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CEP Controle Estatístico de Processo, Notas de estudo de Engenharia de Produção
Apostila completa sobre CEP - Controle Estatístico de Processo, elaborada pelo Professor e Dr. Luiz Felipe Dias Lopes. Apostila completa e de fácil uso e aplicação.
Tipologia: Notas de estudo
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1. I NTRODUÇÃO
Controle da qualidade é um conjunto de ações ou medidas desenvolvidas com o objetivo de assegurar que os serviços ou produtos gerados atendam aos requisitos segundo os quais foram especificados. Segundo a ISO 8402, Controle da Qualidade é definido como sendo o conjunto de “técnicas e atividades operacionais usadas para atender os requisitos para a qualidade ”.
Avaliar os resultados das ações, com o objetivo de verificar se os mesmos estão em conformidade com as expectativas, faz parte da natureza do homem. Assim, no sentido Lato , pode-se dizer que o controle da qualidade remonta aos primórdios da civilização humana.
Não se pode precisar, no tempo, quando foi que o controle da qualidade começou a ser utilizado, de forma sistemática, de modo a assegurar que os resultados das ações empreendidas viessem a atender aos requisitos dos projetos, na forma como foram concebidos. Entretanto, a perfeição das obras remanescentes das civilizações grega, romana, egípcia, chinesa, e outras, sob a forma de templos, termas, pirâmides, muralhas, etc., nos permite assegurar que alguma forma de controle devia ser por eles empregada.
Os registros históricos nos mostram que até o final do século XVIII, antes do início da era industrial, os empreendimentos eram, na sua maioria, de natureza individual ou familiar e cada um definia e controlava a qualidade dos produtos ou serviços que gerava. Curiosamente, esta é uma postura muito atual. No que se refere a “garantia da qualidade”, “cada um é responsável pela qualidade do que faz”. A diferença entre um profissional do final do século XVIII e o seu colega dos anos 90 está na forma segundo a qual aquele entendia e este entende a função “qualidade”. Para o profissional do século XVIII a “qualidade” estava relacionada ao atendimento as especificações do produto, especificações estas quase sempre ditadas por ele mesmo. Ele definia o que deveria ser “qualidade”, produzia e, eventualmente, quase sempre sem uma programação específica definida, inspecionava o produto para verificar se estava conforme as suas especificações. Hoje, a “qualidade” é definida pelo cliente.
Cabe, também, ao profissional dos nos 90 produzir e controlar a qualidade do que ele produz. Entretanto, o controle da qualidade por ele exercido é feito de forma sistematizada; é planejado de forma a cobrir todas as fases do processo e tem por objetivo assegurar que as necessidades do seu
produção levou a uma inevitável deterioração da qualidade dos produtos. Esse fato obrigou o sistema produtivo a utilizar, em escala sem precedentes, as técnicas estatísticas que já haviam sido desenvolvidas para o controle de produtos. Nesse período, intensivos programas de treinamento, orientados para a utilização destas técnicas, foram implementados, com os objetivos de: minimizar perdas, reduzir o custo de produção e, principalmente, assegurar a qualidade dos produtos. Nesse período, as forças armadas dos Estados Unidos e dos países aliados desempenharam um papel importantíssimo no desenvolvimento de novas técnicas estatísticas, na pesquisa de novas teorias de controle, na implementação de programas de controle da qualidade e, principalmente, no estabelecimento de padrões.
De 1950 a 1960, as forças armadas dos países aliados, principalmente devido a guerra fria, que demandava contínuos e intensos programas de desenvolvimentos na área da indústria bélica, continuaram sendo os principais impulsionadores do desenvolvimento da área de controle da qualidade. Os principais esforços dos anos 50 foram orientados para os estabelecimentos de novos padrões. Nessa década, o controle da qualidade deixou de enfocar o produto e passou a orientar-se para o processo, o que, do ponto de vista estratégico, representou um passo importantíssimo. Na verdade o responsável pelos itens defeituosos é o processo. Se o processo é “capaz” e se está sendo devidamente controlado deve, portanto, gerar produtos sem defeitos.
Na década de 50, o Japão iniciou sua jornada rumo a industrialização. Deming, que havia participado ativamente, na década de 40, dos programas de mobilização para a qualidade, nos Estados Unidos, foi para o Japão e, juntamente com Juran e Ishikawa , tornou-se o principal responsável pela disseminação dos conceitos de controle da qualidade naquele país.
