantém, resfria e só então libera o espaço para a carga seguinte.

A apresentação original não descreve o equipamento em detalhe. A descrição que segue é ilustrativa, reconstruída a partir das causas que o próprio projeto levantou: resistências elétricas, camisa d'água na carcaça, selo de areia, trocador de calor e controle manual de vazão.

Nesse tipo de forno o tempo é a variável que manda. Enquanto a carga aquece, as resistências consomem energia elétrica. Enquanto resfria, o forno está ocupado e não produz. Cada hora a mais de ciclo é energia gasta, gás emitido e tonelada que deixa de sair no ano.

Por isso a redução do tempo de processo era a alavanca mais barata disponível. Comprar um segundo forno exige investimento alto e prazo longo. Tirar horas do forno que já existe libera capacidade com reparos, padrões e manutenção.

Foi isso que a equipe encontrou. O tempo de processo do RC2 estava alto, o consumo de energia e a emissão de gases subiam junto, e a empresa não conseguia entregar a meta anual de produção. O gargalo não era falta de pedido, era tempo de forno.

Visão geral do projeto de redução do tempo de processo do RC2

O projeto foi conduzido por um aluno da formação Green Belt, com a estrutura do método DMAIC. A tabela resume o projeto antes de entrar em cada fase.

O resultado não bateu a meta nas duas etapas, e a apresentação diz isso com todas as letras. Essa honestidade é parte do que torna o case útil para estudo.

Definir: por que a meta de 44 horas saiu do primeiro quartil

A meta não foi um número redondo escolhido na reunião. A equipe fixou 44 horas para aquecimento e 44 horas para resfriamento, e a apresentação explica a origem: o primeiro quartil de cada etapa.

O primeiro quartil é o tempo abaixo do qual caem 25% dos ciclos. Na linha de base ele foi 43,9 horas no aquecimento e 43,725 horas no resfriamento. Arredondados, 44 horas.

A lógica é forte. Se um em cada quatro ciclos já termina em 44 horas ou menos, o forno comprovadamente consegue fazer isso. A meta passa a ser fazer sempre o que hoje se faz nos melhores ciclos, e não uma promessa sem lastro.

A meta também tinha uma segunda parte, de negócio: aumentar a produtividade em 7 mil toneladas por ano. A apresentação não detalha a conta que liga horas a toneladas, e o artigo não a reconstrói como dado do projeto.

Esse tipo de meta derivada do próprio dado é o que um bom project charter precisa ter: um número que qualquer pessoa consiga recalcular a partir da fonte.

Definir: 843 ciclos de aquecimento e 468 de resfriamento no gráfico sumário

Para fixar a linha de base, a equipe montou um gráfico sumário de cada etapa com os dados de janeiro de 2017 a março de 2018. O gráfico sumário junta histograma, boxplot, intervalos de confiança e teste de normalidade numa tela só.

As duas etapas eram parecidas na média, perto de 54,5 horas cada. Somadas, davam 109,174 horas de forno ocupado por ciclo só em aquecimento e resfriamento. A meta somada era 88 horas.

Definir: média acima da mediana, cauda longa e normalidade reprovada

Três leituras saem do gráfico sumário e todas mudam a condução do projeto.

1. A média de aquecimento, 54,5 horas, ficou 4,5 horas acima da mediana, 50 horas. Isso indica cauda à direita: poucos ciclos muito longos puxam a média para cima.
2. O máximo chegou a 164,8 horas, três vezes a mediana. No gráfico em ordem de coleta, os pontos marcados como atípicos se espalham pelo período todo no aquecimento e se concentram no fim da série no resfriamento.
3. O teste de normalidade falhou nas duas etapas, com valor-p abaixo de 0,005. A distribuição não é normal, e estatísticas baseadas em média e desvio precisam ser lidas com cuidado.

A decisão que essas leituras produziram foi usar quartil e mediana para fixar a meta, e não a média. Também ficou claro que havia dois problemas sobrepostos: o ciclo típico longo e os ciclos anormais, que pedem causas diferentes.

