Kernthesen Customized Fabrication bietet durch die Verschmelzung von (Mass) Customizingansätzen und digitaler und automatisierbaren Produktionsverfahren wie ADM neue Potentiale für ein kundenspezifischen Produktion der Losgröße 1, einer daraus folgenden intensivierten Kundenintegration, innovativen Produktentwürfen zu bisher unmöglichen Geschäftsmodellen. Digitale Mensch-Maschine-Schnittstellen und digitale Plattformen werden zu wesentlichen Bausteinen von Customized Fabrication (wie Industrie4.0- Strategien generell) und ermöglichen auch neue Kundenerlebnisse. CAD-Files als digitale Blueprints für einfache wie komplexe Konstruktionen und Produktentwicklungen etablieren sich als das nächste Sharing-Medium nach Text, Bild, Audio und Video zwischen Herstellern und Endkonsumenten – und stellen Hersteller wie auch Kunden vor neue Herausforderungen. ADM (Additive Design and Manufacturing bzw. 3D-Druck) gewinnt als hochflexible Fertigungstechnologie zunehmend an Bedeutung für die Massenproduktion und etabliert neue Paradigmen hinsichtlich Produktentwicklung und Design mit zum Teil disruptiver Innovationskraft.

I den tillverkande industrin ställer idag kunder krav på korta leveranstider samtidigt som de tillverkande företagen ser tid som en begränsad resurs. Detta innebär att företag tvingas fokusera på att reducera ledtiden och däribland produktionsledtiden. Vid tillverkning av kundanpassade produkter finns inte möjligheten att hålla lager för att snabbt kunna besvara kunders efterfrågan och därför måste dessa företag sträva efter att effektivisera sina processer för att reducera ledtiden. Syftet med detta examensarbete är att undersöka hur ledtiden kan reduceras i ett produktionssystem för kundanpassade produkter. Två frågeställningar har upprättats för att uppfylla syftet: 1. Vilka möjliga orsaker finns till långa ledtider i ett produktionssystem som tillverkar kundanpassade produkter? 2. Hur kan långa ledtider reduceras i ett produktionssystem som tillverkar kundanpassade produkter? För att kunna besvara dessa två frågeställningar har författarna genomfört en fallstudie samt litteraturstudier. I fallstudien har observationer, intervjuer, dokumentstudier samt en följesedel använts för att samla in empiri. Empirin har strukturerats, bl.a. i en värdeflödeskarta, och sedan analyserats mot teori som tagits fram i de litteraturstudier som genomförts. I den analys författarna genomfört har hög nivå av PIA identifierats som huvudorsak till lång ledtid. Vidare har en djupare analys bidragit till att författarna kunnat utröna underliggande orsaker till uppbyggnaden av PIA, fem i fallstudien och fyra i litteraturstudierna. De underliggande orsakerna författarna identifierade både i fallstudien och i litteraturstudierna var varierande materialflöden, pushbaserad materialstyrning, flaskhals och partiformning. Den femte identifierade orsaken i fallstudien var prioriteringsregler. Författarna har sedan tagit fram lösningsalternativ för respektive orsak och därefter diskuterat vilka lösningsalternativ som bäst kunde tillämpas i det studerade produktionssystemet. De lösningsalternativ som valts för att eliminera respektive orsak är omläggning av materialflöden för att minska variationerna, implementering av CONWIP för huvudflödet genom produktionssystemet, eliminering av flaskhals genom att tillämpa ett extra skift för denna maskin, användning av FIFO som prioriteringsregel samt tillämpning av överlappning för batcher av höga kvantiteter. Genom att tillämpa dessa förändringar anser författarna att ledtiden i det studerade produktionssystemet kan reduceras. / In the manufacturing industry today, customers require short lead times at the same time that manufacturing companies consider time as a scarce resource. This means that companies are forced to focus on reducing lead time, including production lead time. When manufacturing customized products there is not possible to keep stock to quickly answer customer demand and therefore, these companies strive to streamline their processes to reduce lead time. The purpose of this study is to examine how the lead time can be reduced in a manufacturing system for customized products. Two issues have been established to answer the purpose of this study: 1. What are the possible reasons for long lead time in a manufacturing system that produces customized products? 