A concorrência no mercado vem exigindo das organizações um processo de desenvolvimento de produto (PDP) cada vez mais otimizado, com redução do prazo de lançamento e dos custos, mantendo a qualidade de acordo com as necessidades dos clientes.

Pode-se verificar em Rozenfeld et al.(1) e Pahl et al.(3) que, dentre os métodos de apoio a projetos industriais, a FMEA de projeto é um dos tipos de metodologia que contribuem para se obter uma melhoria significativa quanto ao custo e qualidade dos produtos.

Esse tipo de trabalho, tanto para o lançamento de novos produtos quanto para a melhoria do projeto, tem se mostrado positivo. Este artigo apresenta as possíveis falhas que podem ocorrer durante o desenvolvimento de ferramentas para estampagem de metais (corte,

Fig. 1 – Desenho da tampa de um radiador automotivo apresentado em corte

 

dobra e repuxo) voltadas para a confecção de produtos visando à alta produtividade e redução das anomalias de projetos, nos quais é utilizado um modelo gráfico para facilitar o entendimento das características de cada componente da ferramenta analisado isoladamente.

FMEA de projeto

O método FME A usado como ferramenta é uma das técnicas de baixo risco mais eficientes para a prevenção de problemas e identificação de soluções mais eficazes em termos de custos. Atualmente, é utilizado para diminuir as falhas de produtos em uso e a probabilidade de falhas em processos administrativos. Segundo Slack (4), o método Análise do Modo e Efeito de Falha, conhecido como FMEA de projeto (Failure Mode and Effect Analysis), busca evitar – por meio de análise das falhas potenciais e propostas de melhoria – que ocorram falhas no projeto do produto. Contudo, o objetivo dessa técnica é detectar falhas antes que se produza uma peça ou produto. Para aplicar o FMEA em um determinado projeto, forma-se um grupo de trabalho que define as funções e/ou características de cada componente e as relaciona aos tipos de falhas que possam ocorrer. Posteriormente, o grupo descreve, para cada tipo de falha, as suas possíveis causas e efeitos, relacionando as medidas de detecção e prevenção de falhas que estão sendo ou já foram toma-

 

Fig. 2 – Estudo da tira e definição do número de estágios para o funcionamento da ferramenta

 

das. Em seguida, para cada causa de falha são atribuídos índices para avaliar os riscos e, por meio desses, discutem-se as medidas necessárias à melhoria. Para explicar a diferença entre o FMEA de projeto e o FMEA de processo, devem ser considerados diferentes fatores que podem ser identificados por meio de duas perguntas. No caso do FMEA de projeto deve-se perguntar:

 

• Como esse projeto pode deixar de fazer o que deve fazer?

• O que devemos fazer para prevenir as falhas potenciais do projeto?

 

No caso do FMEA de processo, cabem as perguntas:

 

• Como esse processo pode deixar de fazer o que deve fazer?

• O que devemos fazer para prevenir as falhas potenciais do processo?

 

São objetivos muito diferentes conforme o tipo de aplicação do FMEA, a fim de impedir o comprometimento dos objetivos do projeto em detrimento dos objetivos do processo e vice e versa. Portanto, este artigo tratará exclusivamente do caso de projeto.

Descrição do projeto

O projeto a ser analisado por meio do FMEA visa ao desenvolvimento de uma ferramenta de estampagem, a qual produzirá um componente de uma tampa de radiador automotivo por estampagem progressiva, processo este que consiste na realização de vários estágios de fabricação de um componente por uma única ferramenta de corte e repuxo de metal. Essa ferramenta opera em uma prensa previamente selecionada de acordo com a necessidade e capacidade da ferramenta a ser desenvolvida.

O produto a ser desenvolvido, uma bucha de latão estampado, bem como o seu conjunto, é mostrado na figura 1.

Na figura 1, a bucha que será estampada é apresentada em destaque no conjunto de uma tampa de radiador automotivo, sendo que os outros componentes apresentam corte parcial para melhor ilustrar a posição da mesma. A imagem foi obtida por meio de modelamento com o software Inventor, desenvolvido pela Autodesk.

Para a obtenção deste componente pela aplicação do processo de estampagem de metais, devem ser respeitados os estágios do processo de embutimento de material, de forma que o mesmo não sofra ruptura ou deformação durante a operação. Esses estágios são definidos de acordo com as características geométricas do produto a ser desenvolvido e o tipo de material que será usado em sua confecção. São definidos pelo projetista ou pelo

Fig. 3 – Modelo gráfico de indicação de possíveis falhas durante a operação da ferramenta

 

engenheiro de projetos. O “estudo da tira”, nome dado a esta etapa do projeto, é de extrema importância, pois será o ponto inicial do desenvolvimento da ferramenta de estampagem; a qual será objeto de estudo deste trabalho.

