Retorno sobre o investimento em centros de usinagem

(*) Tom Clark e Tom Scherpenberg

Justificar um investimento de capital em equipamentos calculando o retorno sobre o investimento (ROI) para o equipamento pode representar um desafio para muitas fábricas.

Os fabricantes frequentemente levam em consideração apenas o preço ao efetuar esses cálculos, deixando de avaliar o ciclo de vida completo ou o desempenho esperado do equipamento. Na verdade, os custos de aquisição, operação, manutenção e retirada de operação podem afetar o cálculo do retorno sobre o investimento real da máquina.

É importante ponderar o ROI atentamente para tomar uma decisão sólida em relação ao equipamento a ser adquirido, pois isso poderá determinar o período de retorno do investimento para a máquina.

Esta monografia analisa como efetuar um cálculo completo do retorno sobre o investimento levando em consideração quatro áreas: Os fatores das máquinas de alto desempenho que afetam o retorno sobre o investimento; Como a automação pode aumentar o retorno sobre o investimento; Exemplos de retorno sobre o investimento.

FATORES QUE AFETAM O ROI - Os fabricantes adquirem novos equipamentos para aumentar sua capacidade ou aprimorar os métodos e tecnologias usadas na produção. Ao se determinar o retorno sobre o investimento para essas máquinas, o fabricante examina atentamente o preço de compra. Entretanto, os custos de operação, manutenção e retirada de operação dessas novas máquinas podem tornar o preço de compra original insignificante.

Custos de aquisição incluem o preço de compra, instalação e treinamento. Os serviços pós-venda, reputação do fornecedor, garantia e serviços de suporte oferecidos são outros fatores importantes a considerar. A disponibilidade do fornecedor para efetuar treinamento em operação e manutenção e aumentar a competência dos funcionários é algo que pode evitar problemas de produtividade. Os custos de manutenção e reparos também devem ser analisados.

Em termos de custos de operação, os fabricantes devem determinar o impacto que o novo equipamento terá sobre a produtividade. A filosofia por trás do projeto e a construção de uma máquina podem afetar significativamente esse fator. Um centro de usinagem de alto desempenho possui um projeto e uma construção que melhoram os aspectos principais da operação, incluindo duração do ciclo, vida da ferramenta, qualidade das peças e confiabilidade.

Por exemplo, um centro de usinagem de alto desempenho possui um Spindle (eixo-árvore) de alta potência que facilita cortes em alta velocidade e baixo esforços de usinagem. Um spindle de construção rígida permite também aceleração e desaceleração rápida para reduzir o tempo gasto em atividades que não sejam de corte. Os rolamentos do spindle são o suporte principal para a ferramenta, e um rolamento maior é mais adequado para lidar com forças de corte. O tipo e a posição dos rolamentos também podem afetar a rigidez da máquina e os tipos de forças que ela pode suportar. Uma coluna escalonada contribui para a resistência da máquina e pode ser mais estável. Máquinas com base em peça única e fundida, nivelamento em três pontos e colunas multinível podem reduzir a vibração da máquina.

Os fatores que afetam o ROI de uma ferramenta se aplicam a todo o ciclo de vida da máquina. Embora esses fatores possam não demonstrar o ROI imediato, eles são importantes para mostrar aos fabricantes que os resultados serão afetados.

• Uma real avaliação da duração do ciclo de uma máquina pode ser efetuada levando-se em consideração esses atributos de alto desempenho do projeto de máquinas.

Várias peças podem ser usinadas em uma única configuração e a máquina pode ser pré-programada para cada trabalho. É possível usinar mais peças por turno em comparação a máquinas comuns. Produzir mais peças e reduzir mão de obra reduz automaticamente o custo real por peça e compensam o preço de compra menor original.

• Centros de usinagem de alto desempenho têm demonstrado aumentar a vida e o desempenho da ferramenta. Sua construção rígida significa que são necessárias menos passadas com a ferramenta, o que reduz os tempos de processamento.

A deflexão rotacional geralmente reduz a vida da ferramenta por deixar materiais mais pesados ou variações de materiais para as ferramentas de acabamento. Uma máquina de alto desempenho elimina isso. Ao controlar as forças e a deflexão, a vida da ferramenta de acabamento também aumenta porque ela não precisa de passadas adicionais para algumas operações.

Para essas operações, esse controle pode economizar até 50% dos custos de ferramentas perecíveis. A estabilidade da máquina de alto desempenho permite profundidades axiais maiores, aumentando a quantidade de metal removida por cada ferramenta. Uma máquina de alto desempenho também mantém a integridade do refrigerante, mantendo isolados os resíduos de óleo e partículas de metal, o que aumenta a vida da ferramenta.