Nos anos 60, o uso prático da estatística como ferramenta para o controle de processo se consolidou e foram lançadas as bases para a implantação dos conceitos de Total Quality Control - TQC, desenvolvidos por Feigenbaum. O parque industrial japonês, ainda infante, serviu de palco para a implementação destes conceitos, na década seguinte.
A década de 70 se caracterizou pela disseminação dos conceitos de TQC, principalmente no Japão e foram lançadas as bases para a implantação dos conceito de Total Quality Management - TQM. No final desta década, a International Organization for Standardization - ISO criou o Tecnical Committee 176 (TC - 176) cujos trabalhos levaram a criação das Normas ISO série 9000, aprovadas em 1987.
Os anos 80 se caracterizaram pela implementação, em larga escala, dos conceitos de TQM. O Japão, mantendo a sua posição de vanguarda, liderou os países industrializados na implementação destes conceitos. A aprovação das Normas ISO série 9000, em 1987, representou uma mudança de paradigma e a Europa, berço dessas Normas, ocupou a posição de destaque neste novo cenário.
A partir da década de 60, os problemas relacionados com a preservação da qualidade do meio ambiente passou, cada vez mais, a ocupar o centro das atenções da nossa sociedade. O resultado desse movimento, principalmente nos países mais desenvolvidos, foi o início de pressões social para que os sistemas produtivos utilizassem tecnologias não poluidoras.
Na década de 70, a sociedade, preocupada com os nossos recursos naturais, evoluiu, incorporando conceitos de racionalização de insumos nos processos produtivos. O vertiginoso crescimento das atividades industriais, ocorrido nesse último quarto do século XX, despertou, principalmente nas comunidades mais esclarecidas, uma forte conscientização de que a natureza não é infinita em sua capacidade de absorver os resultados de todas as atividades humanas, no ritmo em que estas vêm ocorrendo, sem que sejam alteradas as condições ambientais globais. Como resultado, seis anos após a realização da ECO-92, foi assinado, no início de 1998, o protocolo de Kyoto que estabelece critérios sobre emissão de CO 2 e outros gases que exercem efeito estufa e prioriza o desenvolvimento e a utilização de tecnologias amigáveis com relação a mudanças climáticas.
Como não poderia deixar de ser, os movimentos conservacionistas influenciaram fortemente os conceitos relativos a qualidade e motivaram a aprovação das Normas ISO Série 14000 , em 1996. Essas Normas especificam os requisitos relativos a um sistema de gestão ambiental e regem as relações contratuais para o comércio interno e entre países, operacionalizando grande parte dos acordos firmados na ECO-92. Assim, a preservação da qualidade do meio ambiente passou a ter um caráter econômico urgente e como conseqüência, o sistema produtivo deverá privilegiar, nos próximos anos, em escala crescente, a utilização de tecnologias orientadas para o desenvolvimento sustentável, com enfoque na preservação dos ecossistemas e da biodiversidade.
A função qualidade pode, também, ser analisada pelo objeto do seu foco. Até a década de 40 o produto era o ponto de aglutinação de todos os esforços
2. O BJETIVOS DO CONTROLE DE PROCESSO
Conforme já foi enfatizado, o controle de processo deve fazer parte do esforço cooperativo de todos os setores da empresa, no sentido de assegurar a sua conformidade e a qualidade da produção, para que seja possível atender às necessidades dos clientes internos e externos.
Atuando em todas as fases do processo produtivo e principalmente nos pontos críticos, seus objetivos são:
♦ Gerar as informações necessárias ao desenvolvimento dos novos produtos;
♦ Fornecer os subsídios necessários às tomadas de decisões nos processos de compra e recepção de matérias-primas;
♦ Assegurar, ao setor de produção, as informações requeridas para o efetivo controle dos processos de fabricação;
♦ Inspecionar os produtos acabados;
♦ Acompanhar o perfil da qualidade dos produtos concorrentes.
3. CONTROLE ESTATÍSTICO DE P ROCESSO
A estatística é, sem dúvidas, uma ferramenta de trabalho poderosíssima para quem trabalha em controle da qualidade e controle de processo.
Para os nossos propósitos, a aplicação de técnicas estatísticas ao controle da qualidade pode ser resumida em dois tipos de ações:
- aplicação de técnicas matemáticas na análise dos dados de controle e
- sistematização desses dados de modo a facilitar a análise dos mesmos, auxiliando os responsáveis a tomar decisões. A aplicação de técnicas estatísticas tem por principal objetivo oferecer aos responsáveis pela tomada de decisões, referências relativas ao grau de confiabilidade dos resultados gerados pelos controles e aos riscos envolvidos nas decisões tomadas. A sistematização dos dados de controle que normalmente é feita sob a forma de “gráficos de controle” tem por objetivo facilitar a “visualização” dos resultados.
