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ANÁLISE EXPERIMENTAL PARA
DETERMINAÇÃO DOS PARÂMETROS IDEAIS
DO PROCESSO DE FABRICAÇÃO DE SAL
CÁLCICO DE ÁCIDO GRAXO DE PALMA
UTILIZANDO O METODOLOGIA SEIS SIGMA
Sandro Pereira da Silva (USP )
Anderson Zuntini (Einstein )
Jose Luiz Stival Ghirardini (Einstein )
Thais Cristina Duppre (Einstein )
A procura intensa por melhoria continua utilizando a metodologia Seis Sigma
é observada há anos em diversos setores industriais com o propósito de
reduzir variabilidade no processo, neste contexto esse método foi aplicado
em uma empresa de destaque no mercado competitivo de nutrição animal,
cuja a fabricação do produto sal cálcico de ácidos graxo de palma
apresentava níveis de 95,63% de refugo e ou retrabalho. A metodologia seis
sigma foi desenvolvida no caminho DMAIC com as ferramentas de suporte
para cada etapa como o Fluxograma de Processo, SIPOC, Diagrama de Causa
e Efeito, FMEA, DOE e gráficos de controle, que contribuíram para encontrar
a causa raiz dos resultados de extrato etéreo livre em porcentagens elevadas.
O resultado do trabalho proporcionou erradicação do modo de falha
elevando a taxa de aproveitamento do lote para 100% consequentemente
zerando os refugos e retrabalhos. Os indicadores de capacidade do processo
saíram de -0,77 CPK para 1,54 CPK, comprovando a eficácia da metodologia.
Palavras-chaves: Seis Sigma, DOE e Extrato etéreo livre.
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1. Introdução
Com a alta competitividade de mercado e clientes cada vez mais exigentes quanto a qualidade
e preço, um esforço para redução de custos, aumento de produtividade e eficiência é assunto
mais do que frequente nas organizações. Para Rother (2010), a competitividade é alcançada
por pequenas etapas a serem seguidas e que são difíceis de serem copiadas.
Métodos e processos eficazes é uma busca incessante e a redução de refugos é ponto
relevante, para redução da variabilidade de processo, neste contexto a metodologia Seis
Sigma foi criada na Motorola no final da década de 80, guiada pelo DMAIC e implementada
não como um simples controle de qualidade e sim como uma metodologia que abrange toda a
organização e a direciona a redução de defeitos próximo a zero (CORONADO, 2002).
Segundo Favaretto (2006) o refugo é um dos principais indicadores de produção e pode ser
medido de algumas maneiras como refugo por item, retrabalho por máquina e por lote que
estão ligados a itens essenciais como qualidade, confiabilidade, flexibilidade e entre eles o
custo.
2. Revisão de literatura
O seis sigma, segundo Arnheiter e Maleyeff (2005), é uma metodologia criada com o objetivo
de alcançar um modelo de processo próximo de zero defeitos afim de reduzir a variação do
sistema para garantir um produto final de maior qualidade através de uma estrutura rígida de
estudo e melhoria do processo.
Para Eckes (2001), uma implementação de seis sigma bem sucedida exige uma infraestrutura
bem consciente e uma participação ativa da gestão da organização. Segundo Nave (2002)
metodologia seis sigma é guiada pelo DMAIC que traça as cinco etapas, sendo: “D” definir,
nessa etapa são identificados os problemas que chegam até os clientes e averiguados os
resultados do processo; “M” medir, nesta fase os dados são coletados no processo de
fabricação; “A” analisar, etapa de leitura dos dados fornecidos pela fase de medição onde se
identifica causas do defeito; “I” melhorar; onde são coletadas todas as ideias de melhoria e
implementadas no processo e “C” controlar etapa com o objetivo de manter o sistema instável
no mesmo padrão de melhoria alcançado ao longo do tempo.