Análise do projeto

Devido à grande complexidade e o número elevado de componentes existentes em uma ferramenta progressiva de repuxo, será submetida à análise do FMEA apenas uma parte dos componentes. Ela compreende os punções e matrizes de corte e repuxo, os quais serão diretamente responsáveis pela definição das características geométricas e físicas do produto a ser estampado. Portanto, esses componentes avaliados podem impactar diretamente o sistema

produtivo da ferramenta de corte e repuxo que será utilizada, a exemplo do estudo de FMEA de projeto.

A figura 3 (pág. 22) mostra de maneira simplificada a vista em corte de uma ferramenta desenvolvida previamente por um projetista de ferramentas. Com embasamento na sequência de desenvolvimento da tira do produto demonstrada na figura 1 (pág. 21), ela foi desenvolvida conforme o conhecimento do profissional e as normas estabelecidas. Porém, podem existir situações desconhecidas pelo projetista; afinal, existem profissionais que não possuem experiência na área operacional.

Diante dessa situação, o profissional desenvolve o projeto inicial e o submete à análise do FMEA de projeto, em que serão apontadas as possíveis falhas e dificuldades no decorrer do processo. Para isso é convocada uma equipe composta por profissionais das áreas operacional, gerencial e de desenvolvimento responsáveis pela detecção de possíveis problemas durante a operação da ferramenta. Esses problemas poderão ser atribuídos à usinagem, custo, funcionamento e manutenção. Por se tratar de uma ferramenta de corte e repuxo, durante o seu funcionamento, ela apresenta um ciclo de produção que deve ser respeitado em função da garantia de integridade e qualidade do produto a ser confeccionado.

Estas indicações se dão a partir de um desenho técnico mecânico denominado “desenho de conjunto” e são utilizadas imagens em 3D como as mostradas nas figuras anteriores. Nesse desenho de conjunto são:

 

• definidas as funções;

• apontadas as possíveis falhas;

• identificados os modos de falha;

• descritos os seus efeitos;

• isoladas as causas;

• estimado o seu grau de severidade;

• estimada a sua ocorrência;

• estimada a sua detecção;

• e calculado o RPN.

 

Em seguida, configura-se o FMEA.

O FMEA apresentado a seguir foi desenvolvido segundo o modelo gráfico mostrado na figura 3 (pág. 22).

Foi considerada a opinião de todos os profissionais da equipe que realizou o FMEA, bem como o porte e o detalhamento da empresa que confeccionará a ferramenta como, por exemplo, parque industrial e disposição de recursos, além de demanda do mercado e disponibilidade de investimento. Cada empresa, diante da disponibilidade de recursos e de investimentos, pode ou não acatar a sugestão da equipe. Porém, ao negar investimentos para melhorar um índice de FMEA, a instituição estará assumindo um risco já previsto.

Na tabela 1, o projeto da ferramenta de repuxo da bucha é analisado segundo o índice de ocorrência, severidade e detecção em que para cada um desses fatores

é atribuído um valor de 1 a 10 de acordo com uma escala determinada. A multiplicação desses valores resultará em um dado chamado de RPN (Grau de Prioridade e Risco), sendo que quanto maior for o valor, maior será o impacto da falha. Assim, poderão ser determinadas as prioridades e decisões a serem tomadas.

No exemplo a seguir veremos como se obteve o RPN da falha descrita como “matrizes de corte”.

Com os índices abaixo determinou-se o resultado:

 

• ocorrência, 6;

• severidade, 6;

• detecção, 3.

 

RPN = Ocorrência x Severidade x

Detecção

RPN = 6 x 6 x 3

RPN = 108

 

Portanto, segundo o RPN, estas serão as primeiras ações para a melhoria do projeto da ferramenta. Por se tratar de um projeto em fase inicial, todas as ações propostas serão realizadas, e a partir dessas informações pode-se priorizar as melhorias e visualizar as falhas mais graves. Conforme Pahl et al.(3), o projeto de produto deve ser desenvolvido em quatro fases: esclarecimento da tarefa, projeto conceitual, projeto preliminar e projeto detalhado. Entretanto, recomenda-se aplicar o método abordado neste estudo na fase de projeto preliminar, após refazer a fase de esclarecimento da tarefa.

A seguir estão as tabelas utilizadas no cálculo do RPN.

Segundo Palady(5), “As definições correspondentes aos números de Escala de Severidade que aparecem na tabela 2 são exemplos que podem ou não ser aplicados às organizações dos leitores. As definições nessa escala devem refletir a natureza dos produtos que são projetados e fabricados pelas organizações. Sugere-se que esses exemplos sirvam como guia para o desenvolvimento de uma escala de severidade específica da organização”.

Para a determinação da escala de avaliação de ocorrência, no caso de projeto de ferramentas de estampagem, deve-se considerar os registros de ocorrências de ferramentas similares em relatórios de manutenção,

bem como o conhecimento de profissionais que fazem parte da equipe destinada à realização do FMEA. Dessa maneira, obtêm-se os valores correspondentes às definições da escala de avaliação de ocorrência.