2. How can long lead times in a manufacturing system that produces customized products be reduced? In order to answer these two questions, the authors conducted a case study and literature reviews. In the case study observations, interviews, document studies, and a delivery note have been used to collect empirical data. The empirical data have been structured, for example in a value stream map, and then analyzed on theory developed in the conducted literature studies. In the conducted analysis the authors identified a high level of WIP as the main cause of the long lead time. Furthermore, a deeper analysis contributed by the authors have been able to determine the underlying causes for the development of WIP, in the case study five causes were identified and in the literary studies four causes. The underlying causes identified by the authors in the case study as well as in the literature studies were material flow variation, push-based material handling, bottleneck and lot sizing. The fifth identified cause in the case study was priority rules. The authors then developed optional solutions for each cause and then discussed the different solutions that could be applied in the manufacturing system the authors studied. The chosen solution for eliminating each cause is reduce diversion of material flows to reduce variability, implementation of CONWIP for the main flow through the manufacturing system, eliminating the bottleneck by applying an extra shift for this machine, using the FIFO priority rule and the application of overlapping batches of high quantities. By applying these changes, the authors consider that the lead time in the studied manufacturing system can be reduced.

According to the author¡¦s professional observations of the 3PL industrial situations and problems, the main issue of this paper is to present real cases providing solutions on 3PL industrial pitfalls. In this paper, the pitfalls of ¡§Third party logistics¡¨ industry actually focus on the ¡§NVOCC¡¨ services, which indicate the vicious competitions of price for these decades. Due to the low entry barrier and low cost requirements; 3PL industry originally is under a keen competitive environment. Plus, because of the different price structure of underlying carrier during the recent decades, for 3PLs, the vicious cycle of NVOCC becomes more and more serious. Therefore, in this paper, author analyzes two practical cases based on existing literature review. The main purpose here is finding out the efficient suggestions of solutions on breaking this vicious cycle of competition by improving the core competitiveness from both internal services offering and external logistic network.

University (TH), Diss.--Karlsruhe, 2007. / Print on demand.

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

Durante os anos 70, os sistemas de produção evoluíram de planos de produção em massa para planos flexíveis, capazes de prover para cada consumidor produtos ou serviços diferenciados através de um processo ágil, flexível e integrado com baixo custo. O aumento de opções do menu de escolha por parte dos clientes resulta na produção de pequenos lotes de produtos e, consequentemente, dados em volume insuficiente para estimar os parâmetros do processo necessários para o monitoramento da característica de qualidade. A literatura reconhece que não existem métodos capazes de tratar o pro- blema do monitoramento de ferramentas de qualidade em sistemas de produção flexíveis e customizados. O objetivo deste trabalho é propor ferramentas de controle estatístico do processo para este tipo de ambiente. Verifica-se que cenários de produção customi- zados sujeitos à produção em pequenos lotes são suscetíveis a violações de suposições e estimativas imprecisas dos parâmetros do processo. Além disso, as ações adotadas pelos engenheiros de qualidade na fase I da implantação de cartas de controle nas empresas visitadas é conflitante com o que é sugerido na literatura. Verificação dos pressupostos de normalidade e independência não são executados, mesmo quando cartas de controle são implantadas. Os principais procedimentos de controle de qualidade do atual estado da arte são apresentados para verificar alternativas para a implantação de ferramentas de controle estatístico do processo em ambientes onde as estratégias atuais de produção causaram o aumento da necessidade de flexibilidade. Nestes casos, a característica da qualidade costuma ser a mesma, mas para diferentes produtos, o que significa que se tem uma única observação para cada produto em cada momento, no mesmo processo. Discussões sobre a viabilidade em implantar as principais metodologias neste contexto são apresentadas. Entre os métodos levantados no estado da arte, uma única abordagem ca- paz é a carta que utiliza o desvio do alvo no instante t, apresentada por Del Castillo et. al. (1996), porém não é aplicável ao problema de pesquisa apresentado nesta tese, pois exige uma fase retrospectiva de análise. Além disso, a inclusão de um novo produto ou uma mudança significativa no processo antigo em um ambiente flexível não pode ser tratada pelos métodos apresentados. Uma carta de controle multivariada