O intervalo entre o primeiro e o terceiro quartil foi 15,5 horas no aquecimento e 16,95 no resfriamento. Metade dos ciclos variava numa faixa de quase um turno inteiro de trabalho.

Definir: o SIPOC que mostrou onde o forno começa e termina

Antes de procurar causa, a equipe desenhou o SIPOC do RC2. A ferramenta lista fornecedores, entradas, etapas do processo, saídas e clientes, e serve para combinar onde o projeto começa e onde termina.

A apresentação não reproduz o SIPOC. A versão abaixo é ilustrativa, coerente com as causas que o projeto investigou depois.

O ganho prático do SIPOC foi mostrar que água, energia e manutenção são entradas do processo. Por isso as causas ligadas a utilidades e a reparos entraram no escopo, em vez de serem tratadas como problema de outra área.

Medir: o Ishikawa usado para escolher que setores atacar

Com o SIPOC pronto, a equipe usou o diagrama de Ishikawa para levantar as causas possíveis do tempo alto. O objetivo declarado foi identificar quais setores deveriam ser priorizados.

O Ishikawa organiza as hipóteses em famílias, como máquina, método, material, mão de obra, medida e meio ambiente. Ele não prova nada. Serve para que nenhuma família fique esquecida e para que a lista seja grande o bastante antes de afunilar.

Aqui a lista ficou grande de fato. A numeração das variáveis de entrada, os Xs, chega a X71. Havia dezenas de causas candidatas para um único Y, e investigar todas com dado seria inviável no prazo de um projeto Green Belt.

Foi essa quantidade que justificou a ferramenta seguinte. Quando o Ishikawa gera mais causas do que a equipe consegue testar, é preciso um critério para ordenar, e a matriz de causa e efeito faz exatamente isso.

Medir: como a matriz de causa e efeito pontuou cada X

A matriz de causa e efeito cruza cada X com os Ys do cliente. Cada Y recebe um peso pela importância. Depois a equipe dá uma nota para a força da relação entre cada X e cada Y, normalmente 0, 1, 3 ou 9.

A pontuação de um X é a soma dos produtos entre peso e nota. A apresentação mostra só as pontuações finais, então o exemplo a seguir é ilustrativo, para mostrar a conta.

A matriz tem um limite que vale registrar. A nota é opinião da equipe, não medida. Ela ordena bem as hipóteses, mas não substitui a verificação. Por isso a equipe não parou nela e cruzou o resultado com o esforço de agir sobre cada causa.

Medir: os 20 Xs de maior pontuação, entre água e resistências

A equipe separou os Xs de maior pontuação, cerca de 30% da lista, o que deu 20 variáveis. A tabela mostra as dez primeiras com a pontuação da apresentação.

Lida por família, a lista conta uma história clara. Quatro das seis primeiras posições falam de água: falta, vazamento interno, vazamento da camisa e controle de vazão. O restante é quase todo elétrico: resistência rompida, reparo malfeito, cabo solto, curto.

Mais abaixo aparecem o isolamento térmico entre forno e compartimento, X31, com 143 pontos, e a falta de limpeza no trocador de calor, X71, com 132. A vigésima posição, deficiência no enchimento de areia do selo, fechou com 125.

Medir: a matriz esforço x impacto que separou o rápido do complexo

A pontuação diz o que importa, mas não diz por onde começar. Para isso a equipe usou a matriz esforço x impacto, que coloca cada X num de quatro quadrantes.

A leitura mais importante é que nenhum X caiu em descartar. Tudo o que chegou até aqui tinha impacto alto, ou esforço baixo, ou os dois.

Os dez prioritários são quase todos elétricos: cabos, terminais, reparos de resistência e a limpeza do trocador. Os oito complexos concentram a água e o isolamento. Os três de baixo impacto viraram ações simples, sem análise adicional.

