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INTEGRAÇÃO DA INDÚSTRIA 4.0 E MODELO DE AVALIAÇÃO PARA SEGURANÇA DO PRODUTO Diegleson Viana Rodrigues 1 , Robson Silva de Paula 2 , Anderson de Oliveira Castro 3 (orientador) RESUMO O número de acidentes relacionados com o produto tem crescido na última década. A Indústria 4.0 é um novo conceito para aumentar a eficiência de fabricação do produto. Modelos de avaliação são amplamente aplicados em processo de desenvolvimento de produto em indústrias de fabricação na tentativa de se identificar riscos potenciais durante a fase de desenvolvimento de novos produtos e melhorar a competência da empresa, além de satisfazer as necessidades do consumidor e as partes interessadas. Este trabalho estuda as oportunidades de integrar o uso de modelo de avaliação da garantida de segurança do produto, já aplicados em países de primeiro mundo, facilitado pela tecnologia 4.0. Este artigo discute (i) modelos atuais de avaliação, (ii) novos problemas de desenvolvimento de produtos, (iii) Indústria 4.0 (iv) Integração do modelo de avaliação e Indústria 4.0, e (vi) dois grandes exemplos de casos de recall de produtos de consumo nos EUA. Palavras-chave - Indústria 4.0, segurança do produto, avaliação modelo, desenvolvimento de novos produtos ABSTRACT The number of accidents related to the product has grown in the last decade. Industry 4.0 is a new concept to increase the manufacturing efficiency of the product. Valuation models are widely applied in the product development process in manufacturing industries in an attempt to identify potential risks during the development phase of new products and improve the competence of the company as well as meeting the needs of the consumer and stakeholders. This paper studies the opportunities to integrate the use of the evaluation model of product safety, already applied in first world countries, facilitated by technology 4.0. This paper discusses (i) current evaluation models, (ii) new product development issues, (iii) industry 4.0 (iv) integration of the evaluation model and industry 4.0, and (vi) two major examples of products in the USA. Keywords - Industry 4.0, product safety, model evaluation, new product development 1 Graduando em Engenharia Mecânica, Uninorte Laureate, E-mail:ahoradacolheitachegou@gmail.com 2 Graduando em Engenharia Mecânica, Uninorte Laureate, E-mail:rob.depaula17@gmail. 3 Mestre em Engenharia Elétrica – UFPA - Uninorte Laureate, E-mail: pscampos@gmail.com 2 INTRODUÇÃO A segurança do produto é um dos elementos centrais das indústrias de manufatura. Indústrias de todos os portes, assim como, empresa comercial, casa de design, fabricante, laboratório de testes estão implementando métodos de avaliação para identificar e eliminar quaisquer riscos potenciais ao novo processo de desenvolvimento de produto. Países de primeiro mundo como os Estados Unidos (EUA) têm um dos maiores mercados de consumo nos últimos 50 anos e ocupava cerca de 27% do produto de consumo mundial em 2015 (CPSP, 1997). No mesmo ano, ocupava o segundo e o terceiro maior mercado: cerca de 8% e 4% do mercado mundial (CPSP, 1997). Nos E.U.A, segurança do produto é monitorada principalmente pelo Lei de Melhoria da Segurança do Produto (CPSIA) e Sociedade Americana de Testes e Materiais (ASTM). A Comissão de segurança de produtos de consumo dos Estados Unidos (CPSC) informou que um alto número de recalls foi relacionado a segurança do produto todos os anos, e totalizaram US $ 700 bilhões (MEMON; LEE; MARI, 2014). Além dos dados de mortes que foram também relacionadas à segurança estão entre 3.800 à 4.000 casos (CPSC, 2015). 1.0 Materiais e Métodos Este artigo começa com uma visão geral da importância da segurança das informações dos produtos de consumo. Dois modelos internacionais de avaliação, desenvolvimento atual de novos produtos e processos e problemas também serão discutidos então descritos. Os conceitos da Indústria 4.0, a integração com modelo de avaliação será integrada ao corpo do artigo para discussão. Para demonstrar as falhas das práticas de segurança em produtos existentes, dois grandes casos nos EUA também serão descritos neste artigo. 