O que é a indústria de processo? Definição, tipos e desempenho

A indústria de processo consiste na transformação de matérias-primas em produtos acabados através de reações químicas, processos biológicos ou transformações físicas irreversíveis. Estes processos incluem a mistura, o aquecimento, a fermentação, a destilação e a polimerização. O output deste modelo não pode ser desmontado nos seus inputs originais, o que constitui uma distinção fundamental relativamente à produção discreta. Esta característica influencia inúmeros processos a jusante, incluindo a medição do desempenho, a garantia de qualidade, a programação da fábrica e a identificação de oportunidades de melhoria. Este guia define a produção e a indústria de processo, compara-a com a produção discreta, detalha a produção em lote e contínua, aborda o stack de software e o panorama de conformidade e conclui com uma discussão sobre como as principais empresas da indústria de processos melhoram o desempenho.

O que é a indústria de processo?

A indústria de processo refere-se à produção de bens através da formulação, combinando ingredientes em proporções definidas e submetendo-os a transformações físicas ou químicas até os inputs deixarem de ser recuperáveis. Um litro de detergente, uma tonelada de polietileno, um comprimido de paracetamol, uma roda de queijo, um barril de gasóleo refinado: cada um é o resultado de uma receita e de um processo, não de uma montagem. Esta é a realidade operacional nas indústrias farmacêutica, química, alimentar e de bebidas, cosmética, pasta e papel, cimento, metalúrgica e energética.

A irreversibilidade é relevante. Significa que um lote com defeito não é retrabalhado; é destruído, desvalorizado ou reciclado a um custo elevado. Significa que a lista técnica é uma receita e não uma lista de componentes. E significa que o rendimento é frequentemente o indicador mais importante no chão de fábrica, e não a produtividade. Estas são as características da indústria de processo que determinam como uma operação deste tipo é executada.

Produção discreta vs. indústria de processo

A forma mais clara de compreender a indústria de processo é por contraste. A produção discreta monta componentes distintos, tais como rodas num carro, chips numa placa, parafusos num chassi, num produto final que pode ser desmontado novamente, enquanto a indústria de processo transforma ingredientes em algo fundamentalmente novo. Além disso, as operações discretas reúnem muitos componentes num único produto acabado; as operações de processo partem de um conjunto reduzido de inputs e divergem para muitos SKUs finais através da formulação e embalagem, conforme ilustrado na tabela abaixo.

Tabela 1 – Tabela comparativa: indústria de processo vs. produção discreta

A implicação para a gestão é direta. Em fábricas de produção discreta, o rendimento é em grande parte uma função do equilíbrio da linha e da alocação da mão de obra, o que significa que acrescentar pessoas a um posto reduz o seu tempo de ciclo. Em fábricas de processo, o rendimento está condicionado ao equipamento: um reator, um fermentador, um forno, uma extrusora; nestes casos, acrescentar operadores não aumenta a produção. A questão do desempenho passa a ser como extrair mais do ativo, razão pela qual o KAIZEN™ na Indústria de Processo é bastante diferente do lean implementado numa linha de montagem.

Tipos de indústria de processo: em lote vs. contínua

Existem dois regimes de produção dominantes, com um terceiro híbrido que merece ser mencionado.

A produção em lote processa uma quantidade definida de material através de uma sequência de operações unitárias antes do início do lote seguinte. Uma linha de comprimidos farmacêuticos, um forno de tinta especial, uma cervejaria e um enchedor de cosméticos funcionam cada um com lotes de tamanho fixo. As operações em lote permitem a variedade de produtos: diferentes SKUs partilham o mesmo equipamento com a alteração da receita entre produções. O custo é o tempo de mudança de série, os ciclos de limpeza e os custos de validação, que frequentemente consomem mais horas de linha do que a produção propriamente dita.

A produção por processo contínuo decorre sem interrupção através de cadeias de equipamento fixas durante semanas ou meses entre paragens programadas. A refinação de petróleo, produtos químicos de base, vidro, papel, laticínios a granel e aço são os exemplos clássicos. Cada paragem é dispendiosa e o foco da engenharia é a fiabilidade, a eficiência energética e o rendimento. A variedade de produtos é limitada, mas os custos unitários são baixos.

