METROSUL IV – IV Congresso Latino-Americano de Metrologia
“A METROLOGIA E A COMPETITIVIDADE NO MERCADO GLOBALIZADO”
09 a 12 de Novembro, 2004, Foz do Iguaçu, Paraná – BRASIL
Rede Paranaense de Metrologia e Ensaios
METODOLOGIA PARA A SELEÇÃO OTIMIZADA DE INSTRUMENTOS DE
MEDIÇÃO UTILIZADOS NA GESTÃO DA MANUTENÇÃO – ESTUDO DE
CASO EM ORGANIZAÇÕES NO RECIFE
José Roberto da Costa Campos 1 José Eduardo Ferreira de Oliveira 2, Luis Cordeiro de Barros Filho 3.
1
2
UPE Escola Politécnica de Pernambuco, Rua Benfica 455, Recife, Brasil. [email protected]
CEFET-PE Centro Federal de Educação Tecnológica de Pernambuco, Av. Prof. Luiz Freire, 500, Recife, Brasil.
[email protected]
3
UPE Escola Politécnica de Pernambuco, Rua Benfica 455, Recife, [email protected]
Resumo: O objetivo deste trabalho é apresentar uma
metodologia para a seleção otimizada de instrumentos
de medição utilizados em mensurandos típicos da
manutenção. Mostrar-se-á que é possível obter
ganhos significativos da eficiência operacional e
conseqüentemente da produção, quando é realizado o
diagnóstico de critérios formais de seleção de
instrumentos de medição sob o ponto de vista
metrológico. Tais critérios possibilitam reduzir a
manutenção e obter um ganho de produção, tempo e
qualidade. Será apresentada ainda, uma pesquisa
com exemplos reais obtidos por profissionais ligados à
manutenção industrial.
Palavras
chave:
manutenção
Metrologia,
. 2. MENSURANDOS TÍPICOS DE MANUTENÇÃO
A Engenharia, incluindo a Engenharia da Gestão
de processo e manutenção, começa o seu cálculo a
partir de dados que são obtidos por medição e
avaliação dos resultados empresariais da Gestão de
processo e de manutenção realizada por indicadores
de Total Productive Maintenance (TPM) que é obtida
pelo rendimento operacional global conforme exposto
na Figura 1.
confiabilidade,
1. INTRODUÇÃO
O desenvolvimento de um processo ou gestão na
indústria passa fundamentalmente pela análise dos
dados a respeito de determinado evento ou conjunto
de eventos. Através de exemplos reais do setor
industrial, obtidos através de profissionais que atuam
na Engenharia, será mostrado que os sistemas de
medição possibilitam indicar possíveis falhas,
apontando a necessidade de correção, principalmente
quando se atua num ambiente em que a
conseqüência desta é grave para o processo de
produção, podendo levar a possíveis acidentes, além
da improbabilidade do sistema, trazendo como
conseqüência perda da produtividade empresarial,
devido às exigências da competência técnica,
qualidade total, rastreabilidade e confiabilidade
metrológica que envolvem os produtos e processos.
Figura 1. Diagrama esquemático utilizado pela
engenharia de gestão para a avaliação de mensurandos
A Gestão de processo e de Manutenção, em
particular o TPM, define como uma das medidas de
produtividade de uma empresa, o índice de
rendimento operacional global (ROG). E preciso então
quantificar, isto é medir, as perdas por paradas e
perdas por defeito (ITO), as perdas por queda de
velocidade de funcionamento (IVO) e a quantidade de
peças boas em relação ao total de peças produzidas
(IPA) (BARROS e LEÃO, 1999). A figura 2 apresenta
a proposta para a classificação de mensurando típico
de processo e manutenção. A quantificação destes
mensurandos é expressa por duas parcelas: a) o
chamado resultado base (RB), que corresponde ao
valor central da faixa onde deve situar-se o valor
verdadeiro do mensurando e b) a incerteza da
medição (IM) (ISO GUM, 2004), que exprime a faixa
de dúvida ainda presente no resultado, provocada
pelos erros presentes no SM e variações do
mensurando. Este resultado deve sempre ser
acompanhado da unidade do mensurando. Assim, o
resultado de uma medição (RM) e expresso pela
equação 1.