3 2.0 Modelos Atuais de Avaliação Modelos de avaliação são amplamente aplicados em processo de desenvolvimento de produto (NPD) na fabricação indústrias para identificar desejos e qualidade do cliente e suas preocupações [4]. Dois modelos comuns de avaliação são comumente usados nas últimas décadas. 2.1 Modelo de Kano Este modelo, conforme Kano, N. et al. (1984), é um dos modelos de avaliação mais praticados pelas indústrias. Foi criado para desenvolver um novo produto desde a fase de identificar os requisitos do cliente até a elaboração do conceito do projeto para a fase de processo de desenvolvimento. Funções criteriosas como estética, entre outras características do produto, podem ser analisadas e classificadas usando uma tecnologia bidimensional (AKAO, YOJI 1994) A relação entre satisfação do cliente e aspectos principais do produto também poderiam ser explicados usando as três categorias seguintes (KANO et al. 1994). - O essencial ou qualidade básica: esta é a importante categoria no modelo de Kano (Mikulić ; Prebežac, 2011). Funcionalidades fundamentais ou qualidade devem ser cobertas no novo produto para atender os requisitos do cliente. De outra forma, o cliente não irá se interessar pelo novo produto mesmo que o custo deste seja relativamente menor do que outros concorrentes. - Qualidade unidimensional ou de desempenho: o desempenho do produto também pode ser considerado no novo modelo pelo cliente. Alcançando um produto de alto desempenho, a empresa comercial pode investir nas habilidades técnicas de engenheiro profissional, no nível de precisão de máquinas de fabricação ou em componentes confiáveis para atingir esta categoria no novo processo de desenvolvimento de produto. Existem várias vantagens de implementar o Modelo de Kano conforme, Hinterhuber et al (1997), incluindo: 4 - Ideia inovadora e tendências de produtos podem ser descobertas para atender às necessidades potenciais dos clientes no estágio inicial de novos processos de desenvolvimento de produto. - As preocupações de segurança do produto podem ser percebidas para minimizar quaisquer riscos potenciais no início da ideia conceitual pela área de design e da empresa. - A decisão de trade-off (perde ou ganha) poderia ser tomada devido a preocupações financeiras sobre o desempenho do produto e segurança. 2.2 Implementação da Função de Qualidade (QFD). O QFD é um modelo de avaliação para transformar a voz do cliente (VOC) em engenharia industrial: características para desenvolver um produto de qualidade em todo o processo de desenvolvimento de produto. Usando uma ideia conceitual ou novo design do produto poderia ser analisada através das seis seguintes categorias de diferentes partes interessadas como: o potencial cliente e as área de design, comercial e industrial. - as necessidades do cliente - percepções do cliente - Atributos de design - Medidas de engenharia - Custos e viabilidade - Relacionamentos entre as necessidades dos clientes e o design atributos. Correlação de diferentes categorias pode ser avaliada e ações apropriadas poderiam ser tomadas pelas partes interessadas. Existem várias vantagens de usar o QFD. Por exemplo, o design do produto pode ser satisfatório as todas as partes interessadas, mas não apenas uma ou duas partes interessadas. Além disso, atributos de design e preocupações de segurança seriam priorizados e identificados na base do conceito do projeto. Assim, a abordagem de avaliação 5 sistemática poderia ser aplicada para executar o processo de desenvolvimento de novos produtos com diferentes partes interessadas. No entanto,o modelo Kano e QFD são mais apropriados na fase de projeto conceitual. Modelo Kano é normalmente aplicado para identificar os requisitos do cliente e expectativa através de diferentes comunicações canais como reunião formal, grupo focal ou questionário. Depois de recolher a voz do cliente, O QFD é aplicado não apenas para categorizar as necessidades do cliente e priorizar os requisitos de produto do novo produto ou projeto, mas também avaliar os impactos potenciais, como custo se viabilidade para diferentes partes interessadas. Uma vez finalizado o design do produto, os interessados aguardam para que o produto se alinhe com o conceito de desempenho e segurança projetados. Na realidade, desvios de produto e segurança são monitorados juntamente, tanto nos estágios de produção piloto quanto nos de produção em massa. É inviável que o cliente perceba qualquer desvio após receber o produto. 