Estes gráficos ilustram testes de vida da ferramenta em um centro de usinagem convencional e de alto desempenho durante operações de desbaste (1º) e acabamento (2º) em ferro dúctil 65-45-12.

Durante operações de desbaste, a máquina aumentou em 20% o tempo de usinagem antes de atingir um nível idêntico de desgaste da ferramenta. Além disso, apresentou forte deflexão, deixando para trás uma camada de material de 0,05 mm. Essa camada extra de material foi compensada durante as operações de acabamento com uma profundidade radial de corte de 0,18 mm, enquanto a opção de alto desempenho teve uma profundidade radial de corte de 0,12 mm.

Os custos associados à maior vida da ferramenta incluem mais do que apenas a ferramenta em si. Uma vida mais longa da ferramenta gera menos intervenções do operador e reduz o custo por peça. Existe o acréscimo de mão de obra associado à troca de ferramenta na máquina, atualização das informações da ferramenta, transporte para a sala de ferramentas, troca de ferramentas e medição do comprimento da nova ferramenta. Os fabricantes se beneficiam da melhor qualidade, precisão e consistência das peças, além dos custos menores de refugos.

Em testes comparativos de máquinas de alto desempenho e centros de usinagem convencionais, o projeto da máquina de alto desempenho pode aumentar a vida das ferramentas em até 36%. Um mero aumento de 15% da vida da ferramenta tem demonstrado reduzir o custo das peças em até 2%, aumentando o retorno sobre o investimento em 6% e a margem bruta em 2%.

• A exatidão e a precisão de uma máquina de alto desempenho também afeta a qualidade das peças. Quando operações secundárias como marcação, acabamento manual ou longos processos de eletroerosão podem ser eliminadas ou reduzidas, os tempos de resposta e lead times são afetados. Mesmo peças com geometrias complexas podem sair das máquinas com altas tolerâncias e acabamentos de superfície de alta qualidade, reduzindo os custos de mão de obra e permitindo que os fabricantes aceitem mais pedidos.

• A confiabilidade também afeta o ROI, especialmente quando relacionada à máquina e ao fornecedor da máquina. Quando os fornecedores de máquinas podem manter laços estreitos com os clientes e oferecer suporte de alto nível a esses clientes, isso economiza tempo a longo prazo. Recursos de programação especiais também significam que os operadores não precisam permanecer ao lado das máquinas para reinicializar programas, e que o equipamento pode operar sem interrupção ou sem operador. Também é importante lembrar que garantias não garantem contra tempo de parada.Peças de reposição gratuitas não compensam o custo da baixa produtividade causada por máquinas paradas. A capacidade de produzir peças de maneira confiável e consistente vale mais do que os benefícios aparentes de uma garantia.

Finalmente, existem fatores operacionais geralmente ignorados em uma abordagem de retorno sobre o investimento típico. Ao examinar esses custos de propriedade ocultos, as empresas devem levar em conta os seguintes fatores:

• Qual o desempenho esperado da máquina: haverá menos refugo, menos desperdício e peças de melhor qualidade fabricadas?

• O equipamento e seus processos dão à empresa vantagem competitiva sobre os concorrentes?

• Com que frequência a empresa usa esse equipamento?

• A empresa pode reduzir o espaço ocupado usando menos máquinas?

• O impacto financeiro dos estoques e trabalho em processo (WIP).

• Existe alguma vantagem em termos de consumíveis e eficiência no uso de energia?


Existem muitos custos frequentemente não calculados associados à manutenção. É importante lembrar que, uma vez iniciada a produção, paradas não programadas podem erodir rapidamente qualquer economia no preço de compra. Como as verbas de manutenção são tipicamente incorporadas aos custos operacionais, elas provavelmente não são contabilizadas no cálculo do ROI para equipamentos.

Os custos associados a reparos, manutenção preventiva e quaisquer custos de paradas não programadas devem ser incluídos nos cálculos. Com uma máquina de alto desempenho, esses custos não são os mesmos da operação de máquinas ineficientes e menos confiáveis.


Ao comprar equipamentos, os fabricantes também devem incluir os custos de retirada de operação. O valor residual da máquina deve ser incluído no ROI real. Tipicamente, no final do contrato ou do financiamento, fabricantes devem decidir o que fazer com a máquina. Eles podem se desfazer da máquina ou mantê-la em operação por outros quatro a dez anos. Como a máquina de baixo custo é totalmente depreciada em três anos, ela parece econômica nos livros contábeis.