São três os principais tipos de gráficos usados em controle da qualidade a saber:
♦ Gráficos de controle por média;
♦ Gráficos de controle por amplitude;
♦ Gráficos de controle para frações defeituosas.
Os controles por média e amplitude são feitos com base na teoria estatística da distribuição normal. Já o controle de frações defeituosas é, mais freqüentemente, fundamentado na distribuição de Poisson. Para alguns casos de controle de frações defeituosas, a aplicação de teoria estatística da distribuição binomial pode ser vantajosa.
A definição de controle estatístico de processo pode ser realizada através da junção dos significados de cada uma das palavras.
Controle – manter algo dentro dos limites (padrões) ou fazer algo se comportar de forma adequada.
Estatística – obter conclusões com base em dados e números que trazem informações.
Controle Estatístico – fazer com que os resultados se mantenham conforme o previsto pelos padrões com a ajuda de dados numéricos.
Processo – é a combinação necessária entre o homem, os materiais, as máquinas, os equipamentos e o meio ambiente para fabricar um produto qualquer. Mais especificamente, um processo é qualquer conjunto de condições ou conjunto de causas (sistema de causas) que trabalham simultaneamente para produzir um determinado resultado.
Portanto, Controle Estatístico de Processo (CEP) é um método preventivo de se comparar, continuamente, os resultados de um processo com os padrões, identificando a partir de dados estatísticos as tendências para variações significativas, a fim de eliminar/controlar essas variações. O objetivo principal no CEP é reduzir cada vez mais a variabilidade de um processo.
4. VARIAÇÕES NUM PROCESSO
Em geral as características de um produto manufaturado apresentam variabilidade. Isto se deve a flutuações na qualidade dos materiais usados e de variações nas condições de operação do processo de produção. Admitindo esta situação, pode afirmar que:
As características de qualidade de um produto são afetadas por causas acidentais que provocam variação;
Existe, associado a qualquer processo de produção, um sistema de causas que provocam variação natural em um produto;
- Gráfico seqüencial É recomendado para quando é preciso apresentar a tendência dos pontos observados sobre um especificado período de tempo.
Gráficos seqüenciais são empregados para representar visualmente um conjunto de dados. São utilizados para monitorar um processo verificando se ao longo do tempo se a média está mudando.
Os gráficos seqüenciais são ferramentas simples para serem construídas e utilizadas. Pontos são marcados no gráfico para serem avaliados.
O gráfico a seguir mostra a quilometragem rodada, por litro de combustível, atingida entre um enchimento e outro do tanque de certo veículo. A quilometragem por litro é dada abaixo para 21 intervalos sucessivos entre os enchimentos do tanque de combustível.
2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Amostras
Consumo (km/l)
24,
FIGURA 1 – Variação de um processo
Interpretação da variação: Do gráfico de dispersão nota-se que de início a quilometragem por litro estava em torno de 25 km/l, sendo que ela pode variar para cima ou para baixo. Mas observa-se no gráfico que a partir do 10º enchimento (a data é uma
referência importante) os registros situam-se abaixo da média sucessivamente 9 vezes. Isto é uma coisa difícil de ocorrer supondo que o processo seja estacionário em torno da média. Assim, uma causa especial de variação deve ser procurada. A resposta pode ser qualquer combinação de uma lista de possibilidades, tais como: tempo frio, combustível diferente, troca de motorista, transporte de carga mais pesada ou velas de ignição defeituosas (velhas). Examinando-se estas opções de causa, cada uma delas foi descartada, sobrando as velas de ignição como única explicação. A troca foi feita e o gráfico foi ampliado para mais 3 pontos, os três últimos. Nota-se claramente que a média voltou ao nível histórico. Um registro histórico da quilometragem por litro de combustível, datas de troca de peças, etc., é importante para empresas que têm veículos. O próprio motorista pode estar encarregado de fazer os registros.
