Integração entre Lean Manufacturing e Gestão de Projetos na Automação de Célula de Friction Welding

Bruno Cesar Vilas Boas; Sérgio Ricardo do Nascimento

DOI: 10.22167/2675-6528-202602732

Artigo derivado de Trabalho de Conclusão de Curso (TCC), com conteúdo baseado no trabalho original do aluno e adaptado ao formato editorial da Revista E&S com apoio da ferramenta ResumeAI, solução de inteligência artificial desenvolvida pelo Instituto Pecege para síntese e organização textual.

Resumo

Este estudo avaliou a otimização de um projeto de automação industrial mediante a integração de práticas de gerenciamento de projetos, fundamentadas no PMBOK® Guide, e ferramentas do Lean Manufacturing. O objetivo foi analisar a integração dessas abordagens na automação de uma célula de solda por atrito (friction welding) em uma indústria automotiva, focando em ganhos operacionais e financeiros. A pesquisa realizou-se em uma célula de solda por atrito em Valinhos, SP, que operava manualmente e era um gargalo produtivo devido a limitações de produtividade, riscos ergonômicos e baixa padronização. Aplicou-se o Mapeamento do Fluxo de Valor (VSM), ferramentas Lean (5S e SMED) e estudos de tempos. A insuficiência das melhorias incrementais levou à decisão de automatizar a célula com um robô ABB IRB 6620, sistema de visão Keyence e esteira de alimentação, implementados em 120 dias conforme práticas do PMBOK® Guide. Os resultados indicaram um aumento da produtividade de 95,7%, uma redução de 50% no tempo de ciclo, 37,5% no tempo de setup e 60,9% no deslocamento do operador. Economicamente, o projeto apresentou um payback de 1,5 ano. Concluiu-se que a integração entre Lean Manufacturing e gerenciamento de projetos otimizou o desempenho do projeto de automação, gerando ganhos sustentáveis de produtividade, segurança e padronização, com potencial de replicabilidade em contextos industriais similares.

Palavras-chave: Automação industrial; Friction welding; Gestão de projetos; Lean Manufacturing; Melhoria contínua.

1. Introdução

A crescente demanda por redução de custos, aumento da capacidade produtiva e conformidade com padrões de qualidade impulsiona as empresas do setor industrial automotivo a adotar soluções de automação. Essas soluções são frequentemente associadas a metodologias de gestão enxuta, conhecidas como Lean Manufacturing. Nesse contexto, a integração entre automação industrial e Lean Manufacturing tem sido amplamente empregada como estratégia para eliminar desperdícios, reduzir gargalos produtivos e aumentar a produtividade em células de manufatura (Womack e Jones, 2003; Tortorella et al., 2021).

Os princípios do Lean Manufacturing permitem identificar e eliminar atividades que não agregam valor ao processo produtivo, promovendo maior eficiência e reduzindo a variabilidade. Ferramentas como o Mapeamento do Fluxo de Valor (VSM), o 5S e o Sistema de Troca Rápida de Ferramentas (SMED) são amplamente utilizadas para identificar gargalos, reduzir tempos improdutivos e fundamentar decisões de automação em processos industriais (Buer et al., 2021; Hossain e Purdy, 2024; Rossini et al., 2021). Contudo, a aplicação isolada dessas ferramentas nem sempre é suficiente para eliminar gargalos estruturais, o que exige a integração com práticas formais de gerenciamento de projetos para estruturar a tomada de decisão e garantir a execução dentro do escopo, prazo e custo planejados.

Essa lacuna é discutida por Ballard e Howell (2003), que argumentam que a gestão enxuta de projetos (lean project management) demanda a reformulação das práticas tradicionais de planejamento e controle. O objetivo é incorporar a lógica de fluxo e a redução de variabilidade típicas do Lean Manufacturing, reforçando a necessidade de uma integração conceitual entre as duas disciplinas. Paralelamente, a aplicação das boas práticas de gerenciamento de projetos, conforme descrito no PMBOK Guide PMI (2021), possibilita maior controle sobre escopo, prazo, custo e riscos, contribuindo para a entrega de valor ao negócio. A edição mais recente do PMBOK Guide, de 2025, reforça a relevância contínua dessa referência para a prática de gerenciamento de projetos.