2.3 Novos Problemas de Desenvolvimento de Produtos A segurança do produto depende muito do desempenho no Desenvolvimento de Novos Produtos (NPD), conforme Lukas e Menon (2004), desde a ideia conceitual, protótipo de teste de construção, piloto e massa Produção em indústrias transformadoras (LI e LAU, 2017). Na verdade, o NPD é um processo indispensável para preparar ou não os produtos para o consumidor final. É durante os estágios de desenvolvimento de um novo produto que se elimina toda e qualquer possibilidade de falha que possa comprometer a qualidade do produto final. Quatro grandes etapas estão envolvidas em diferentes áreas e com distintas responsabilidades, para rever potenciais perigos para o novo produto. 2.3.1 Ideia conceitual A ideia conceitual é impulsionada pelas áreas comercial e design, para atender as necessidades do consumidor em todo o mundo, assim como as principais tendências de mercado. Uma vez coletadas as ideias conceituais sobre um novo produto (por exemplo, dimensões, funções e recursos do produto), o designer de produto já pode entregar um esboço ou desenhos tridimensionais preliminares, ou em software digital virtual como 6 AutoCAD, Solidworks, Freeform e Rihno, o projeto produto pode ser finalizado após várias rodadas de modificação e comentários da área comercial. Geralmente a segurança do produto não pode ser considerada como prioridade, mas para atrair potenciais consumidores e dominar o mercado dentro de um cronograma apertado de desenvolvimento de novo modelo, as áreas de design e comercial se concentram nas execuções de suas atividades e saem na frente de soluções pertinentes as suas áreas. E com isso fatores de segurança deixam de ser integrados nas ideias conceituais devido à falta de segurança, conhecimento dos profissionais dessas áreas que tomam a frente das atividades durante o desenvolvimento do produto. Assim, ass partes interessadas, como laboratório e fabricante, podem não ser convidados a fornecer suas preocupações de segurança e comentários técnicos sobre as ideias conceituais dos profissionais de design do produto, assim como riscos potenciais incorporados ou problemas de segurança que não puderam ser eliminados. 2.3.2 Protótipo de teste Um protótipo de teste tridimensional pode ser criado para verificar a viabilidade da ideia conceitual pela área de design. Várias versões de protótipo com diferentes propriedades, incluindo escala, métodos de montagem, funções e características, poderiam ser mantidos ou modificado após a coleta dos dados ou comentários partes interessadas. Critérios de fabricação incluem preocupações de segurança, métodos de montagem, processo de fabricação e seleção de materiais poderiam ser verificados pelo fabricante; e potenciais riscos de segurança, padrão de teste e requisitos e regulamentos nacionais poderiam ser revisados pelo laboratório de testes. Depois de obter consenso sobre o protótipo do teste, o fabricante poderia ser aprovado para fabricar as ferramentas necessárias a produção piloto. Potenciais riscos potenciais de segurança não puderam ser eliminados do atual modelo de avaliação, recall de produtos, ferimentos relacionados a produtos ou mortes relacionadas com certos produtos de consumo não foram minimizados nos últimos dez anos (CPSC, 2015). Para novos e inovadores produtos, as partes interessadas geralmente não conseguem identificar padrões de teste mais apropriados ou métodos para resolver os potenciais perigos do protótipo de teste, como teste baseados em normas ou regulamentos. Assim sendo, eles só poderiam usar sua própria experiência 7 para simular o processo de teste e identificar os problemas de segurança no protótipo de teste. 