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Seguindo o caminho DMAIC muitas ferramentas estatísticas e monitoramento são
empregadas. Para etapa “D” as ferramentas Fluxograma e SIPOC foram aplicadas, Segundo,
Keller (2005) e Gupta (2004), estas ferramentas são utilizadas para se obter uma visualização
simples e formalizada de um processo onde estão dispostos sequencialmente as etapas
diferenciadas em figuras geométricas que representam a ação a ser tomada para cada ocasião
no sistema ali descrito de forma lógica e programada. A etapa seguinte caracteriza a fotografia
do processo no estado atual, seguindo o DMAIC. Nas fases “M” e “A”, algumas ferramentas
destacam-se como o Brainstorming, utilizado para gerar ideias ou encontrar soluções para a
causa raiz do problema em questão. Sua aplicação consiste no seguimento de três etapas
distintas sendo: a geração de ideias, o esclarecimento sobre o processo e a avaliação das ideias
(SELEME e STADLER, 2008).
Partindo do Brainstorming o diagrama de causa e efeito (Ishikawa) é construído. Conforme
Vieira (1999) se utilizado de maneira correta, o diagrama de causa e efeito mostra resultados
positivos e leva ao sucesso da mitigação da causa raiz do problema perseguido. Criado por
Kaoru Ishikawa na década de 40 com o objetivo de apresentar as causas que afetam no
processo de forma estruturada e organizada afim de conhecer o efeito e após elaborar plano de
ação para eliminar a causa raiz geradora do modo de falha (MEIRELES 2001).
Segundo Cardoso (2007), o pesquisador Calegare (2002) ainda dentro das etapas “M” e “A”,
ferramenta DOE – “design of experiments”, largamente utilizada para otimizar os testes de
validação dos modos de falhas consiste em explorar de forma otimizada as possibilidades de
testes no processo, executando a menor quantidade de experimentos com o maior número de
variáveis do processo. Para Vieira (1999) é recomendável que se faça réplica nos
experimentos para assegurar maior confiabilidade no resultado.
Após implementação das melhorias, a etapa “C” tem o objetivo de manter sob controle as
melhorias implantadas, sob a utilização de gráficos de controles, para visualizar a estabilidade
do processo, e manter padronizado os resultados encontrados no projeto. O gráfico de controle
é utilizado de maneira sistemática para que auxilie o gestor na leitura de desempenho do
processo (WALPOLE et al, 2008). Para prevenção de possíveis novas falhas utiliza se o
FMEA que segundo Lélis (2012) as experiências adquiridas devem ser registradas nesta
ferramenta, que consiste em método de análise de falhas com objetivo de identificar os modos
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e os efeitos causados, analisando de forma sistêmica a fim de dar prioridades a falhas críticas,
quanto a ocorrência, gravidade, detecção, severidade e risco para o processo.
3. Metodologia
O estudo foi realizado em uma empresa de destaque no setor de nutrição animal situada no
interior de SP, onde um dos seus principais produtos é o sal cálcico de ácidos graxos de
palma. O produto é obtido durante a reação exotérmica entre os ácidos graxos de palma e uma
base. O sal cálcico de ácidos graxos é uma fonte de ácidos graxos utilizado na alimentação de
ruminantes. Pelo fato destes ácidos graxos estarem na forma de sais, passam inerte pelo
rúmen do animal onde o pH é próximo do neutro e são dissociados quando passam pelo
abomaso onde o pH é ácido, está dissociação libera os ácidos graxos para serem absorvidos
pelo intestino. As Figuras 1, 2, 3(a) e 3(b) demonstram o fluxograma de fabricação do produto
e suas etapas.
Figura 1 - Fluxograma do processo
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Fonte: O autor
Figura 2 – Visão geral do processo
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Fonte: O autor
Figura 3(a) e 3(b) – Detalhe do processo
Fonte: O autor
A produção consiste em um processo simples com layout em linha, as matérias primas são
inseridas por meios de roscas (I) e bomba (II) no misturador de pinos e pás intensivo, este
contem pinos e pás reguláveis (III) com o objetivo de misturar as matérias primas para
disparar o início da reação química, após essa etapa o produto é direcionado a um misturador
de eixo duplo em formato helicoidal (IV) do fabricante Vérdes, modelo 041, comprimento útil
da bacia de mistura é 2300mm, largura da bacia de mistura é 650mm, potência do motor
15CV. Após esta etapa o produto é homogeneizado por um período de 10 minutos, então é
transferido para o segundo misturador de pinos e pás intensivo (V), utilizado para dar início
ao resfriamento e triturar o produto. Na etapa subsequente o produto já triturado é
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transportado pneumaticamente para um turbilhonador (VI) que o resfria e conduz até o
ciclone (VII), neste estágio as partículas do produto são separadas do ar e conduzidas a uma
ensacadora (VIII) finalizando o processo.