O regime semicontínuo é, portanto, o híbrido: as operações decorrem continuamente no âmbito de uma campanha de um produto, depois param para a troca de produção antes do seguinte. A indústria alimentar especializada, a biofarmacêutica e a química fina operam frequentemente desta forma. Assim tratá-las como um processo puramente por lotes ou puramente contínuo leva a más decisões de planeamento e programação da produção.

A redução dos tempos de troca com SMED tem impacto significativo na produção em lote, mas menor relevância na produção contínua. A intensidade energética por tonelada domina os custos nas operações contínuas e é secundária nas operações em lote.

Software para indústria de processo: MES, ERP e stack digital

Uma unidade de produção moderna assenta em três camadas de software. Compreender o stack é importante porque as categorias de fornecedores sobrepõem-se, tornando as decisões complexas.

O controlo de processo, a camada inferior, gere a fábrica em tempo real. Os Distributed Control Systems (DCS), os Programmable Logic Controllers (PLCs) e as plataformas Supervisory Control and Data Acquisition (SCADA) executam ciclos de controlo, gerem interlocks e obtêm dados de sensores ao milissegundo.

Um Manufacturing Execution System (MES) situa-se acima do controlo de processo. Gere registos eletrónicos de lotes, execução de receitas, planeamento, acompanhamento de paragens, cálculo do Overall Equipment Effectiveness (OEE) e a interface do operador. Em indústrias regulamentadas, o MES assegura a conformidade com as Good Manufacturing Practice (GMP) através de assinaturas eletrónicas e de registos de auditoria.

O Enterprise Resource Planning (ERP) para a indústria de processo é a camada superior. Enquanto o ERP discreto lida com listas de peças e montagens, uma plataforma de software de produção por processos lida com a gestão de fórmulas, cálculo de custos ao nível do lote, genealogia de lotes, relatórios regulamentares e inventário baseado em determinadas características (alérgenos, potência, pureza).

No topo desta arquitetura tecnológica, as plataformas de análise de produção convertem dados de sensores e eventos em dashboards e modelos preditivos. O IIoT (Industrial Internet of Things) para produção inteligente, o edge computing, os gémeos digitais e a IA e machine learning geram atualmente maior valor em quatro aplicações: manutenção preditiva, otimização do rendimento, gestão da energia e previsão da qualidade. Entre as tendências globais de produção que moldam as decisões de investimento, estas quatro proporcionam um retorno consistente. O restante entusiasmo em torno destas tecnologias ultrapassa, muitas vezes, as necessidades reais da maioria das operações.

Qualidade e conformidade: GMP, SPC e validação

A indústria de processo opera dentro de quadros regulamentares sem equivalente real nas indústrias discretas.

As GMP, codificadas na FDA (Food and Drug Administration) 21 CFR (Code of Federal Regulations) Partes 210/211 nos EUA, nas diretrizes EU GMP na Europa, e em enquadramentos equivalentes noutros países, definem as condições mínimas sob as quais os produtos farmacêuticos, biológicos e muitos produtos alimentares e cosméticos podem ser produzidos. A conformidade com as GMP abrange o design das instalações, a formação do pessoal, a documentação, a qualificação de equipamentos e o controlo de alterações. No setor alimentar, a ISO 22000 e o HACCP desempenham papéis paralelos. A não conformidade levando ao encerramento das fábricas.

A validação de processos é a prova documentada de que um processo produz consistentemente outputs que satisfazem as especificações. O enquadramento atual da FDA exige três fases: design do processo, qualificação do processo e verificação contínua do processo sustentada por evidências estatísticas entre lotes. A validação da limpeza é a sua contraparte menos visível: a prova de que os resíduos de um produto são removidos abaixo dos limites de aceitação antes da próxima produção no mesmo equipamento. Em conjunto, a validação de processos e a validação da limpeza determinam a capacidade efetivamente disponível do processo.