Analisar: as cinco causas raiz que sobraram do funil

Na fase de análise, a equipe cruzou as falhas das etapas anteriores com a matriz esforço x impacto e reduziu a lista. A apresentação cita cinco causas raiz. A coluna de mecanismo é explicação ilustrativa de como cada uma alonga o ciclo.

Quatro das cinco causas estão no quadrante complexo. Só a limpeza do trocador é prioritária. A equipe não fugiu do difícil: as causas de maior pontuação ligadas à água ficaram no projeto mesmo exigindo reparo estrutural.

Também vale notar o que ficou de fora da lista final. O desarme por alta tensão, primeiro colocado com 226 pontos, não aparece entre as causas atacadas, provavelmente por depender de infraestrutura externa ao forno.

Analisar: a água como fio condutor do aquecimento e do resfriamento

A estratificação das causas por família mostra por que o projeto se concentrou na água. Ela aparece nas duas pontas do ciclo.

No aquecimento, água vazando para dentro do forno é energia jogada fora: parte do calor das resistências vai para evaporar água em vez de aquecer a carga. No resfriamento, falta de água ou vazão errada faz o contrário, segura o calor dentro do forno.

Isso explica um padrão dos dados de base. As duas etapas tinham médias quase iguais e variação alta nas duas. Uma causa comum, o circuito de água, atuando nos dois sentidos, produz exatamente esse retrato.

A apresentação não traz teste estatístico formal ligando cada X ao tempo. A ligação foi construída pela pontuação da matriz e pelo conhecimento técnico da equipe. Um projeto que queira ir além pode usar teste de hipótese para comparar ciclos com e sem falha de água registrada.

Melhorar: FMEA e FTA para escolher a ação de cada causa

Para transformar causa em ação, a equipe usou duas ferramentas: FMEA e FTA. As duas olham a falha por ângulos complementares.

A FMEA parte do modo de falha e pergunta o efeito, a causa e o controle atual. Cada linha recebe notas de severidade, ocorrência e detecção, e o produto das três é o número de prioridade de risco.

A FTA, análise de árvore de falhas, faz o caminho inverso. Começa no evento indesejado, por exemplo o resfriamento acima de 44 horas, e desce pelos eventos que podem causá-lo, ligados por portas lógicas E e OU.

A apresentação não mostra as tabelas. Uma linha ilustrativa da FMEA ajuda a entender a conta: vazamento de água na parede com severidade 8, ocorrência 6 e detecção 7 dá prioridade de risco 336, alta o bastante para exigir ação.

A FTA completa a FMEA mostrando combinações. Falta de água sozinha alonga o resfriamento. Falta de água somada a trocador sujo pode dobrar o efeito. Essa visão de combinação é o que a FMEA linha a linha não entrega.

Melhorar: dreno de transbordo, reparo de parede e mais três ações

O plano de ação saiu com cinco frentes. A tabela liga cada ação à causa que ela ataca.

O dreno de transbordo é a ação mais interessante do ponto de vista de método. Em vez de treinar o operador para acertar a vazão, a equipe mudou o equipamento para que o excesso escoe sozinho. É a lógica do poka-yoke: tirar do erro humano a chance de acontecer.

O termovisor segue outro raciocínio. Ele não corrige nada, mas transforma uma perda invisível, o calor saindo pela parede, numa leitura com limite. Quando o ponto quente passa do limite, a manutenção é chamada antes de virar vazamento.

Controlar: capabilidade do aquecimento antes e depois, Pp de 0,11 para 0,17

Para medir o efeito, a equipe comparou a capabilidade do processo de aquecimento antes e depois. Os limites usados foram 38 horas como especificação inferior, 44 como alvo e 48 como superior.

O Pp compara a largura da especificação com seis desvios: 10 dividido por 6 vezes 15,859 dá 0,11. O Ppk mede a distância até o limite mais próximo. Como a média passava do limite superior, o Ppk deu negativo: 48 menos 54,512, dividido por 3 vezes 15,859, resulta em menos 0,14.

Ppk negativo diz que o centro do processo estava fora da especificação. Mesmo depois, com média de 49,579 horas, o centro seguia 1,579 hora acima do limite superior.