2.3.3 Produção-piloto A produção piloto poderia ser implementada para validar os novos produtos nas áreas de riscos potenciais, funções e características do fabricante quando o produto, componente, ferramentas de montagem, gabaritos de teste e texturas são disponibilizados na fábrica. Dependendo do teste e requisitos de produtos da empresa comercial, fabricante e laboratório de testes, quantidades diferentes de novos produtos são fabricadas para atender à segurança do produto e requisitos de testes funcionais, como teste de vida de confiabilidade, teste funcional mecânico ou teste de queda física. Várias rodadas de produção piloto podem estar envolvidas com a segurança ou problemas funcionais se defeitos potenciais forem encontrados nos resultados dos testes pelo fabricante (primeira parte), empresa comercial (segunda parte) ou laboratório de testes (terceiro). Defeitos não puderam ser identificados nas fases de desenvolvimento mencionadas acima, devido ao desvio de testes de gabaritos e texturas, métodos de teste e procedimentos que podem ser diferentes entre si. 2.3.4 Produção em massa Conforme Sanders, Elangeswaran e Wulfsberg (2016), a produção em massa é na verdade uma das possibilidades de produção do processo em linha, que implica na existência de fluxos de linha em que tanto os produtos quanto os serviços oferecidos seguem uma padronização. A sequência de produção nas empresas que empregam a produção em massa segue uma ordem específica. Em um primeiro momento o produto é desenvolvido, depois ele é produzido para finalmente ser vendido ao final do processo. Pode parecer óbvia essa sequência. Mas ela não ocorre quando falamos dos sistemas de produção unitários ou sistemas de produção por processamento. São características típicas de um sistema de Produção em Massa: A fabricação intermitente realizada em lotes, com montagem sequencial e em linha 8 Não há necessidade de mão de obra muito qualificada. Ela pode ser pouco habilidosa desde que treinada para praticar tarefas repetitivas Baixa motivação diante do trabalho Tendência à supervisão autoritária Padronização das tarefas e processos Padronização das peças Padronização da matéria-prima Estudo de tempo e de métodos para cada micromovimento Maquinário rápido e dedicado, em função dos volumes de produção Altos volumes de estoques Grandes lotes de fabricação Desperdício excessivo no processo produtivo Organização com muitos setores de apoio à produção Um grupo de ferramentas destinado a cada operação Grandes quantidades de novos produtos são produzidas pelas indústrias para atender à demanda da área comercial no estágio de produção em massa. Cada peça de novo produto devem atender aos requisitos de segurança e funcionais dentro do nível de aceitação e requisitos padrões do país. A segurança do produto é controlada e monitorada por especialistas em controle de qualidade, durante a produção em massa. Toda área de entrada de componentes e matéria-prima passa também por rigorosa inspeção de controle de qualidade para assegurar e garantir a segurança final do produto. 3.0 Resultados e Discussão Embora todas as partes interessadas tenham investido muitos esforçospara controlar a segurança do produto na fase de desenvolvimento, os números de recalls de produto não foram reduzidos de forma eficaz. Como discutido, restrições e requisitos de segurança de produto seriam identificados utilizando-se o modelo Kano e o modelo de avaliação QFD no estágio de projeto conceitual, mas um modelo de avaliação integrado é necessário para resolver alguns problemas potenciais, seja no fluxo ou processo do piloto ou produções em massa. 9 3.1 Indústria 4.0 A Indústria 4.0 ou a quarta revolução industrial introduzido pelo governo alemão em 2012, conforme Industrie 4.0 Working Group (2013), é um novo conceito de aplicação de sistemas ciber-físicos de acordo com Bagheri e HA (2015), é uma estratégia de alta tecnologia para visualizar todo o processo de fabricação a partir do cumprimento de pedidos, produção para manutenção de máquinas, prevendo falhas em máquinas e descentralizar decisões da gestão de cima aos supervisores de linha de frente. Assim, diferentes categorias de dispositivos elétricos e eletrônicos, desde computadores pessoais, smartphones, smartwatches, robótica de máquinas e planejamento de recursos empresariais (ERP), que podem ser integrados em conjunto e comunicar-se com outras pessoas para analisar os melhores critérios e as possíveis soluções para melhorar a produtividade via Internet. Os impactos da Indústria 4.0 em termos de produtividade e crescimento de receita estão sendo analisados por muitos países como a Alemanha; por exemplo, a produtividade pode aumentar de 5% a 8% durante os próximos cinco a dez anos (RÜßMANN et al, 2015). Os custos gerais de fabricação consistem em custos indiretos, os custos operacionais e de mão-de-obra poderiam ser reduzidos em 30%. O processo de produção e operações