A sinergia entre Lean Manufacturing e gestão de projetos representa uma abordagem complementar e robusta para projetos de transformação industrial (Campos, 2017; Liker, 2004). A combinação dessas abordagens permite não apenas diagnosticar e otimizar processos, mas também planejar e executar a implantação de soluções de automação de forma estruturada, mitigando riscos e garantindo que os objetivos do projeto sejam alcançados de maneira eficaz. A relevância dessa integração é particularmente evidente em ambientes industriais complexos, onde a otimização de processos e a gestão de projetos são cruciais para a competitividade.

Diante desse contexto, o presente trabalho justifica-se pela necessidade de demonstrar como a integração entre ferramentas Lean Manufacturing e práticas de gerenciamento de projetos pode otimizar projetos de automação industrial, superando as limitações da aplicação isolada de cada abordagem. O objetivo deste trabalho foi analisar a integração entre ferramentas Lean Manufacturing e práticas de gerenciamento de projetos baseadas no PMBOK Guide na automação de uma célula de solda por atrito (friction welding) do setor automotivo, abrangendo não apenas os ganhos financeiros do investimento, mas também os aspectos operacionais da implantação – produtividade, tempo de ciclo, tempo de setup e deslocamento do operador – e a gestão qualitativa dos riscos associados ao projeto de automação.

2. Material e Métodos

O presente estudo caracterizou-se como uma pesquisa aplicada, de abordagem mista, combinando elementos qualitativos e quantitativos. A metodologia adotada foi a de estudo de caso único, com a particularidade de observador participante, onde o autor atuou diretamente como técnico de processos responsável pelo diagnóstico e pela implantação do projeto. Essa abordagem permitiu o registro sistemático de indicadores operacionais, complementado pela vivência prática das decisões gerenciais (Coughlan e Coghlan, 2002; Yin, 2018; Creswell e Creswell, 2018).

O desenvolvimento da pesquisa foi estruturado em quatro etapas sequenciais. Inicialmente, realizou-se o diagnóstico detalhado do processo produtivo. Em seguida, aplicaram-se melhorias incrementais utilizando ferramentas Lean Manufacturing. A terceira etapa consistiu na decisão estratégica pela automação da célula. Por fim, procedeu-se à implantação do sistema automatizado, integrando as práticas de gerenciamento de projetos.

A unidade de análise foi uma célula de solda por atrito (friction welding) localizada em uma indústria automotiva na cidade de Valinhos, SP. Antes da intervenção, a célula operava de forma manual e era identificada como um gargalo produtivo. As características que a configuravam como gargalo incluíam baixa produtividade, elevado deslocamento do operador, atividades repetitivas e riscos ergonômicos, além de baixa padronização dos processos.

Na etapa de diagnóstico, realizou-se o Mapeamento do Fluxo de Valor (VSM) do estado atual da célula. Este mapeamento foi conduzido em um evento estruturado de cinco dias, envolvendo uma equipe multidisciplinar composta por oito integrantes: seis engenheiros da área de forjaria, um operador representante dos três turnos de produção e um especialista em Lean Manufacturing (OPEX). Os dados para o VSM foram coletados por cronômetro, registros da Interface Homem-Máquina (IHM) e entrevistas com operadores dos três turnos, visando capturar a representatividade das variações operacionais.

O levantamento por meio do VSM permitiu identificar os principais desperdícios do processo, conforme a classificação de Womack e Jones (2003). Esses desperdícios incluíam superprodução, espera, transporte, processamento excessivo, estoque, movimentação e defeitos, que caracterizavam a célula como um ponto crítico na linha de produção e justificavam a necessidade de intervenção.

Após o diagnóstico, aplicaram-se ferramentas Lean Manufacturing. A metodologia 5S foi implementada para promover a organização e padronização do posto de trabalho. O Sistema de Troca Rápida de Ferramentas (SMED) foi utilizado para analisar e reduzir os tempos de setup, separando as atividades internas e externas de troca de ferramental, conforme a abordagem descrita por Rossini et al. (2021).