RM = (RB ± IM) [unidade].
(1)
2.1 Perdas por parada e por defeitos (ITO) e perdas
por queda de velocidade de funcionamento (IVO)
A grandeza (ITO) é a probabilidade de um
equipamento ou sistema estar em condições de
operar, dentro dos limites para o qual foi especificado,
no instante em que for solicitado. É o mesmo que
medir a confiabilidade definida como a probabilidade
de um equipamento ou sistema, em perfeito
funcionamento no instante inicial de observação de
não falhar dentro de um intervalo tempo t. A
freqüência com que as falhas ocorrem é usada como
parâmetro para a formulação matemática da
confiabilidade R(t) e é chamada de taxa de falhas.
A Medição de grandezas para ser eficiente (IVO),
faz-se necessário o controle paramétrico de processo
cujo objetivo é controlar a qualidade das
características dos produtos.
A tolerância de parâmetro do processo é obtida a
partir do conhecimento da tolerância do produto
(projeto do produto). O erro de medição no ajuste do
parâmetro do processo reflete na forma de quanto
maiores os erros de medição, maiores as variações na
qualidade dos produtos manufaturados. É necessário
ainda determinar o intervalo ótimo de medição com
fins de ajustar ou restabelecer processos que se
encontram fora de controle. A medição dos
parâmetros de processos de produção monitora a
velocidade do mesmo e, portanto, é a única que é
indispensável para todos os tipos de processo e
manutenção.
2.2 Índice de produtos aprovados (IPA).
O resultado de medição para controle de qualidade
é em geral apresentado em gráficos de controle
estatístico de processo como a da figura 3. O papel do
controle de qualidade é medir a peça produzida,
comparar o resultado com a respectiva tolerância e
classificar a peça como aprovada, quando encontra-se
dentro da tolerância especificada, ou rejeitada, caso
contrário. Entretanto, qualquer sistema de medição
apresenta erros, produzindo resultados com
incertezas. Do ponto de vista metrológico, quanto
menor a incerteza do sistema de medição usado para
verificar o atendimento a uma dada especificação,
melhor.
Figura 3. Esquema dos gráficos de controle
Figura 2. Classificação do mensurando típico da
manutenção
A predição da confiabilidade é baseada na
suposição do conhecimento desta taxa de falha dos
componentes individuais, sendo possível calcular a
confiabilidade do sistema. A duração da vida T é
geralmente quantificada na grandeza tempo para os
componentes e para os equipamentos e sistemas por
percurso ou quantidade de produto fabricado neste
tempo T. Este é o ponto de início, pois sua
quantificação só é obtida experimentalmente por meio
dos ensaios.
Para a medição de grandezas dos produtos, devese conhecer o seu intervalo de tolerância (IT). O IT é o
intervalo (ou faixa) de tolerância desejável para a
grandeza mensurável, sendo dado pela equação 2,
onde LST é o limite superior da tolerância e LIT é o
limite inferior da tolerância.
IT = LST – LIT.
(2)
A incerteza da medição é necessária para definir
os limites de aceitação, em conformidade com a
especificação. Porém, em função da sua existência,
surgem zonas de dúvidas, isto é, regiões onde parte
da faixa de valores correspondentes ao resultado da
medição estariam dentro e parte estariam fora da
tolerância. Só é possível afirmar que a peça atende à
tolerância se estiver dentro da denominada zona de
aceitação (ou zona de conformidade). Note que a
zona de aceitação é menor que a tolerância original de
um valor correspondente a duas vezes a incerteza de
medição do sistema de medição. Há portanto, a
necessidade da definição dos limites LIA e LSA. Os
limites de aceitação são usados para classificar se
peças estão dentro da faixa de conformidade. Se a
relação: LIA ≤ RB ≤ LSA for obedecida, a parte
medida será considerada aceita, isto é, em
conformidade com a tolerância. Se não obedece à
condição, mas está dentro da faixa de dúvida
representado por hachura na figura 4, não é possível
afirmar, que seja uma peça dentro ou fora da
especificação e, conseqüentemente, não pode ser
comercializada. Se estiver na zona de rejeição, é
possível afirmar com segurança que está fora da
especificação estabelecida pela tolerância.