A empresa fabricante executa controle de processo no produto acabado para saber qual a
quantidade de ácidos graxos que não estão na forma de sal, está analise que quantifica o teor
de ácidos graxos livres em seu produto é chamada de “Porcentagem de Extrato Etéreo Livre”,
cujo o resultado não deve exceder 8%. A figura 4 representa a condição inicial do processo,
antes da implantação da metodologia 6 sigma.
Figura 4 – Gráfico individual representando os resultados de extrato etéreo livre no sal cálcico
de ácidos graxos de palma
200180160140120100806040201
25
20
15
10
5
0
25
20
15
10
5
0
Resultados
% d
e E
xtr
ato
Eté
reo L
ivre
E.E. L. Palma1
Limite Superior
Resultados
Gráfico individual representando os resultados de Extrato Etéreo Livre
Fonte: O autor
O fabricante vem apresentando resultados não satisfatórios de extratos etéreos livres,
causando alto nível de refugo e retrabalho. A figura 5 demonstra o descontrole do processo
representando cerca de 95,63% dos resultados acima do limite superior de controle definido
como 8% de extrato etéreo livre. Este processo é classificado como incapaz com indicador de
– 0,77% de CPK.
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Figura 5- Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo antes das melhorias
2118151296
USL
LSL *
Target *
USL 8
Sample Mean 14,7663
Sample N 183
StDev (Within) 2,9384
StDev (O v erall) 3,49685
Process Data
C p *
C PL *
C PU -0,77
C pk -0,77
Pp *
PPL *
PPU -0,64
Ppk -0,64
C pm *
O v erall C apability
Potential (Within) C apability
% < LSL *
% > USL 95,63
% Total 95,63
O bserv ed Performance
% < LSL *
% > USL 98,94
% Total 98,94
Exp. Within Performance
% < LSL *
% > USL 97,35
% Total 97,35
Exp. O v erall Performance
Within
Overall
Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo
Fonte: O autor
A aplicação da ferramenta SIPOC foi necessária para identificar com clareza todas as entradas
e saídas do processo, a figura 6 demonstra o SIPOC para obtenção do produto sal cálcico de
ácido graxo de palma.
Figura 6 – SIPOC
Fornecedor A, B, C , D e E Ácido Graxo de PalmaSal Calcico de
Ácidos Graxos
dentro dos níveis de
garantia
Cliente A
Cal HidratadaFornecedor F e G
SIPOC
Customers (Clientes)Suppliers (Fornecedores) Inputs (Entradas/Matéria Prima) Process (Processo) Outputs (Saída/PA)
Mistura Intensiva das
Matérias EnsaqueResfriamentoTriturador
Homogienizaçãoda Mistura
Fonte: O autor
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O brainstorming foi aplicado para identificar as possíveis causas dos valores indesejados de
extrato etéreo livre, os resultados são apresentados na forma de diagrama de causa e efeito
demostrados na figura 7.
Figura 7 – Diagrama de causa e efeito (Ishikawa)
Fonte: O autor
Após a determinação dos fatores que potencialmente geram o modo de falha estabelecidos no
diagrama de causa e efeito, a ferramenta DOE foi aplicada com 3 fatores e dois níveis, 23. A
tabela 1 demonstra o projeto de experimento proposto para testar as condições extremas de
processo para obtenção do produto sal cálcico de ácido graxo de palma.
Tabela 1 – Determinação do experimento DOE
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Pinos Temperatura [°C] Velocidade [Hz]
Experimento 1 Desgastado 55 15
Experimento 2 Novo 55 15
Experimento 3 Desgastado 85 15
Experimento 4 Novo 85 15
Experimento 5 Desgastado 55 60
Experimento 6 Novo 55 60
Experimento 7 Desgastado 85 60
Experimento 8 Novo 85 60
Fonte: O autor
Os fatores determinados foram os pinos e pás que se desgastam pela corrosão química durante
o processo de fabricação do produto, podendo influenciar na sua mistura. O termo corrosão é
usado para definir o desgaste ou degradação de algum material causado por uma reação
química (CHANG, 2006). O segundo fator foi a temperatura de entrada dos ácidos graxos
sendo elevada antes da reação exotérmica para obtenção do produto. Por fim o terceiro fator é
a velocidade de mistura que pode influenciar na homogeneidade do produto final.