de auto-inicialização baseada no filtro de Kalman para o sistema de múltiplos setups é proposta além de adap- tações da carta de auto-inicialização de Shewhart e da carta de controle de Quesenberry (1991) com média e variância desconhecidos. O modelo baseado no filtro de Kalman foi escolhido depois de um estudo de simulação que comparou o desempenho preditivo dos modelos ARIMA, Regressão PLS e Estrutural Básico. O desempenho das abordagens de controle estatístico do processo propostas foi comparado através de medidas de ARL e a análise considerou a implantação das ferramentas em uma série de dados real e em séries simuladas de ambientes sujeitos à violação das suposições básicas das cartas tradicionais. Como benchmark, foi utilizada a análise retrospectiva da carta de resíduos apresentada por Del Castillo et. al. (1996). Os resultados mostram que a hipótese de violação da nor- malidade é a que mais deteriora o desempenho das cartas de controle. Efeitos de violação da independência e da suposição de homocedasticidade não são significativos ao nível de 5%, de acordo com a análise de variância realizada. Conclui-se que, dos cinco procedimentos propostos, os adaptados obtiveram resultados similares ao benchmark, podendo ser tratados como alternativas para lidar com o problema de monitoramento da qualidade em ambientes organizados com sistemas de produção customizados. / During the 70s, production systems have evolved from mass production plans to flexible plans, able to provide for each constumer differentiated products or services with low cost through an agile, flexible and integrated process. The number increase of choi- ces results in production of small batches of products, and therefore insufficient volume data to estimate the required process parameters for the monitoring of quality characte- ristics. The literature shows that there are no methods to treat the problem of quality monitoring in flexible and customized production systems. The objective of this thesis is to propose tools for this type of environment. It is verified that customized scenarios are subject to small-batch production and are also susceptible to violation of assumpti- ons and inaccurate estimate of process parameters. In addition, actions taken by quality engineers in Phase I implementation of control charts in visited companies is conflicting with what is suggested in the literature. Verification of assumptions such as normality or independence are not performed, even when control charts are implemented. The state of art quality control procedures are presented in order to verify how to implement quality control tools in environments where the current strategies of production has increasing flexibility. In these cases, the quality characteristic is usually the same, but for different products, which means that it has an observation for each product in each time frame for the same process. Discussion on the feasibility of implementing the main methodologies are presented in this context. Among the methods considered the state of the art, the chart which uses the deviation from the target at time t, presented by Del Castillo et al. (1996) is the only that could be able to work in this problem, but shall be not applied to the research problem presented in this thesis, since it requires a Phase I of retrospective analysis. Moreover, the inclusion of a new product or significant change in old process in a flexible environment can not be treated by the methods presented. A self-start multivariate control chart based on Kalman filter for multiple setups is proposed, as well as the adaptations of the self-start Shewhart control chart and the self-start Quesenberry’s control chart (1991). The model based on the Kalman filter was chosen after a simulation study that compared the predictive performance of ARIMA, PLS Regression and Struc- tural Basic models. The performance of the proposed quality control approaches was compared with measures of ARL and the analysis considered the implementation of tools in series of real data and simulated data subject to violation of the traditional charts’ basic assumptions. As a benchmark, we used a retrospective analysis of the chart presented by Del Castillo et al. (1996). The results show that the assumption of normality violation is the one that most deteriorates the performance of control charts. Effects of independence and homoscedasticity violation of assumptions are not significant at 5%, according to the analysis of variance performed. We conclude that, among the five proposed procedures, the adapted ones obtained similar results to the benchmark and can be treated as alter- natives to deal with the problem of quality monitoring in environments with customized production systems.