5. CAUSAS DE VARIAÇÕES NUM PROCESSO
Diversos fatores podem contribuir para a variação no nível de defeitos encontrados num processo. Podem ser, por exemplo, irregularidade no material utilizado na produção (não é perfeitamente uniforme), temperatura, manutenção do equipamento, estado físico dos operadores, etc.. Estes fatores, que podem ser identificados, chamam-se fatores particulares ou causas especiais de variação. Mesmo eliminando-se todos esses fatores particulares, o processo ainda irá produzir artigos defeituosos. Isto ocorre devido a existência dos fatores inerentes ao processo, os quais não são identificáveis. Quando se elimina um a um os fatores particulares de variação, o gráfico de controle mostrará somente a variação aleatória causada pelos fatores de variação inerentes ao processo. Neste caso, o processo será estável, ou, de acordo com a terminologia criada por Shewhart, o processo estará sob controle. O gráfico mostrará então um processo aleatório estacionário. Quando se consegue atingir a estabilidade, eliminando-se as causas especiais, pode-se construir os limites de controle , que delimitam uma região onde com uma grande probabilidade o processo irá operar. Estes limites determinam a chamada capacidade do processo.
- Limites de Controle Seja um processo onde determinada característica do produto tem média fixada em μ = 74 mm e desvio-padrão σ = 0,01 mm. A estatística representada no gráfico será a média amostral x (por exemplo), então trabalhando com a distribuição de probabilidade tem-se:
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Amostras
Medidas
9,
9,
LSC 10,
LIC
LC
FIGURA 2 – Exemplo de um gráfico com limites de controle
Outras técnicas para o estudo da variabilidade de um processo Várias ferramentas podem ser utilizadas para se Identificar e Analisar a variabilidade presente em processos de produção ou serviços.
Serão apresentados as descrições práticas, as instruções e exemplos das seguintes técnicas: IDENTIFICAÇÃO DO PROBLEMA ANÁLISE DO PROBLEMA
Fluxograma
Folha de verificação
Brainstorming Tempestade de idéias
Técnica de grupo
Causa e Efeito Gráfico de Pareto Gráfico Sequencial Estratificação
Histograma
Diagrama de dispersão
Gráfico de controle
Análise de força de campo
FIGURA 3 – Visualização e classificação das ferramentas aplicada qualidade
Nota-se que os gráficos podem ser utilizados para diferentes propostas em vários estágios do processo problema-solução. Por exemplo, as ferramentas incluídas na intersecção do Diagrama de Venn podem ser usadas em ambos as fases da solução dos problemas: no problema de Identificação e no problema de Análise.
TABELA 1 – Guia para seleção da técnica de acordo com a questão que se deseja trabalhar
Questão Técnica
- Decidir que o problema deverá ser resolvido primeiro - Fluxograma - Brainstorming - Folha de verificação - Gráfico de Pareto - Técnica de grupo
- Checar a uma declaração que descreve o problema em termos de o que é especificamente, onde ocorre, quando acontece a sua extensão - Folha de verificação - Gráfico de Pareto - Gráfico seqüencial - Histograma - Gráfico de setores - Estratificação
- Desenvolver uma fotografia completa de todas as possíveis causas do problema - Folha de verificação - Gráfico de Pareto - Técnica de grupo - Diagrama de dispersão - Brainstorming
- Concordância sobre as causas do problema - Folha de verificação - Gráfico de Pareto - Técnica de grupo - Diagrama de dispersão - Brainstorming
- Desenvolver uma efetiva e implementável solução e um plano de ação - Brainstorming - Análise de força de campo - Apresentação a gerência - Gráfico de setores - Gráfico de barras
- Implementar a solução e estabelecer necessidade de procedimentos de monitoração e gráficos - Gráfico de Pareto - Histograma - Gráfico de controle - Capabilidade do processo - Fluxograma O fluxograma é uma representação gráfica mostrando todas as fases do processo. O fluxograma do processo dá uma visão geral de todos os passos do processo. Pode ser aplicado a qualquer caso: fluxo de materiais, fases da
Fluxo da placa impressa
componentes eRecebimento placa
aprovados?
montagem automática
montagem manual
soldagem e limpeza
aprovados?
aprovados?
aprovados?
montagem final
aprovados?
passou no teste final? refazerl
refazer ou sucatear
devolver e consertar
refazer ou sucatear
expedição
FIGURA 5 - Exemplo de fluxograma num processo industrial:
- Folha de verificação A folha de verificação é um procedimento usado para responder a pergunta: "com que freqüência certos eventos acontecem?" Para uso desta técnica deve ser estabelecido claramente o seguinte:
- fixar qual evento está sendo estudado;
- definir o período durante o qual os dados serão coletados;
- construir um formulário claro e de fácil manuseio;
- coletar os dados honestamente.