A incerteza da medição deve ser calculada para
determinar as condições de medição dada pelas
equações 3 e 4, onde LIA é o limite inferior de
aceitação, LSA é o limite superior de aceitação, LIT é
o limite inferior de tolerância, LST é o limite superior
de tolerância e IM é a incerteza da medição.
LIA = LIT + IM
(3)
LSA = LST – IM
(4)
Figura 4 Intervalo de tolerância. U= 1/10
3. CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DE INSTRUMENTOS.
A proposição do referido trabalho é apresentar uma
metodologia para seleção de instrumentos de medição
utilizados pela Gestão da manutenção na indústria,
através da Identificação e definição de mensurandos
típicos do processo industrial e manutenção, e
enquadramento através do método de grandezas de
influência ou método com predominância do
Instrumento.
O conhecimento das técnicas de manutenção foi
concatenado com as técnicas de Metrologia,
Normalização e Qualidade, permitindo a elaboração
do diagrama da figura 5 (Campos, 2004). Este
diagrama pretende auxiliar no entendimento de como
as ferramentas metrológicas podem ajudar no
desempenho das melhorias de TPM por permitir
quantificar e validar dados dos mensurandos de
processos e da manutenção, como mostra o
desenvolvimento e a inovação deste trabalho com a
criação do critério de classificação do mensurando
típico do processo e da manutenção correlacionado
com as variáveis do Rendimento Operacional Global
(ROG).
Figura 5. Diagrama esquemático da metodologia para
classificação dos mensurandos típicos de manutenção
. Para expressar o resultado da medição RM são
consideradas atualmente duas situações, conforme
apresentado na figura 6. Devido a isto, o valor
atribuído a um mensurando obtido por medição deve
indicar claramente, se ele se refere ao resultado não
corrigido ou ao resultado corrigido; e se tem apenas
uma indicação ou se corresponde ao valor médio de
varias medições. A expressão completa do resultado
de uma medição deve incluir ainda informações sobre
a incerteza da medição
O primeiro método onde no resultado são
consideradas as grandezas de influências externas e
é o que está de acordo com o estabelecido pelo ISO
GUM (ISO GUM, 2004). Este é o método
recomendado pelas Instituições Internacionais e no
Brasil pela Associação Brasileira de Normas Técnicas
ABNT
e
Instituto
Nacional
de
Metrologia,
Normalização e Qualidade Industrial INMETRO. Este
método é o mais indicado para situações complexas
onde outros fatores também trazem incertezas
significativas sobre o resultado de uma determinada
medição (JÚNIOR, 2003). Para o seu uso é
necessário conhecer muito bem o processo de
medição: definir o mensurando, elaborar o diagrama
causa efeito, e determinar as incertezas das
grandezas
de
entrada,
os
coeficientes
de
sensibilidade, os componentes de incerteza, a
incerteza padrão combinada, os graus de liberdade
efetivos e a incerteza expandida (COUTO, 2003).
O segundo método é a forma onde a indicação do
instrumento de medição é dominante. Para a sua
utilização é fundamental o conhecimento do
comportamento metrológico. Quando isto não ocorre,
há perda de sua validade e confiabilidade. Na prática,
podem ocorrer: a ausência informação a respeito do
sistema de medição, pois dispõe-se apenas de uma
estimativa do erro máximo obtida através de catálogos
ou especificações técnica do fabricante.
figura 6. Formas atuais para expressão da incerteza de
medição
4. METODOLOGIA
Os processos de Manutenção nos mais variados
setores organizacionais utilizam praticamente todos os
tipos de mensurando nas atividades de engenharia.