A medição dos tempos de setup foi realizada durante quatro semanas, com três a quatro tomadas por semana, considerando que cada lote produtivo era de aproximadamente 1.500 peças por part number. Paralelamente, conduziu-se um estudo de tempos utilizando cronômetro e registros da IHM da célula. As medições foram efetuadas ao longo de duas horas contínuas com cada operador, abrangendo os três turnos de produção, com um tempo produtivo líquido de 6,5 horas por turno.

Este procedimento permitiu capturar a variabilidade natural do tempo de alimentação manual entre diferentes operadores e em distintos momentos do turno. Os períodos de paradas para necessidades pessoais dos operadores foram desconsiderados das medições, focando apenas no tempo efetivamente produtivo. Os resultados foram confrontados entre turnos para verificar a consistência e a representatividade dos dados coletados.

O deslocamento do operador foi mensurado fisicamente a partir do levantamento do layout da célula. Para isso, construiu-se um diagrama de espaguete (spaghetti diagram) para os estados anterior e posterior à automação, registrando os percursos realizados a cada ciclo produtivo. A análise desses indicadores fundamentou a decisão pela automação da célula como solução para a eliminação definitiva do gargalo produtivo.

A solução de automação implementada consistiu na instalação de um robô ABB IRB 6620, um sistema de visão computacional Keyence para identificação e posicionamento de peças, com precisão de 0,5 mm, e uma esteira de alimentação automatizada. O projeto foi estruturado e executado conforme as boas práticas do PMBOK® Guide PMI (2021), com um prazo de implantação de 120 dias.

As práticas de gerenciamento de projetos incluíram o planejamento formal de escopo por meio da Estrutura Analítica do Projeto (EAP), o controle de cronograma utilizando o MS Project, a gestão qualitativa de riscos, o registro de mudanças e o plano de comunicação com as partes interessadas. A implantação contemplou etapas de engenharia, instalação elétrica e mecânica, testes de aceitação em fábrica (FAT) e treinamento dos operadores.

A gestão de mudanças foi conduzida conforme o processo de controle integrado de mudanças do PMBOK®, com registro formal de todos os ajustes de layout e integrações identificados durante a execução. Uma análise formal de viabilidade econômica, conduzida pelo setor de controladoria e engenharia de processos, precedeu a decisão pela automação, considerando um payback máximo de 24 meses como critério de aprovação do investimento.

Em relação aos cuidados éticos, não houve coleta de dados envolvendo seres humanos de forma direta ou indireta, uma vez que o estudo se baseou em registros operacionais e na observação do processo produtivo. Dessa forma, o trabalho não foi submetido ao Comitê de Ética em Pesquisa (CEP), conforme o artigo 1º, inciso VII, da Resolução CNS nº 510, de 07 de abril de 2016, que dispensa a análise para pesquisas que aprofundam situações emergentes da prática profissional sem identificar sujeitos. A confiabilidade das medições foi assegurada pela comparação sistemática dos dados coletados nos três turnos, pela repetição das tomadas de tempo ao longo de múltiplas semanas e pela exclusão de períodos com paradas não programadas.

3. Resultados e Discussão

A otimização do projeto de automação industrial na célula de solda por atrito foi alcançada por meio de uma abordagem integrada que combinou os princípios do Lean Manufacturing com as práticas de gerenciamento de projetos do PMBOK® Guide. Inicialmente, a célula operava manualmente, caracterizando-se como um gargalo produtivo devido a limitações de produtividade, riscos ergonômicos e baixa padronização. Os resultados da pesquisa demonstram ganhos significativos em produtividade, redução de tempos de ciclo e setup, e melhoria na segurança operacional, corroborando a eficácia da sinergia entre as duas metodologias na transformação de processos industriais.