Adicionalmente, o controlo estatístico de processos (SPC) deteta desvios antes que estes produzam produtos fora das especificações. Gráficos de controlo, índices de capacidade (Cp, Cpk, Pp, Ppk) e regras da Western Electric detetam padrões de variação dentro do ruído natural do processo. O SPC moderno integra-se com a Process Analytical Technology, transferindo o controlo de qualidade dos testes laboratoriais no final do lote para a libertação em tempo real.

A rastreabilidade de lotes, reconstruindo a genealogia de cada lote desde as matérias-primas até à entrega, é exigida na indústria farmacêutica, alimentar e, cada vez mais, na de produtos químicos especializados. Sem ela, as recolhas de produtos do mercado em caso de não conformidade crítica podem tornar-se catastróficas.

Medir o desempenho na indústria de processo

O indicador de desempenho dominante é o OEE, calculado como Disponibilidade × Desempenho × Qualidade. O OEE capta as três formas pelas quais uma linha perde output: tempo sem produção, tempo a produzir abaixo da cadência e tempo a produzir defeitos. O OEE de lote de classe mundial situa-se em cerca de 85%; muitas fábricas operam entre 50% e 65% e não sabem disso porque os turnos, o tempo de inatividade planeado e o CIP (Clean-in-Place) são deduzidos antes do início do cálculo.

A utilização da capacidade do gargalo (reator, fermentador, forno ou enchedor) define o limite superior do que a fábrica pode produzir. Mapear o gargalo através do Value Stream Mapping é o primeiro passo em qualquer programa de melhoria sério: metade das vezes, uma suposta escassez de capacidade acaba por ser um problema oculto de mudança de série ou uma perda de rendimento disfarçada de limite de rendimento.

O planeamento da produção utiliza assim uma lógica híbrida. Os SKUs de alta rotação (classe A) funcionam em regime de Make-to-Stock (MTS), com reposição orientada por pull de supermercado. As especialidades de baixa rotação (classe C) funcionam em Make-to-Order (MTO) e são ativadas apenas por procura confirmada. Os SKUs de rotação média dependem do nível de serviço a que o negócio se compromete. A sequenciação tem em conta as famílias de produtos para minimizar as trocas de alergénios, cor ou qualidade, bem como a disponibilidade de tanques e o prazo de validade.

Para além do OEE, as métricas que importam são a conformidade à primeira (first-pass yield), os lotes corretos à primeira tentativa, o consumo específico de energia por unidade produzida e o tempo médio entre falhas. Uma árvore de KPIs bem construída liga estes indicadores operacionais aos resultados financeiros com que a liderança se preocupa, para que os esforços de melhoria sejam alocados onde impulsionam o negócio.

Como os líderes da indústria de processo melhoram o desempenho

Esta é a questão que os artigos de referência habituais ignoram. Quando uma equipa compreende o que é a indústria de processo, a questão passa a ser o que fazer com uma fábrica a funcionar a 55% de OEE quando é possível atingir 80%. A melhoria segue uma sequência específica.

Primeiro, tornar o desempenho visível. A intervenção inicial com maior retorno é a medição honesta do OEE no gargalo, com as perdas categorizadas por causa, em vez de agregadas numa única percentagem que oculta as alavancas de melhoria. O trabalho normalizado nas mudanças de série, limpezas e arranques elimina a variação silenciosa que os operadores absorvem como algo rotineiro.

Em segundo lugar, atuar sobre a maior categoria de perdas. Em fábricas que funcionam em lote, isto é quase sempre resolvido através do SMED nas mudanças de equipamento e da otimização do CIP. Em fábricas de produção contínua, o tempo de paragem não planeado é tipicamente abordado através da manutenção centrada na fiabilidade e da manutenção preditiva. Estas são as alavancas de maior rendimento para a otimização dos custos de fabrico nas operações de processo: a redução de custos aqui provém da recuperação de capacidade, não do corte de postos de trabalho ou da redução de inputs.

Em terceiro lugar, é necessário estabilizar o processo. O SPC e a resolução estruturada de problemas recuperam o output anteriormente descartado como variação inerente. Melhorias de 5 a 15 pontos percentuais na conformidade à primeira em doze meses são comuns quando os parâmetros certos são identificados, normalizados e monitorizados.