Para o desenvolvimento experimental deste trabalho
foram utilizados resultados de medições fornecidos
por profissionais das mais diversas áreas da
engenharia, solicitando os seguintes dados:
 Dados do instrumento de medição utilizado (faixa
nominal, menor divisão, exatidão, etc);
 Memória de cálculo;
 Certificado de calibrações;
 Informações técnicas do fabricante do instrumento
de medição.
As variáveis dependentes são os procedimentos e
resultados de medições obtidas através instrumentos
de medir que levam a correta determinação do
chamado resultado de medição (RM). As variáveis
independentes serão os resultados de medição RM
(resultado final) fornecidos pelos profissionais
operadores de Instrumentos em uso nas manutenções
de instalações e indústria. Estes profissionais atuam
na região metropolitana do grande Recife. A
comparação consiste em verificar se o critério de
seleção do SM e do instrumento de medição utilizado,
pelos profissionais, permite obter respostas de
medição com informações confiáveis.
Utilizou-se para a coleta de dados, um questionário
para a correspondência por correio eletrônico e
entrevistas. Na primeira fase da coleta de dados foi
feito o levantamento do número de colaboradores
(operadores de instrumentos).
Na
segunda
fase
foram
enviadas
as
correspondências, a cada um destes colaboradores e
após sua resposta foi realizada a checagem com o
objetivo de detectar casos de questionários
respondidos de forma irregular com o intuito de serem
refeitos in loco. Após a coleta de dados realizou-se a
categorização e codificação dos mesmos. Por fim,
efetuou-se a tabulação, entrevista direta com os
colaboradores das amostras. A amostra foi intencional
e solicitada aos profissionais de engenharia que
trabalham com operadores de instrumentos de
medição.
Foram realizadas 40 solicitações e devolvidas 18
respostas das quais 9 foram rejeitadas. As amostras
com resultados apresentados na forma qualitativa
foram rejeitadas por não ter sentido de ciência exata.
As variáveis solicitadas aos colaboradores das
amostras com resultado expresso na forma
quantitativa foram às noves que estão enumeradas e
descritas a seguir:
1. Temperatura: Determinar os valores médio,
máximo e mínimo da temperatura ambiente na
cidade de Recife durante o mês de Abril de 2001;
2. corrente Alternada 60 Hz: Intensidade de
corrente de motor de tração de aceleração e
frenagem de Trem Unidade Elétrica;
3. pressão: Teste da pressão de liga e da pressão
desliga de um pressostato do freio de
estacionamento do Trem (unidade elétrica);
4. espessura: Espessura para cálculo de pressão de
operação de reservatório de ar comprimido do tipo
cilíndrico e horizontal;
5. dureza: Medição da dureza de junta soldada de
uma esfera de armazenamento de gás;
6. dimensional: Controle de qualidade do batimento
axial da bucha do balanceiro;
7. dimensional: Controle de qualidade da largura
total da engrenagem;
8. dimensional: Controle de qualidade do diâmetro
externo da engrenagem
9. dimensional: Controle de qualidade da corda da
engrenagem.
A Análise geral de todas às noves amostras
consiste em classificá-las de acordo com os receptivos
modelos dos critérios de seleção de instrumentos
apresentados no âmbito deste trabalho. O resultado
desta comparação gerou as informações constates
nas tabelas 1, 2, e 3.
5 Análise geral para noves amostras.
Feita a análise das amostras dos mensurandos
típicos da manutenção, gerou-se os resultados
apresentados na tabela 1. Analisando-se tais
resultados, constatou-se que nenhuma amostra é do
tipo ITO, cinco são do tipo IVO e quatro do tipo IPA.
Todas elas utilizaram a predominância do instrumento.
A indicação “N” indica que a amostra não satisfaz o
referido critério, enquanto que a indicação “S” indica
que o referido critério foi satisfeito pela amostra.
Constatou-se ainda que duas amostras não
apresentaram o valor da tolerância do mensurando e
todas elas não fizeram uso da correção do
instrumento de medição e nem declararam a incerteza
do resultado.