4. Analise dos Resultados
Após o experimento realizado no processo, as análises laboratoriais apresentaram os
resultados de extrato etéreo livre combinado com os três fatores relevantes descritos na tabela
2.
Tabela 2 - Resultados do experimento DOE.
Pinos Temperatura [°C] Velocidade [Hz] Resultado [%]
Experimento 1 Desgastado 55 15 5,89
Experimento 2 Novo 55 15 4,72
Experimento 3 Desgastado 85 15 6,46
Experimento 4 Novo 85 15 8,59
Experimento 5 Desgastado 55 60 7,07
Experimento 6 Novo 55 60 5,61
Experimento 7 Desgastado 85 60 6,77
Experimento 8 Novo 85 60 6,63
Fonte: O autor
A figura 8 demonstra o resultado do DOE com a análise dos três fatores de forma individual
no processo de obtenção do produto sal cálcico de ácidos graxos de palma.
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Figura 8 – Análise dos fatores individuais do experimento.
8555
7,2
6,9
6,6
6,3
6,0
NovoDesgastado
6015
7,2
6,9
6,6
6,3
6,0
Temperatura
Resu
ltados
Pino
Veloc. Mistura
Efeitos relevantes para o processo
Fonte: O autor
A Figura 8 demonstra que a variável temperatura tem maior influência no resultado quando
analisada isoladamente e segundo Atkins (2010), a diminuição da temperatura de uma reação
exotérmica propicia a formação do produto. Os Pinos e pás tiveram pouca influência no
resultado final porém não deve-se desconsiderar sua relevância ao resultado de extrato etéreo
livre devido ao desgaste que suportam pela corrosão química advinda do processo de mistura.
Segundo Rache (2004), a corrosão química é o dano causado a um material quando um agente
químico entra em contato com a peça carregando consigo partículas do material, ocasionando
o desgaste da peça.
A figura 9 demonstra o resultado do DOE com a análise dos três fatores de forma simultânea
no processo de obtenção do produto sal cálcico de ácidos graxos de palma.
Figura 9 – Análise dos fatores inter-relacionados do experimento.
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NovoDesgastado 6015
7
6
5
7
6
5
Temperatura
Pino
Veloc. Mistura
55
85
Temperatura
Temperatura
Desgastado
Novo
Pino
Fatores inter-relacionados do experimento
Fonte: O autor
Quando analisadas as variáveis com dependência uma das outras, nota-se a ocorrência de
variação maior no resultado de extrato etéreo livre quando combinando a variação de
temperatura ao pino novo ou desgastado e quando associada a temperatura a velocidade de
mistura, como demonstrado na Figura 8, que tanto o pino novo ou desgastado e a variação da
velocidade de mistura tiveram pouca influência no resultado ao serem analisadas
isoladamente. A Figura 9 também demonstra pequena variação, sendo inferido apenas a
relevância da temperatura ao resultado esperado no processo.
A figura 10 representa a combinação dos fatores temperatura e velocidade da mistura fixando
como constante o pino, neste caso caracterizado como pino novo.
Figura 10 – Gráfico de superficie de resposta para as variaveis temperatura e velocidade de
mistura com pino novo.
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13
5
6
60
40
20
7
8
7060
80
Resultado
TemperaturaVeloc. Mistura
Pino Novo
Constante
Gráfico superficie de resposta
Fonte: O autor
A Figura 10 demonstra que a velocidade de mistura não representa alteração significativa na
obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma, já a variação de temperatura tem
impacto direto no resultado. Segundo Moyes e Schulte (2010), ao aplicarmos energia térmica
a uma dada mistura ocorre à agitação de suas moléculas e esta agitação tem uma implicação
direta na reação química, sendo assim, como a variação de temperatura e velocidade de
mistura influenciam no resultando do processo quando mantemos constate os pinos e pás
como novas. Observa-se o melhor resultado ao associar a menor temperatura (60°C) com a
menor velocidade de mistura (20Hz).