O Mapeamento do Fluxo de Valor (VSM) do estado inicial da célula revelou um cenário de ineficiência, com um tempo de atravessamento elevado e diversas atividades que não agregavam valor. Observou-se um deslocamento excessivo do operador para alimentação manual da máquina, esperas pela confirmação do ciclo e transporte manual das peças acabadas. A produtividade média era de 22,8 peças por hora, com um tempo de ciclo de 2,6 minutos por peça, e um desvio padrão de 4,4 peças por hora, indicando uma variabilidade considerável influenciada por fatores humanos.

Para mitigar esses problemas, foram aplicadas ferramentas do Lean Manufacturing. A metodologia 5S foi implementada para organizar fisicamente o posto de trabalho e padronizar os itens de consumo, promovendo um ambiente mais eficiente. Em seguida, o Sistema de Troca Rápida de Ferramentas (SMED) foi aplicado, resultando na redução do tempo de setup de 120 para 75 minutos, o que representa uma diminuição de 37,5%. Essa melhoria foi obtida pela externalização de atividades de preparação, como o pré-aquecimento de ferramental e a separação de peças brutas, conforme a abordagem descrita por Rossini et al. (2021).

Apesar dos ganhos incrementais proporcionados pelas ferramentas Lean, a análise do VSM pós-Lean demonstrou que o tempo de ciclo e o volume de produção por turno ainda eram insuficientes para atender à demanda da linha de produção. A célula persistia como um gargalo estrutural, evidenciando que as melhorias pontuais não eram suficientes para resolver a limitação fundamental do processo. Essa constatação direcionou a decisão estratégica para a automação completa da célula, buscando uma solução mais robusta e definitiva para o problema.

A decisão pela automação foi fundamentada em uma análise comparativa entre o custo de implantação e o ganho de produtividade esperado, com um critério de aprovação de payback máximo de 24 meses. O projeto de automação, que incluiu a instalação de um robô ABB IRB 6620, um sistema de visão computacional Keyence e uma esteira de alimentação automatizada, foi estruturado e executado conforme as boas práticas de gerenciamento de projetos do PMBOK® Guide PMI (2021), garantindo uma abordagem sistemática e controlada para a sua implantação.

A gestão do projeto de automação seguiu as áreas de conhecimento do PMBOK® Guide. O escopo foi formalmente definido por meio da Estrutura Analítica do Projeto (EAP), detalhando os entregáveis da automação. O cronograma de implantação foi planejado para 120 dias, dividido em fases de engenharia, instalação e testes, e monitorado com o uso de ferramentas como o MS Project. A gestão de mudanças foi rigorosamente aplicada, registrando ajustes de layout e integrações para manter o cronograma dentro do baseline aprovado, conforme os princípios de controle integrado de mudanças do PMBOK® Guide.

Adicionalmente, a gestão de custos envolveu a estimativa do CAPEX para o robô, sistema de visão e esteira, estabelecendo um baseline de custo para o projeto. A gestão de riscos foi realizada por meio de análise qualitativa, identificando, avaliando a probabilidade e o impacto dos riscos, e definindo respostas adequadas, que foram consolidadas em uma matriz de riscos. A comunicação com as partes interessadas, incluindo operadores, supervisores e fornecedores, foi formalizada em um plano de comunicação, e a qualidade foi monitorada por meio de dashboards que acompanhavam o índice de rejeição e a Eficiência Global do Equipamento (OEE) após a implantação.

A implantação do sistema automatizado resultou em um aumento expressivo da produtividade média da célula. Antes da automação, a produtividade era de 22,8 peças por hora, e após a automação, atingiu 44,9 peças por hora, representando um ganho de 97,0%. Essa melhoria foi acompanhada por uma redução de 50% no tempo de ciclo, que passou de 2,6 para 1,3 minuto por peça, devido à eliminação das atividades manuais de carregamento e descarregamento.

A análise da produtividade por turno demonstrou um crescimento consistente em todos os períodos de trabalho. No primeiro turno, a produção aumentou de 160 para 315 peças, um ganho de 96,9%. No segundo turno, a produtividade passou de 170 para 335 peças, um aumento de 97,1%. No terceiro turno, a produção subiu de 115 para 225 peças, um incremento de 95,7%. Esse comportamento uniforme dos ganhos entre os turnos indica que os benefícios da automação decorreram principalmente da padronização do processo, reduzindo a influência da variabilidade individual inerente à operação manual.