Em quarto lugar, redesenhar o fluxo. Os princípios do lean manufacturing, eliminando muda, mura e muri, aplicam-se com adaptações: o planeamento em pull substitui o planeamento baseado em previsões, os supermercados entre etapas absorvem a variabilidade e o sequenciamento das mudanças de série reduz o tempo perdido. A Melhoria Contínua KAIZEN™, sobreposta a workshops disruptivos, converte ganhos pontuais em capacidade sustentada.

A diferença entre as fábricas de processo de performance mediana e as do quartil superior é maior do que a maioria dos líderes pressupõe. Colmatá-la não requer uma transformação digital nem um ciclo de investimento em CAPEX. Mas requer, sim, começar com uma avaliação honesta da excelência operacional para identificar onde se situam as perdas, seguida de uma atenção disciplinada às perdas certas, na sequência certa, com as pessoas que operam o equipamento.

Otimizar o desempenho em operações de processo e discretas

No Kaizen Institute, ajudamos os fabricantes a responder às exigências únicas de ambientes de processo e discretos, apoiando a transição de um estilo de gestão centrado na instabilidade para um modelo baseado na mestria operacional. Os nossos serviços de consultoria na indústria de processo são concebidos para construir uma cultura de desempenho e consistência. A nossa abordagem envolve identificar e resolver problemas de equipamentos pouco fiáveis, processos instáveis e rotinas de gestão inadequadas. Isto garante resultados consistentes e fiáveis entre turnos e unidades, prevenindo a acumulação de perdas silenciosas. Adicionalmente, os nossos serviços de consultoria em produção discreta transformam operações fragmentadas em sistemas sincronizados e de elevado desempenho. Implementamos rotinas de gestão diária e ferramentas digitais que tornam as decisões visíveis e baseadas em dados, capacitando as equipas a agir.

Ainda tem dúvidas sobre a indústria de processo? 

Qual é a diferença entre a indústria de processo e a produção discreta?

A produção discreta monta componentes distintos para formar um produto acabado que pode ser desmontado, como automóveis, aparelhos eletrónicos e eletrodomésticos. A indústria de processo transforma ingredientes, através de processos químicos, biológicos ou físicos irreversíveis, em bens que não podem ser desmontados novamente, tais como produtos farmacêuticos, químicos, alimentares, papel e cimento. A produção discreta utiliza listas de componentes; a indústria de processo utiliza fórmulas e receitas.

O que é a conformidade GMP e quem precisa de a cumprir?

As Boas Práticas de Fabricação (GMP) constituem o enquadramento regulatório que define as condições mínimas em que produtos que afetam a saúde humana podem ser produzidos, incluindo produtos farmacêuticos, biológicos, dispositivos médicos e muitas categorias alimentares e cosméticas. As GMP abrangem o design das instalações, a qualificação dos equipamentos, a formação do pessoal, a documentação e o controlo de alterações. Na indústria alimentar, a ISO 22000 e o HACCP desempenham funções equivalentes. A conformidade não é opcional em mercados regulamentados.

Que software utilizam os fabricantes de processo?

Os fabricantes da indústria de processos utilizam, tipicamente, três níveis de sistemas. O primeiro corresponde aos sistemas de controlo do processo (DCS, PLC e SCADA), responsáveis pela operação em tempo real. O segundo refere-se ao Manufacturing Execution System (MES), que gere os registos eletrónicos de produção por lotes, o planeamento e programação da produção, a monitorização do Overall Equipment Effectiveness (OEE) e a gestão das atividades dos operadores em fábrica. Por fim, o terceiro nível é referente ao Enterprise Resource Planning (ERP), adaptado à produção por processos, que suporta a gestão de fórmulas, o cálculo dos custos por lote, a rastreabilidade de lotes e o reporte regulamentar. Encontrando-se acima destes níveis operacionais, no topo da arquitetura tecnológica, as plataformas de analítica industrial que transformam os dados provenientes de sensores e eventos em informação útil para apoiar a tomada de decisão operacional.