Tabela 1 Classificação das amostras segundo o critério de
seleção dos instrumentos de medição utilizados em
mensurando típicos da manutenção
Item / Amostra
1
Típico da manutenção
ROG/ITO
N
ROG/IVO
S
ROG/IPA
N
Sistema de medição
Grandezas de
N
influência
Predominância do
S
instrumento
Expressão do resultado
Valor da Tolerância N
ou projeto
Resultado corrigido N
Incerteza declarada N
2
3
4
5
6
7
8
9
N
S
N
N
S
N
N
S
N
N
S
N
N
N
S
N
N
S
N
N
S
N
N
S
N
N
N
N
N
N
N
N
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
N
S
S
S
S
S
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
N
Analisando-se as amostras dos mensurandos tipo
IPA, foi possível construir a tabela 2. Constatou-se
que através desta análise que apesar de disporem do
cálculo de controle estatístico de processo fez-se
pouco uso destas informações, pois não usaram as
informações do CP e CPK para prevenir as tendências
de desvio do mensurando. Por outro lado, também
não foram corrigidos no intervalo de projeto do
mensurando para o intervalo de processo de
fabricação, podendo ocorrer classificações erradas
nos valores limites da tolerância de seus produtos.
Tabela 2 Classificação das amostras segundo o critério
de seleção de instrumentos de medição em mensurando
para controle de qualidade
Item / amostra
6
7
8
9
Medição de grandezas para produtos conforme
MSA
N N N N
Correção do intervalo
N N N N
Uso de CEP
S
S
S
S
Análise do Cp e Cpk
N N N N
Feita a Análise segundo o critério da
predominância dos instrumentos para as noves
amostras foi possível construir a tabela 3. Através
desta análise, constatou-se que os certificados de
calibração não informaram a repetitividade do
instrumento de medir. Duas amostras sem
repetitividade e sem valor do erro declarado pelo
fabricante, sem declaração de incerteza. Quatro
amostras não possuiam as especificações do
fabricante do instrumento de medição, e duas
amostras sem qualquer tipo de certificado de
calibração.
Tabela 3 Critério de seleção dos instrumentos de medição
quando predominância do instrumento.
Item / Amostra
Inf. repetitividade
Declaração da incerteza
Fez a correção do erro
Dados do fabricante
Certificado e calibração
Rastreado a RBC
1
N
N
N
S
N
N
2
N
S
N
N
S
N
3
N
S
N
N
S
N
4
N
N
N
N
N
N
5
N
S
N
N
S
N
6
N
S
N
S
S
N
7
N
S
N
S
S
N
8
N
S
N
S
S
N
9
N
S
N
S
S
N
Embora não seja pertencente à seleção do
instrumento, vale a pena informar que a Análise deste
conjunto de amostras deixa transparecer que não
foram considerados alguns aspectos. Duas amostras
tinham manuais próprios de qualidade, determinando
o procedimento de como fazer a medição e apenas
uma disponha de norma de como é determinado o
tamanho de amostra. Para as outras, fica indefinido se
o tamanho de cada uma delas representa
corretamente a população deste mensurando.
Nenhuma amostra declara as condições ambientais,
não declara a força de contato, justifica a resolução do
instrumento em função da tolerância de do produto, o
tipo de material do seu mensurando e as incertezas
dos dados quando utilizando formulas e ábacos ou
tabelas no procedimento do seu resultado.
6. CONCLUSÕES.
Através da análise das amostras obtidas e
aplicando-se a metodologia sugerida no escopo deste
trabalho, pode-se chegar às seguintes conclusões:
As normas técnicas em vigor anteriores a
publicação em 1995 do ISO GUM, não foram
alteradas e o uso destas normas desatualizadas
geram conflito de procedimento.
Mesmo o Sistema Internacional de Unidades (SI)
tendo entrado em vigor em 1978, constatou-se neste
trabalho o uso de outros sistemas coerentes.