logísticas também podem ser melhorados e o tempo de ciclo de produção pode ser reduzido 30% para próximos cinco a dez anos também (GERBERT et al, 2015). Entende-se a partir do exposto acima, que, em princípio, a Indústria 4.0 busca atingir um alto nível de eficiência operacional, produtividade e automação dos sistemas produtivos. Apesar do objetivo comum, a literatura não apresenta um consenso para a sua definição, apenas propõem o conceito de Indústria 4.0 como dispositivos, máquinas, módulos de produção e produtos organizados em um sistema cyberfísico (CPS) com capacidade de trocar informações de forma autônoma e realizar autocontrole de suas operações. Apesar disso, este conceito pode ainda ser ampliado para uma visão da cadeia de valor, como a um novo nível de organização e gerenciamento desta cadeia durante o ciclo de vida dos produtos ou ainda como um conjunto de tecnologias e conceitos aplicados na sua organização. 10 3.2 Integração Da Avaliação De Segurança Modelo E Indústria 4.0 Vantagens da Indústria 4.0 incluem informações transparência, causas de falhas previsíveis e interconectadas as partes interessadas (BAHETI et al, 2011). Ferramentas da Indústria 4.0, incluindo impressão tridimensional, Internet of Thing (IoT) e Sistemas Ciber-Físicos (CPS) na fabricação indústrias, base Industrie 4.0 Working Group (2013), poderiam ser consideradas para integrar o modelo de avaliação no desenvolvimento de novos produtos. Portanto, na Indústria 4.0 é possível minimizar o limite de comunicação na oferta de fabricação na cadeia no mundo físico. 3.2.1 Transparência da informação No início do desenvolvimento de novos produtos, a informação pode ser mantida com transparência das partes interessadas relacionadas ao projeto conceitual ou projeto funcional. A especificação pode ser revista não apenas do projeto pela área comercial, mas também pela engenharia e áreas relacionadas aos laboratórios de testes através de comunicação cibernética e um único canal. Problemas potenciais de segurança ou fabricação podem ser identificados de imediato (CPSC, 2020). 3.2.2 Causas de falha previsíveis Restrições de segurança do produto podem ser identificadas e transformadas para o sistema de alerta de design da Internet das Coisas (IoT) para software de design digital. Este sistema pode fornecer alguns tipos de sugestões de design ou sinal de aviso se há potenciais preocupações de segurança no ambiente conceitual do projeto através do software durante desenho tridimensional ou antes de imprimir o protótipo de teste tridimensional (LI e LAU, 2017). A segurança do produto, impressão em 3D pode ser melhorado no efetivamente no início do desenvolvimento do novo produto (SANDERS et al, 2016). 3.2.3 Gerenciamento de resposta rápida Os defeitos de produção em tempo real podem ser mais bem gerenciados pelas partes interessadas, assim como máquinas ou trabalhos de desenvolvimento de produtos através do Cyber Physical System (CPS). Falha previsível também pode ser identificada se há algum desvio de desempenho das máquinas de produção, produtos sub-montados ou máquinas de teste. Na produção em massa, a decisão poderia ser feita pela própria área produtiva rapidamente após conectadas as máquinas de produção, testes 11 automatizados e ferramentas de inspeção e planejamento de recursos empresariais (ERP) sob o conceito Industry 4.0, e em tempo real as informações estratégicas poderiam ser geradas a partir de dados brutos em diferentes fontes significativas de dados secundários no sistema ERP. 3.2.4 Abordagem de projeto de base de risco O banco de dados de riscos pode ser aprimorado automaticamente depois de coletar os dados defeituosos do novo processo de desenvolvimento de produto através do sistema CPS. No estágio de projeto conceitual, listas de perigos de segurança, de acordo com (ISO, 2017) e sinal de aviso no software de projeto também pode ser enriquecido para eliminar o problema de projeto similar no futuro. Em suma, a Indústria 4.0 é viável para prever a falhas de máquinas e defeitos de produto na produção. Engenheiros e partes interessadas podem se comunicar com software e maquinário; realizar um monitoramento em tempo real e tomar ações corretivas para melhorar o produto, problemas de segurança e preencher a lacuna do modelo de avaliação durante as fases piloto e de produção em massa. 