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

Durante os anos 70, os sistemas de produção evoluíram de planos de produção em massa para planos flexíveis, capazes de prover para cada consumidor produtos ou serviços diferenciados através de um processo ágil, flexível e integrado com baixo custo. O aumento de opções do menu de escolha por parte dos clientes resulta na produção de pequenos lotes de produtos e, consequentemente, dados em volume insuficiente para estimar os parâmetros do processo necessários para o monitoramento da característica de qualidade. A literatura reconhece que não existem métodos capazes de tratar o pro- blema do monitoramento de ferramentas de qualidade em sistemas de produção flexíveis e customizados. O objetivo deste trabalho é propor ferramentas de controle estatístico do processo para este tipo de ambiente. Verifica-se que cenários de produção customi- zados sujeitos à produção em pequenos lotes são suscetíveis a violações de suposições e estimativas imprecisas dos parâmetros do processo. Além disso, as ações adotadas pelos engenheiros de qualidade na fase I da implantação de cartas de controle nas empresas visitadas é conflitante com o que é sugerido na literatura. Verificação dos pressupostos de normalidade e independência não são executados, mesmo quando cartas de controle são implantadas. Os principais procedimentos de controle de qualidade do atual estado da arte são apresentados para verificar alternativas para a implantação de ferramentas de controle estatístico do processo em ambientes onde as estratégias atuais de produção causaram o aumento da necessidade de flexibilidade. Nestes casos, a característica da qualidade costuma ser a mesma, mas para diferentes produtos, o que significa que se tem uma única observação para cada produto em cada momento, no mesmo processo. Discussões sobre a viabilidade em implantar as principais metodologias neste contexto são apresentadas. Entre os métodos levantados no estado da arte, uma única abordagem ca- paz é a carta que utiliza o desvio do alvo no instante t, apresentada por Del Castillo et. al. (1996), porém não é aplicável ao problema de pesquisa apresentado nesta tese, pois exige uma fase retrospectiva de análise. Além disso, a inclusão de um novo produto ou uma mudança significativa no processo antigo em um ambiente flexível não pode ser tratada pelos métodos apresentados. Uma carta de controle multivariada de auto-inicialização baseada no filtro de Kalman para o sistema de múltiplos setups é proposta além de adap- tações da carta de auto-inicialização de Shewhart e da carta de controle de Quesenberry (1991) com média e variância desconhecidos. O modelo baseado no filtro de Kalman foi escolhido depois de um estudo de simulação que comparou o desempenho preditivo dos modelos ARIMA, Regressão PLS e Estrutural Básico. O desempenho das abordagens de controle estatístico do processo propostas foi comparado através de medidas de ARL e a análise considerou a implantação das ferramentas em uma série de dados real e em séries simuladas de ambientes sujeitos à violação das suposições básicas das cartas tradicionais. Como benchmark, foi utilizada a análise retrospectiva da carta de resíduos apresentada por Del Castillo et. al. (1996). Os resultados mostram que a hipótese de violação da nor- malidade é a que mais deteriora o desempenho das cartas de controle. Efeitos de violação da independência e da suposição de homocedasticidade não são significativos ao nível de 5%, de acordo com a análise de variância realizada. Conclui-se que, dos cinco procedimentos propostos, os adaptados obtiveram resultados similares ao benchmark, podendo ser tratados como alternativas para lidar com o problema de monitoramento da qualidade em ambientes organizados com sistemas de produção customizados. / During the 70s, production systems have evolved from mass production plans to flexible plans, able to provide for each constumer differentiated products or services with low cost through an agile, flexible and integrated process. The number increase of choi- ces results in production of small batches of products, and therefore insufficient volume data to estimate the required process parameters for the monitoring of quality characte- ristics. The literature shows that there are no methods to treat the problem of quality monitoring in flexible and customized production systems. The objective of this thesis is to propose tools for this type of environment. It is verified that customized scenarios are subject to small-batch production and are also susceptible to violation of assumpti- ons and inaccurate estimate of process parameters. In addition, actions taken by quality engineers in Phase I implementation of control charts in visited companies is conflicting with what is suggested in the