A falsa crença de que o uso de instrumentos
novos, digitais, computadorizados pode ser utilizado
sendo desnecessário sua calibração e o conhecimento
da contribuição da incerteza destes instrumentos na
determinação da incerteza do mensurado,
Há o emprego de métodos que estão voltados para
características do instrumento de medir onde
deveriam ser prioritárias as características do
mensurando,
O uso da ferramenta estatística fazendo parte no
cálculo de resultado de medidas a partir de
instrumentos cuja indicação é erroneamente
considerada deterministico,
O Guia da Incerteza de Medição, não está sendo
utilizado no ambiente de fabrica, e mesmo os outros
métodos existentes em uso não são corretamente
utilizados, pois os procedimentos de medir não são
corretos.
Quando o instrumento é calibrado as correções
recomendadas não são consideradas no resultado.
A criação da classificação de mensurandos típicos
da manutenção vem preencher uma lacuna existente
nesta área metrológica, voltada para aplicação direta e
explicita na Gestão do processo e manutenção e sua
contribuição para elevação do ROG
com
conseqüentemente
ganho
de
produtividade
empresarial;
Nas amostras coletadas verifica-se que nenhuma
contempla a variável ITO do ROG. Este fato
caracteriza mais ainda a especificação do critério de
seleção instrumento voltada para uso típico da
manutenção na forma a conscientizar as empresas
que variáveis associadas a medidas de disponibilidade
fazem parte do sistema de metrologia industrial. Este
aspecto sinaliza para o fato de que deve-se começar
uma mudança de paradigma de que não somente
deve-se usar a metrologia como ferramenta gerencial
para o tratamento de medidas técnicas na empresa
(pressão, vazão, potencia, temperatura, tensão, etc.),
mas deve ser utilizada também como ferramenta
Gerencial para variáveis do sistema de Gestão, em
particular aqui apresentada para o sistema da Gestão
de processo e manutenção.
7. RECOMENDAÇÕES
A abrangência do tema é imensa. Portanto
preferiu-se considerar como uma contribuição para
início de informações de futuros trabalhos. O tamanho
da amostra deste trabalho é pequena, mas a sua
qualidade é ter sido feita em locais que vão desde a
instituição
de
empresas
pequenas
até
as
multinacionais com modernas gestões empresariais. O
resultado mostra a necessidade de proceder
correções no mínimo nesta região do país.
Esta pesquisa também deverá ser estendida aos
laboratórios das Universidades do Estado. Também
sugere o ensino deste conhecimento em todas as
modalidades de engenharia com fim de apresentar a
contribuição da metrologia, integrando com as gestões
de engenharia por uma melhoria da confiabilidade, da
eficiência do processo e conformidade do produto. Isto
é mudar a atual imagem da metrologia que é
considerada uma sofisticação e geradora de custos.
8. REFERÊNCIAS
BARROS, Luis C F, LEÃO, Saulo C. TPM – Curso
Básico
Apostila,
Escola
Politécnica
de
Pernambuco - UPE. Curso de Pós-Graduação em
Gestão de Manutenção. 1999.
CAMPOS, J. R. C. Diagnóstico de Critérios Formais
de Seleção, sob o Ponto de Vista Metrológico, dos
Instrumentos de Medição Utilizados pela Gestão da
Manutenção na Indústria – Pesquisa Realizada na
Região Metropolitana do Recife. Monografia de
Especialização do Curso de Gestão da Manutenção.
Escola Politécnica de Pernambuco, Universidade de
Pernambuco, 2004.
COUTO, Paulo Roberto Guimarães. Curso de incerteza de
medição Ensaios mecânico. Apostila Recife INMETRO
Outubro 2003.
ISO GUM – Guide to the Expression of the Uncertanty
a
in Measurement, 3 Edição, 2004.
JÚNIOR, Armando Albertazzi Gonçalves, Medição
Inspeção na Indústria Visão Sistemática e Correta do
Processo. Apostila Congresso Brasileiro de Metrologia
2003.