3.3 Produtos De Consumo Selecionados Recall Casos Para demonstrar as falhas de segurança existentes nos produtos, dois grandes casos de recall de produtos nos EUA estão descritos aqui. A CPSC (Comissão de segurança de produtos de consumo dos Estados Unidos) investigou que eles estavam em conformidade com o padrão de teste de segurança e regulamentos, mas foi retirado do mercado conforme descrito abaixo. 3.3.1 Brinquedos Infantis com Bolas Infláveis da Fisher-Price Inc. O caso da Fisher-Price lembra de cerca de 2,8 milhões de bebês com o brinquedo de bola inflável ocorrido nos EUA em 2010. A válvula da bola inflável nesses brinquedos poderia sair e representar um risco de asfixia para crianças pequenas. CPSC e Fisher-Price ficaram cientes de 46 relatos de incidentes nos EUA e 8 no Canadá. Esses incluem 14 relatos de válvula encontrada na boca de uma criança e três relatos de uma criança começando a engasgar. Não há feridos sido relatado de acordo com a Fisher-Price. Este produto foi cumprido com o Requisitos ASTM 963 e CPSC antes do lançamento para o mercado. 12 3.3.2 MALM e outros modelos de baús e armários das lojas IKEA As lojas da IKEA lembraram cerca de 29 milhões de MALM e outros modelos de baús e cômodas nos EUA em Junho de 2016. Os baús e armários rechaçados são instáveis se eles não estão devidamente ancorados na parede, sério risco de tombamento e aprisionamento que pode resultar em morte ou ferimentos em crianças (IKEA). Este produto não cumpriu com os requisitos da CPSC antes de ir para o mercado. CONCLUSÃO Este trabalho fez uma abordagem sobre a forma atual de desenvolvimento de um novo produto, considerando desde a sua concepçãoaté a produção em massa. A tecnologia da indústria 4.0 abre um amplo espaço para o desenvolvimento de melhorias na fase de desenvolvimento do novo produto, o que vem dar retorno financeiro e a garantia de fabricação de produtos cada vez mais livres de falhas e, além disso vem fortalecer a economia das indústrias com redução de recalls tornando o produto ainda mais atraente para o mercado consumidor. Conforme descrito acima, é através da consolidação do conceito da indústria 4.0 que se descreve a possibilidade de se garantir a segurança do produto quando se fala em itens de consumo infantil, por exemplo, os brinquedos. Foi possível entender, que em todas as fases de desenvolvimento de um novo produto a falha pode ser identificada quando todas as partes interessadas estiverem empenhadas para tal propósito. Pois, mesmo em países desenvolvimentos, como EUA, há casos de acidentes e até fatalidades por conta dessas falhas de produção e processo. Porém a filosofia e o conceito de Industria 4.0 quando implantado em uma indústria, pode ajudar a reduzir essa estatística de insegurança nos produtos, minimizando gastos excessivos em recalls e multas indenizatórias por danos que os produtos possam causar aos clientes. Os desafios para a indústria de brinquedos entre outros artigos direcionados ao público infantil é acompanhar essas inovações que irão repercutir não somente na produção, mas também nos modelos de ensino, negócios, nos hábitos de consumo e em aspectos sociais e culturais nos próximos anos. Além dos conhecimentos adquiridos sobre o novo contexto industrial, as realizações, os desafios e, sobretudo, as 13 oportunidades, o trabalho reforçou a importância de um ensino prático, integrado à realidade da indústria. O esforço de uma organização para se obter vantagens competitivas deve ser consequência de decisões estratégicas fundamentadas na análise do ambiente na qual ela está inserida e em seus procedimentos internos de desenvolvimento de produtos. Assim, ressalta-se ao final deste estudo, a importancia da prática das ferramentas em desenvolvimento de novos produtos, onde as áreas interessadas estejam ligadas aos mesmos objetivos, num contexto que não envolva apenas ganhos lucrativos, mas sim competitivos, quando se ganha também a confiança do cliente final. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Akao, Yoji (1994). "Development History of Quality Function Deployment". The Customer Driven Approach to Quality Planning and Deployment. Minato, Tokyo: Asian Productivity Organization. ISBN 92-833-1121-3. A Sanders, C Elangeswaran, J. 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