O deslocamento do operador por ciclo foi significativamente reduzido de 11,5 metros para 4,5 metros, uma diminuição de 60,9%. Essa otimização eliminou os principais desperdícios de movimentação identificados no VSM, como o percurso do posto para a máquina de solda (redução de 4,5 m para 1,5 m, -66,7%) e da máquina para a caixa de peças prontas (redução de 3,5 m para 1,5 m, -57,1%). A redução do deslocamento contribuiu para a diminuição dos riscos ergonômicos e aumentou a disponibilidade do operador para atividades de maior valor agregado, como inspeção de qualidade e abastecimento da esteira.

Um achado relevante foi o comportamento do desvio padrão da produtividade, que aumentou de 4,4 para 8,7 peças por hora após a automação, um crescimento de 97,7%. Embora contraintuitivo para um processo automatizado, esse aumento é explicado pela variabilidade introduzida pelas paradas não programadas, decorrentes do acionamento do sensor de “caixa cheia”. Esse fenômeno, identificado como risco operacional crítico, interrompe o ciclo do robô até que o operador realize a troca manual da caixa de peças prontas, representando uma oportunidade primordial para um futuro ciclo Kaizen na célula, em linha com a filosofia de melhoria contínua do Lean Manufacturing (Womack e Jones, 2003).

A gestão de riscos do projeto abordou diversas frentes. O risco operacional de maior prioridade, a parada da célula por caixa cheia, foi classificado como crítico devido à alta probabilidade e impacto direto na produtividade. A resposta de curto prazo foi a aceitação ativa, com monitoramento da frequência de paradas, enquanto a mitigação de médio prazo prevê a implementação de um sistema automático de troca de caixas. Os riscos técnicos, como a imprecisão do sistema de visão Keyence e falhas de comunicação entre o robô, IHM e esteira, foram mitigados por planos de manutenção preventiva, testes de estresse e contratos de suporte técnico com os fornecedores.

Os riscos de segurança, relacionados à conformidade com a NR-12, foram tratados com a implementação de barreiras físicas e de luz, sensores indutivos e um protocolo de auditoria periódica. A resistência dos operadores à automação, um risco comum em projetos Lean (Hossain e Purdy, 2024), foi mitigada por meio de treinamento formal no novo layout e engajamento das equipes desde a fase de VSM. Por fim, o risco estratégico de que os ganhos fossem restritos a uma única célula foi abordado com a exploração de um rollout em outras células de forjaria, visando replicar o sucesso do projeto.

De forma integrada, os resultados demonstram que, embora a aplicação isolada das ferramentas Lean tenha proporcionado melhorias relevantes na organização do processo e na redução do tempo de setup, ela se mostrou insuficiente para eliminar o gargalo produtivo estrutural da célula. A automação, portanto, representou uma solução tecnicamente justificada, e sua implantação foi facilitada pela condução estruturada do projeto segundo o PMBOK® Guide. Isso reforça a complementaridade entre o Lean Manufacturing, como ferramenta de diagnóstico, e o gerenciamento de projetos, como estrutura de execução e controle.

A viabilidade econômica do projeto de automação foi um fator determinante para sua aprovação. Anteriormente, parte da demanda era atendida por um parceiro externo, cujos custos unitários de fabricação eram significativamente superiores aos da produção interna, além dos custos mensais de frete para o retorno dos itens acabados. A automação permitiu adicionar uma capacidade interna de aproximadamente 3.050 peças por mês, das quais 1.784 peças mensais foram internalizadas, mantendo o parceiro externo para flexibilidade de contingência, conforme recomendado pelo PMBOK® Guide PMI (2021) para processos críticos.

O “saving” mensal estimado de R$ 130.336,00 foi composto por duas fontes principais. A primeira, de R$ 45.456,00 mensais, resultou da diferença de custo unitário de fabricação entre a produção interna (R$ 17,35 por peça) e o custo do parceiro externo (R$ 42,83 por peça), aplicada ao volume de peças internalizadas. A segunda fonte, de R$ 84.880,00 mensais, foi a redução de 80% nos custos mensais de frete, anteriormente incorridos para o retorno dos itens acabados à planta, embora a redução não tenha sido integral devido a outros itens produzidos pelo parceiro externo.