Controlar: o que os 16% significam e o que os testes confirmaram

A apresentação fala em melhoria de 16%. O número é a redução relativa do percentual fora da especificação: de 80,82% para 68,22% são 12,60 pontos, e 12,60 dividido por 80,82 dá 15,6%, arredondado para 16%.

A diferença entre ponto percentual e redução relativa importa ao relatar resultado. Dizer que o processo melhorou 16% é correto, desde que fique claro sobre qual base. Em pontos, a fatia de ciclos fora caiu 12,6.

O relatório trouxe dois testes. O desvio padrão caiu de forma significativa, com valor-p abaixo de 0,001. A média também mudou de forma significativa, com valor-p abaixo de 0,05, e ficou mais perto do alvo.

A queda do desvio foi de 38,4%, de 15,859 para 9,7734 horas. Esse é talvez o ganho mais sólido do projeto: o forno passou a ter ciclos mais previsíveis, o que facilita programar a produção.

A frase da apresentação sobre capacidade real próxima da potencial quer dizer que a variação de longo prazo ficou perto da variação de curto prazo. O processo ficou mais estável, ainda que deslocado do alvo.

Controlar: médias mensais de aquecimento e resfriamento, baseline contra projeto

A segunda forma de leitura foi por boxplot das médias mensais: 15 meses de baseline contra 4 meses do projeto.

A redução foi de 4,286 horas no aquecimento, 7,9%, e de 7,982 horas no resfriamento, 15,1%. A soma das duas etapas caiu de 106,696 para 94,428 horas, 12,268 horas a menos por ciclo, ou 11,5%. O texto da apresentação arredonda para 5 horas em cada etapa.

Na curva mês a mês, o aquecimento saiu do pico de 58,35 horas em março, quando o DMAIC começou, para 47,15 horas em agosto, contra meta de 45. O resfriamento caiu de 67,36 horas em janeiro para 43,53 em maio e 44,19 em julho, em cima da meta de 44.

A meta foi praticamente atingida no resfriamento e não foi atingida no aquecimento. As ações sobre a água pesaram mais no resfriamento, e o aquecimento ainda depende de isolamento e resistências.

O que o case do RC2 ensina a quem vai conduzir um Green Belt parecido

Para dimensionar o efeito na produção, uma conta ilustrativa ajuda. Se o forno rodasse só aquecimento e resfriamento o ano todo, 8.760 horas caberiam 82,1 ciclos de 106,696 horas e 92,8 ciclos de 94,428 horas, cerca de 13% a mais.

A conta ignora carga, descarga e paradas, e não comprova as 7 mil toneladas da meta, porque a apresentação não traz a carga por ciclo. Ela mostra a ordem de grandeza que liga hora de forno a tonelada.

• Meta tirada do quartil da própria linha de base é defensável: mostra que o alvo já acontece em parte dos ciclos.
• Com dados assimétricos e normalidade reprovada, mediana e quartis contam a história melhor que a média.
• Matriz de causa e efeito ordena hipóteses, mas a nota é opinião; o passo seguinte precisa ser dado ou experiência técnica registrada.
• Mudar o equipamento, como no dreno de transbordo, controla melhor que treinar o operador.
• Reportar meta não atingida, com o tamanho da distância, dá mais credibilidade que esconder o resultado.

Na fase de controle, o próximo passo natural é um plano de controle formal e uma carta de controle das horas por ciclo. Como boa parte das causas é falha de equipamento, acompanhar MTBF e MTTR das resistências fecha o ciclo.

Um último ponto vale para qualquer projeto de redução do tempo de processo em equipamento térmico. O ganho só se sustenta se a manutenção continuar fazendo o que o projeto começou, como limpeza do trocador e reparo de resistências com padrão definido.

Esse é o tipo de projeto trabalhado na certificação Green Belt: problema de chão de fábrica, dado histórico, ferramentas escolhidas pela pergunta de cada fase e resultado medido sem maquiagem.