A figura 11 representa a combinação dos fatores temperatura e velocidade da mistura fixando
como constante o pino, neste caso caracterizado como pino desgastado.
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Figura 11 – Gráfico de superficie de resposta para as variaveis temperatura e velocidade de
mistura com pino desgastado.
6,0
60
6,4
40
20
40
6,8
7,2
7060
80
Resultado
Veloc. Mistura
Temperatura
Pino Desgastado
Constante
Gráfico superficie de resposta
Fonte: O autor
A Figura 11 demonstra que a temperatura, para o experimento com pino desgastado, não
representa variação significativa na obtenção do produto sal cálcio de ácidos graxos de palma,
já a variação de velocidade tem impacto direto no resultado. Neste processo, a velocidade de
mistura é inversamente proporcional ao tempo de retenção do produto no misturador e
segundo Abreu et al (2010) numa reação entre ácidos graxos e uma base a determinação dos
fatores temperatura, tempo de reação e agitação do meio influenciam diretamente na reação
do produto. Desta forma a determinação dos melhores parâmetros de processo, após a
aplicação da ferramenta DOE passa a ser:
Temperatura igual a 60° C.
Pinos e Pás novos.
Velocidade de mistura igual a 15.
Para confirmar o resultado do DOE novos lotes foram fabricados e os resultados são
representados nas Figuras 12 e 13.
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Figura 12 – Gráfico de controle antes e após melhorias.
25
20
15
10
5
0
Observações
Resu
ltados
_X=3,10
UCL=6,29
LCL=-0,09
Antes Após
1
Extrato Etéreo Livre antes e após as melhorias
Fonte: O autor
A Figura 12 representa análise por gráfico individual em duas fases distintas do trabalho,
classificadas como “antes” da aplicação da metodologia DMAIC e “após” a aplicação, as
linhas de controle superior e inferior para ambas as fases, “antes” e “após” DMAIC, indicam a
variação de 3 desvios padrões da amostra para cima e para baixo da linha média dos
resultados. Nota-se redução na amplitude dos limites de controle de 18 pontos percentuais
para 6,2 pontos percentuais, caracterizando a estabilização da variabilidade observada antes
da aplicação da metodologia. A Figura 13 demonstra a curva gaussiana das amostras
coletadas no processo após a aplicação da metodologia.
Figura 13- Histograma dos resultados de extrato etéreo livre do processo após melhorias
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87654321
USL
LSL *
Target *
USL 8
Sample Mean 3,09663
Sample N 19
StDev (Within) 1,06289
StDev (O v erall) 1,08914
Process Data
C p *
C PL *
C PU 1,54
C pk 1,54
Pp *
PPL *
PPU 1,50
Ppk 1,50
C pm *
O v erall C apability
Potential (Within) C apability
PPM < LSL *
PPM > USL 0,00
PPM Total 0,00
O bserv ed Performance
PPM < LSL *
PPM > USL 1,98
PPM Total 1,98
Exp. Within Performance
PPM < LSL *
PPM > USL 3,37
PPM Total 3,37
Exp. O v erall Performance
Within
Overall
Histograma do processo após melhorias
Fonte: O autor
A Figura 13 representa a distribuição normal dos resultados obtidos após o experimento, ao
qual nota-se melhora significativa na performance do processo com o indicador de 1,54 para
CPK. Segundo Verdoy (2006) indicadores acima de 1,33 CPK representam processos sobre
controle no padrão 4 sigma, não permitindo ocorrência de produtos não conformes, esse
resultado foi observado na sequencia de fabricação do produto zerando o refugo de extrato
etéreo livre no processo.
Como forma de registrar e analisar as melhorias investidas a etapa controlar caracterizou a
utilização do FMEA demonstrado na Figura 14 e os gráficos de controle amostral
demonstrados na Figura 12.