TABELA 2 – Exemplo de folha de verificação
Defeito Mês 1 2 3 Total dimensão I I I I I 5 acabamento I I I 3 peso I I I I I I I I I 9 Total 7 5 5 17
- Sugestões para construção e interpretação de uma folha de verificação
a) Tenha certeza que as observações amostrais sejam as mais representativas possíveis;
b) Tenha certeza que o processo de amostragem é eficiente de forma que pessoas tenham tempo para fazer isto;
c) Construindo uma folha de verificação, verifique se a população (universo) é não homogênea (não da mesma máquina, pessoa, etc). A população deve ser homogênea. Se não, devem ser primeiramente estratificadas (agrupados) a fim de formar grupos homogêneos.
- Brainstorming São reuniões com o pessoal envolvido com o problema em estudo a fim de se coletar opiniões sobre causas, bem como soluções possíveis. Existem dois tipos de " brainstorming ":
TABELA 3 – Classificação de um brainstorming
Problema Classificação (Supondo existir 5 pessoas no grupo) A 3 5 2 3 3 = 16 B 1 1 1 2 1 = 06 C 2 2 3 1 2 = 10 D 5 4 4 5 4 = 22 E 4 3 5 4 5 = 21 O problema cuja soma dos pontos for a mais alta é o escolhido, primeiramente. Da mesma forma, se ao invés de problemas o que se pediu foi sugestões, idéias, a mais votada deve ser considerada primeiro para discussão e depois as seguintes. No exemplo acima o problema (idéia) a ser discutido primeiro é o D.
- Análise do campo de forças Toda vez que se pretende fazer mudanças, sejam pessoais ou organizacionais, existem forças indutoras e forças restritivas agindo a favor e contra, respectivamente. É um processo dinâmico. Quando ocorrem mudanças é porque as "forças indutoras" são superiores às "forças restritivas". Assim, pode-se listar estas possíveis forças e analisa-las. Seja o exemplo do cotidiano "perder peso":
TABELA 4 – Exemplos de forças indutoras e restritivas
FORÇAS INDUTORAS FORÇAS RESTRITIVAS Ameaça à saúde Perda de tempo Obsessão em emagrecer Tendência da família Roupas apertadas Faltas de recursos para "malhar" Embaraço pelo peso Costume de açúcar nos alimentos Imagem negativa Anos de alimentação errada
Como a Análise do Campo de Forças ajuda a promover mudanças? Por que força às pessoas a pensarem juntas sobre todos os aspectos da mudança pretendida, incentiva o pensamento criativo, encoraja as pessoas a chegar a um consenso sobre a prioridade relativa às forças de um lado e do outro do campo e finalmente é um ponto de partida para a ação.
- Histograma O histograma dá informações gerais sobre a distribuição de onde vieram as observações. A forma (o padrão, o aspecto) da distribuição é simétrica? É assimétrica? Existe somente um pico? O histograma, também, dá uma idéia da dispersão dos dados. Por natureza o histograma é um gráfico em colunas (barras) e pode se construído com barras horizontais ou verticais. - Exemplo Sejam os dados abaixo da espessura de chapas metálicas. Tomou-se uma amostra com n = 100 chapas e mediu-se a espessura. Faça o histograma dos dados e comente os resultados.
3,56 3,46 3,48 3,50 3,42 3,43 3,52 3,49 3,44 3, 3,48 3,56 3,50 3,52 3,47 3,48 3,46 3,50 3,56 3, 3,41 3,37 3,47 3,49 3,45 3,44 3,50 3,49 3,46 3, 3,55 3,52 3,44 3,50 3,45 3,44 3,48 3,46 3,52 3, 3,48 3,48 3,32 3,40 3,52 3,34 3,46 3,43 3,30 3, 3,59 3,63 3,59 3,47 3,38 3,52 3,45 3,48 3,31 3, 3,40 3,54 3,46 3,51 3,48 3,50 3,68 3,60 3,46 3, 3,48 3,50 3,56 3,50 3,52 3,46 3,48 3,46 3,52 3, 3,52 3,48 3,46 3,45 3,46 3,54 3,54 3,48 3,49 3, 3,41 3,45 3,34 3,44 3,47 3,47 3,41 3,48 3,54 3,
3,30 3,34 3,38 3,43 3,47 3,51 3,55 3,60 3,64 3, Classes
0
5
10
15
20
25
30
35
Freqüência
FIGURA 6 – Histograma