literature. Verification of assumptions such as normality or independence are not performed, even when control charts are implemented. The state of art quality control procedures are presented in order to verify how to implement quality control tools in environments where the current strategies of production has increasing flexibility. In these cases, the quality characteristic is usually the same, but for different products, which means that it has an observation for each product in each time frame for the same process. Discussion on the feasibility of implementing the main methodologies are presented in this context. Among the methods considered the state of the art, the chart which uses the deviation from the target at time t, presented by Del Castillo et al. (1996) is the only that could be able to work in this problem, but shall be not applied to the research problem presented in this thesis, since it requires a Phase I of retrospective analysis. Moreover, the inclusion of a new product or significant change in old process in a flexible environment can not be treated by the methods presented. A self-start multivariate control chart based on Kalman filter for multiple setups is proposed, as well as the adaptations of the self-start Shewhart control chart and the self-start Quesenberry’s control chart (1991). The model based on the Kalman filter was chosen after a simulation study that compared the predictive performance of ARIMA, PLS Regression and Struc- tural Basic models. The performance of the proposed quality control approaches was compared with measures of ARL and the analysis considered the implementation of tools in series of real data and simulated data subject to violation of the traditional charts’ basic assumptions. As a benchmark, we used a retrospective analysis of the chart presented by Del Castillo et al. (1996). The results show that the assumption of normality violation is the one that most deteriorates the performance of control charts. Effects of independence and homoscedasticity violation of assumptions are not significant at 5%, according to the analysis of variance performed. We conclude that, among the five proposed procedures, the adapted ones obtained similar results to the benchmark and can be treated as alter- natives to deal with the problem of quality monitoring in environments with customized production systems.

O crescente aumento na expectativa de vida da população vem exigindo melhorias e atualizações a diversas áreas da ciência. Em decorrência disso, verifica-se que as fronteiras entre as diferentes áreas do conhecimento estão cada vez mais tênues, permitindo a sinergia entre as áreas e ações cooperativas, proporcionando melhorias significativas na resposta dada à sociedade em geral. Tal fenômeno ocorre na área relacionada a implantes ortopédicos, onde equipes de médicos, programadores, designers e engenheiros vêm desenvolvendo conjuntamente técnicas auxiliares de planejamento e execução cirúrgica, seleção de materiais adequados para utilização como implantes, softwares de visualização gráfica médica, design e fabricação de implantes personalizados, bem como a otimização dos mesmos. Tais medidas, realizadas por grupos interdisciplinares, representam grande avanço para a ciência e para a qualidade de vida da população. Neste sentido, o objetivo geral do presente trabalho foi o estudo das metodologias atualmente utilizadas para a obtenção de implantes personalizados para a reconstrução de defeitos craniofaciais. Buscou-se utilizar ferramentas da engenharia, design e computação gráfica para fornecer soluções para tais situações da área médica. Foram utilizadas técnicas de prototipagem rápida, sistema CAD/CAE/CAM, seleção de materiais, digitalização tridimensional a laser e softwares de visualização tridimensional de imagens médicas para o design e fabricação de implantes adaptáveis às necessidades individuais de cada paciente. Este trabalho estudou como os sistemas CAD/CAE/CAM e especialmente a prototipagem rápida, técnicas tradicionalmente utilizadas para aplicações industriais, podem contribuir para o aprimoramento de implantes ortopédicos. Foram estudados casos de diferentes pacientes com necessidade de reconstrução óssea facial decorrente de fraturas ou tumores. Seguindo o método tradicional de fabricação de implantes personalizados, modelos do crânio dos pacientes foram produzidos por prototipagem rápida e permitiram que os implantes fossem manualmente moldados para se adaptarem à estrutura anatômica do paciente em questão. Verificou-se a possibilidade de fabricação de implantes com alta complexidade geométrica, ocasionando melhora no posicionamento dos mesmos quando implantados, bem como redução no tempo de cirurgia. O método virtual de fabricação de implantes personalizados, estado da arte na área, foi