Esse tipo de raciocínio leva os fabricantes a manter a máquina em operação muito além do tempo que seria razoável. Tipicamente, com uma máquina de baixo custo, no quarto ao 12º ano, os custos de manutenção sobem às alturas, a qualidade das peças diminui e o refugo aumenta, tudo isso enquanto os custos das ferramentas perecíveis aumenta.

No final de três anos, o valor da máquina é mínimo. Por outro lado, uma máquina de alto desempenho pode prorrogar a vida e aumentar a confiabilidade dos componentes, reduzir os custos de manutenção e reter 50% do seu valor no final de três anos. Esses benefícios devem ser incluídos no cálculo do ROI.

Como a automação pode aumentar o ROI- Muitos fabricantes não levam em consideração o fato de que a automação pode aumentar o uso de uma máquina para até 95% porque as máquinas são mantidas em ciclo. Assim que uma peça é concluída, a próxima peça entra em produção, algumas vezes operando 24 horas por dia, 7 dias por semana.

Troca rápida de tipos de peça resulta em baixo tempo de set-ups na máquina. Mais peças produzidas ajudam a empresa a se tornar mais lucrativa. Ao se incluir o uso mais eficiente das máquinas por meio de um centro de usinagem de alto desempenho, também é possível diminuir o número de máquinas. As empresas podem comprar menos máquinas para obter os volumes de produção desejados.

A automação também permite quantidades de produção flexíveis. O mix e o volume de peças podem ser alterados rapidamente de maneira confiável para satisfazer as necessidades variáveis dos clientes. Os lead times são menores. A automação também reduz os tempos de ciclos, elimina movimentos repetitivos, aumenta a vida das ferramentas e reduz a mão de obra, fornecendo ainda mais peças por turno. O resultado inclui peças de maior qualidade com menos refugo e custos menores por peça.

A empresa pode obter vantagem competitiva no mercado devido ao menor custo de mão de obra e despesas com peças. Todos esses fatores reforçam o fato de que a automação deve ser incluída em qualquer cálculo de retorno sobre o investimento.


Exemplo de ROI de um equipamento- Para se competir em manufatura, muitas vezes será o melhor produto técnico e solução que trarão o melhor retorno sobre o investimento. Dois exemplos ilustram esse raciocínio.

VMC

1) Ao comparar um centro de usinagem vertical de baixo custo (VMC) a um VMC de alto desempenho que custa 50% a mais, se uma empresa levar em conta que a máquina de alto desempenho é 10% mais rápida, representa um custo por peça 32% menor e possui margem bruta de 65%, mesmo custando 50% a mais essa máquina terá um retorno sobre o investimento melhor com um custo total por peça menor.

HMC

2) Comparar ação entre um centro de usinagem horizontal de baixo custo (HMC) e um HMC de alto desempenho:

Embora a máquina de alto desempenho custe 50% mais do que a opção de baixo custo, a máquina de alto desempenho produz mais peças, é 15% mais rápida, custa 19% menos por peça e gera duas vezes o retorno sobre o investimento. A margem bruta é de 25% na máquina de baixo custo e 54% na máquina de alto desempenho.

Conclusões

Para se manter competitivos atualmente, as empresas devem usar a tecnologia mais avançada disponível no mercado, e usar toda a sua capacidade. Adquirir uma máquina de alto desempenho pode aumentar dramaticamente o retorno sobre o investimento de uma empresa por meio de confiabilidade, precisão e desempenho de longo prazo.

• Máquinas de baixo custo possuem valor mínimo no final de três anos, enquanto uma máquina de alto desempenho retém 50% de seu valor.

• O projeto e a construção de uma máquina de alto desempenho melhoram os custos operacionais e a produtividade.

• Adquirir a solução de baixo custo acaba por custar mais à empresa devidos aos custos maiores de peças, menor vida útil das ferramentas, maior volume de refugo, tempo de parada não planejado e custos de manutenção maiores.

• A máquina de alto desempenho retém seu valor ao longo do tempo.

• A maneira como a qual a máquina é financiada pode afetar o custo de propriedade em longo prazo.

Para competir em manufatura, o melhor produto e a melhor solução técnica fornecem tipicamente o maior retorno sobre o investimento. Investir em centros de usinagem de alto desempenho em vez de opções mais baratas pode representar uma solução melhor para a empresa.

Fonte Usinagem Brasil

(*) Tom Clark é vice-presidente de engenharia e operações na Makino nos EUA. É formado pela Purdue University e possui diploma de Bacharel em engenharia mecânica.

(*) Tom Scherpenberg administra a área de finanças na Makino nos EUA. Possui mais de 30 anos de experiência no setor financeiro e é bacharel em contabilidade pela Universidade de Cincinnati.

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