Segundo Palady (5) , “Um valor muito baixo na Escala de Detecção sugere que esse modo de falha ou suas causas certamente serão detectados antes de chegarem ao cliente ou à operação seguinte ao local onde o problema foi criado, e o valor mais alto na escala, que é dez, sugere que a forma mais provável de a organização tomar conhecimento do problema ocorre quando ela recebe reclamações dos clientes. Quanto mais alto o valor maior o custo da falha e a maior parte do custo dessa falha não é incluída no sistema contábil. Qual o custo da falha associado a cada reclamação dos clientes em termos de percepção dos clientes ou da fatia de mercado”.

Como ocorre em outras escalas, a escala de detecção mostrada na tabela 4 deve ser ajustada a fim de se adequar a cada organização.

Alterações no projeto

Após a análise inicial e feitas as devidas correções no projeto da ferramenta, um novo modelo gráfico desenvolvido pelo responsável é apresentado à equipe. Por meio deste modelo será verificado se todas as propostas para a melhoria do projeto foram aplicadas, e desta maneira poderão ser minimizadas as possíveis falhas. A figura 4 (pág. 28) demonstra o resultado obtido com as melhorias executadas no projeto inicial.

As imagens foram desenvolvidas da maneira mais ilustrativa possível, tendo em vista que profissionais de engenharia não utilizam figuras e sim desenhos técnicos baseados em normas. Existe ainda a possibilidade de manipulação do modelo gráfico com uso do software. Portanto, podem servir somente para a análise visual e/ou estrutural. Por não se tratar do objetivo desse artigo, este último tipo de análise não será abordado.

A figura 4 mostra de maneira simplificada a vista em corte da ferramenta alterada por um projetista de ferramentas, baseando-se em análises feitas pela equipe responsável pelo FMEA. Uma vez aprovadas as alterações no projeto, o profissional irá dar continuidade ao trabalho elaborando a documentação necessária

Fig. 4 – Modelo gráfico da ferramenta com correção das possíveis falhas

 

sob a forma de desenho técnico mecânico, para que a confecção da ferramenta seja realizada.

Apesar do trabalho realizado pela equipe do FMEA para a correção do projeto, durante esse processo poderão ocorrer alguns imprevistos e estes deverão ser solucionados pelo operador responsável juntamente com o responsável pelo desenvolvimento, e na maioria das situações a decisão final é tomada pela mesma equipe que avaliou o projeto desde a sua fase inicial. Para cada modificação que ocorrer após iniciado o projeto, o modelo gráfico deverá ser atualizado, bem como toda a sua documentação pertinente.

Conclusões

A aplicação do FMEA de projeto contribuiu para melhorar o desenvolvimento da ferramenta progressiva de corte e repuxo a qual, como citado inicialmente, confeccionará um componente para um subconjunto automotivo. O trabalho de profissionais diretamente envolvidos com o desenvolvimento e realização do projeto, com grande experiência e conhecimento técnico, possibilitou uma melhoria substancial. Considera-se que a FMEA, por meio da identificação dos modos de falhas e respectivos índices de risco, orientou com precisão a realização de ações para reduzir a probabilidade de ocorrência dessas falhas durante o uso da ferramenta. Sendo a FMEA a última etapa a ser realizada, os modos de falha identificados influenciaram tanto a concepção do projeto quanto os modelos gráficos antes e após as modificações resultantes do estudo, sendo que a utilização de software com recursos gráficos confere uma impressão de realidade ao projeto desde a sua fase inicial. Destacam-se como principais alterações no projeto a substituição das matrizes de repuxo por postiçadas, as quais inicialmente foram desenvolvidas sem previsão de ajustes de processo, as manutenções futuras e as alterações executadas nas matrizes de corte, além da modificação do sistema de fixação dos punções, uma vez que eles sofrerão desgaste durante o funcionamento da ferramenta.

Referências

1. R ozenfeld, H., Foocellini , F. A., Amaral, D. C., T oledo , J. C., Silva, S. L., Alliprandini , D. H. E Scalice, R. K.: Gestão de Desenvolvimento de Produtos: Uma Referência para a Melhoria do Processo, Ed. Saraiva, São Paulo, Brasil, 2006, 576 p.

2. P ahl, G., Beitz , W., Feldhusen, J. and Grote, K. H.: Projeto na engenharia: fundamentos do desenvolvimento eficaz de produtos, métodos e aplicações, Ed. Edgard Blücher, São Paulo, Brasil, 2005, 412 p.

3. P ahl , G., B eitz, W.: Engineering design: a systematic approach, Ed. Springer, Londres, Reino Unido, 1996, 544 p.

4. Slack N: Vantagem competitiva em Manufatura: atingindo competitividade nas operações industriais 1a edição Ed. Atlas. São Paulo, Brasil, 2002, 754 p.

5. P alady P.: FMEA Análise dos modos de Falha e Efeitos: Prevendo e Prevenindo Problemas antes que Ocorram, 1a edição IMAN, São Paulo, Brasil, 1997, 270 p.