Figura 14 - FMEA
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FMEA: Empresa X ÁREAS ENVOLVIDAS: ET PG
1 1
PROCESSO/PRODUTO: CLIENTE/PROJETO:
Produção de Sal cálcico de
ácidos graxos
RESPONSÁVEL
PROJETO/
MANUFATURA: EQUIPE:
Anderson Zuntini
ITEM/NOME/FUNÇÃO
DO PROJETO/
PROCESSO
MODO DE
FALHA
POTENCIA
L
EFEITO (S) DA FALHA EM
PODENCIAL
SE
VE
RID
AD
ECAUSA (S) POTENCIAL DA FALHA
OC
OR
RÊ
NC
IA
CONTROLE ATUAL DE
PREVENÇÃO
CONTROLE
ATUAL DE
DETECÇÃO
DE
TE
CÇ
ÃO
RIS
CO
(R
PN
)
7 Pinos e pás desgastadas 10 Manutenção preventiva Visual 2 140
8 Velocidade de mistura inadequada 3 Padrozinada atravez do DOE Visual 2 48
Reação do produto após ensacado. 8 Baixo índice de acidez da matéria prima 1 Analise da matéria prima 1 8
Queda no consumo do rebanho. 2 Variação da densidade da matéria prima 1 Analise da matéria prima 1 2
2 Origem da matéria prima (fornecedores) 2 Nota Fiscal Fornecedor 1 4
2 Temperatura ambiente inadequada 1 Não existe Não existe 10 20
4 Falta de atenção do operador 3 Não existe Não existe 10 120
6 Controlador de temperatura descalibrado 1 Manutenção preventiva Visual 10 60
6 Indicador de velocidade desconfigurado 1 Manutenção preventiva Visual 10 60
5 Metodologia de analise laboratorial inadequada 3 Não existe Não existe 10 150
8 Parâmetro de temperatura inadequado 3 Padrozinada atravez do DOE Automatizado 1 24
Operador de maquinas, Supervisora de qualidade, Gerente Industrial, Analista de Laboratório
FMEA - ANÁLISE DOS MODOS DE FALHAS E SEUS EFEITOS
Produção de Sal cálcico de
ácidos graxos
Ex
trato
eté
reo
acim
a d
e 8
%
Produção / Qualidade / Laboratório
Empresa do ramos de nutrição animal, fabricante de sal cálcico de ácidos graxos
APROVAÇÃO DO CLIENTE:
Redução do rendimento em sua
utilização final.
Resultado da
analise
Fonte: O autor
5. Conclusão
A combinação da Temperatura em 60° C, Pinos e Pás novos e a Velocidade de mistura
igual a 15 Hz corresponde aos parâmetros ideias para fabricação do produto;
Os fatores ao serem analisados de forma isolada não representam a melhor condição
de processo;
A ferramenta DOE aplicada no processo explora todas as possibilidades de
combinações dos fatores e permite otimização do número de ensaios para testar todas
as variáveis de processo;
Redução relevante no índice de refugos e retrabalho de 95,63% para 0;
Redução da amplitude dos resultados de extrato etéreo livre de 18% com 95,63% de
produtos não conformes para 6,2% com 100% dos produtos dentro das especificações
de cliente;
A implantação da metodologia Seis Sigma e suas ferramentas estatísticas transcorridas
pelo DMAIC possibilitam conhecer e reduzir a variabilidade do processo baseada em
fatos e dados;
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6. Referências bibliográficas
ABREU, Yolanda Vieira de, et al, Energia, Economia, Rotas Tecnológicas, Textos Selecionados. Palmas. P.
219 e 220, 2010.
ARNHEITER, E. D., MALEYEFF, J. The integration of lean management and Six Sigma. The TQM
Magazine. Vol. 17, N. 1, p. 5-18, 2005.
ATKINS, Peter W. Princípios de Química: Questionando a Vida Moderna e o Meio Ambiente, Porto Alegre, 5
ed, editora Bookman, p. 410, 2010.
CARDOSO, Alvaro Azevedo, PhD; et al. Uso do delineamento de experimento em uma aplicação didática
para engenharia. Programa de Mestrado Profissional em Engenharia Mecânica da Universidade de Taubaté/SP,
2007.
CHANG, Raymond. Química Geral Conceitos Essenciais. V.4, Porto Alegre, Editora AMGH, pg 644. 2006.
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