Com um CAPEX aprovado de R$ 2.020.000,00, o payback simples calculado foi de aproximadamente 1,3 ano, ou 15,6 meses. Ao incorporar a carga tributária incidente sobre os ganhos financeiros, o payback ajustado situou-se em 1,5 ano, ou 18 meses. Esse valor foi consideravelmente inferior ao critério máximo de 24 meses estabelecido pela empresa para aprovação de projetos de investimento em automação industrial, posicionando o projeto como um dos de maior retorno financeiro no portfólio da planta.

A análise de viabilidade foi elaborada com base em uma projeção otimista de 32,4 peças por hora. Contudo, os resultados reais de produtividade, que atingiram 44,9 peças por hora, superaram essa projeção em 38,6%. Esse desempenho superior indica que o retorno financeiro efetivo do projeto é ainda maior do que o estimado no momento da aprovação do CAPEX, reforçando a qualidade do planejamento realizado e a robustez da metodologia de estudo de tempos utilizada como base para a tomada de decisão.

Em síntese, a integração das ferramentas Lean Manufacturing e das práticas de gerenciamento de projetos do PMBOK® Guide demonstrou ser uma estratégia altamente eficaz para a otimização de processos industriais. Os resultados na célula de solda por atrito evidenciaram ganhos operacionais expressivos em produtividade, tempo de ciclo, tempo de setup e deslocamento do operador, além de um retorno financeiro robusto, confirmando que a abordagem combinada permitiu não apenas diagnosticar e otimizar, mas também planejar e executar a automação de forma estruturada, superando as limitações de cada abordagem isolada e respondendo plenamente ao objetivo do estudo.

4. Conclusão

O presente estudo analisou a integração entre ferramentas Lean Manufacturing e práticas de gerenciamento de projetos, fundamentadas no PMBOK® Guide, na automação de uma célula de solda por atrito em uma indústria automotiva. Verificou-se que a aplicação inicial de ferramentas Lean, como 5S e SMED, proporcionou melhorias incrementais na organização e na redução do tempo de setup, mas não foi suficiente para eliminar o gargalo produtivo estrutural. A decisão pela automação, então, foi conduzida de forma estruturada, resultando em ganhos operacionais expressivos. Observou-se um aumento de 97,0% na produtividade média, uma redução de 50% no tempo de ciclo e de 60,9% no deslocamento do operador. Financeiramente, o projeto demonstrou um payback de 1,5 ano, superando as expectativas iniciais e o critério de aprovação da empresa. A integração dessas abordagens revelou-se uma estratégia altamente eficaz para otimizar o desempenho do projeto de automação, promovendo ganhos sustentáveis de produtividade, segurança e padronização.

Apesar dos resultados positivos, identificou-se um aumento no desvio padrão da produtividade após a automação, atribuído às paradas não programadas decorrentes do acionamento do sensor de “caixa cheia”. Esse achado ressalta a importância da gestão proativa de riscos e da melhoria contínua, características centrais de ambas as abordagens. Como encaminhamento futuro, recomenda-se a implementação de um sistema automático de troca de caixas para eliminar esse gargalo residual. O estudo, por ser um caso único, possui limitações quanto à generalização direta para outros contextos industriais, embora permita a generalização analítica para cenários operacionais semelhantes. Adicionalmente, a coleta de dados em horizonte de curto a médio prazo não permitiu avaliar a estabilidade dos ganhos no longo prazo, nem o comportamento do sistema frente a variações de demanda. Sugere-se, para estudos futuros, investigações mais abrangentes sobre a integração Lean-PMBOK® em outras iniciativas de automação, com horizontes temporais estendidos, amostras múltiplas de células e análises de sensibilidade dos parâmetros econômicos.

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Artigo oriundo de Trabalho de Conclusão de Curso da Especialização em Gestão de Projetos do MBA USP/Esalq

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