utilizado para o design e fabricação de uma prótese de mandíbula. Tal método dispensou a utilização de modelos físicos do crânio do paciente, permitindo que a prótese fosse projetada em ambiente virtual e diretamente produzida no material adequado para ser implantado. As técnicas estudadas para a fabricação de implantes foram usinagem CNC seguida de moldagem, e sinterização seletiva a laser da liga Ti- 6Al-4V. Ambas as técnicas obtiveram resultados positivos, sendo que a usinagem CNC possui a vantagem de ser uma técnica largamente difundida no mercado. Os modelos produzidos por sinterização seletiva a laser apresentaram propriedades físicas adequadas para a aplicação (como densidade de 97%, por exemplo), além de possuírem vantagens intrínsecas à técnica, como a possibilidade de fabricação de modelos de grande complexidade geométrica, baixo peso (por possuírem vazios em seu interior), além de permitirem a fabricação de modelos otimizados, simulados previamente em ambiente virtual. / The increase in life expectancy of the general population is constantly demanding improvements and updates in different fields of the science. In this way, it is possible to observe that the borders among the different areas of the knowledge are very thin, leading to synergy between the areas and cooperative actions, resulting in improvements and better solutions for the problems of general society. This phenomenon occurs in the area related to orthopedic implants, where medical teams, programmers, designers and engineers develop together techniques to help on surgical planning and execution, selection of materials suitable for implantations, softwares for medical images, design and manufacturing of customized implants, as well as their optimization. These actions represent great improvements to science and to the life quality of the society. The objective of this work is to use engineering, design and computer graphic tools to give solutions for challenges in the medical field. Techniques such as rapid prototyping, CAD/CAE/CAM systems, material`s selection, three-dimensional laser scanning and medical softwares are used in order to design and manufacture customized orthopedic implants, suitable with the individual needs of each patient. This work investigated how CAD/CAE/CAM systems and rapid prototyping, techniques traditionally used for industrial applications, can help to improve orthopedic implants. Different cases of patients that needed facial reconstruction due to fractures or tumors were studied. According to the traditional method for production of customized implants, models of the patient skulls were manufactured through rapid prototyping, allowing to mould the implant directly on the physical model, so the implant could fit exactly in the patient`s anatomic structure. The feasibility of the manufacture of implants with high geometry complexity was also proved, leading to best fit of the implants in the patient during the surgery, as well as reduction of the surgery time. The virtual method for the production of customized implants, state of the art in the area, was used for the design and manufacturing of mandible prostheses. This method has no need of a physical model of the skull, making the design completely feasible in virtual environment and the model could be produced directly in the suitable material. The manufacturing technologies investigated were CNC milling and direct laser sintering of Ti-6Al-4V alloy. Both techniques presented positive results, and CNC milling has the advantage to be a very widespread technology. The models produced through direct laser sintering presented suitable physical properties (such as 97% density) and have some advantages intrinsic to the method, such as the feasibility of geometric complex models, light weight (because of the holes and pores inside), as well as the production of optimized structures, previously simulated in virtual environment.

Durante os anos 70, os sistemas de produção evoluíram de planos de produção em massa para planos flexíveis, capazes de prover para cada consumidor produtos ou serviços diferenciados através de um processo ágil, flexível e integrado com baixo custo. O aumento de opções do menu de escolha por parte dos clientes resulta na produção de pequenos lotes de produtos e, consequentemente, dados em volume insuficiente para estimar os parâmetros do processo necessários para o monitoramento da característica de qualidade. A literatura reconhece que não existem métodos capazes de tratar o pro- blema do monitoramento de ferramentas de qualidade em sistemas de produção flexíveis e customizados. O objetivo deste trabalho é propor ferramentas de controle estatístico do processo para este tipo de ambiente. Verifica-se que cenários de produção customi- zados sujeitos à produção em pequenos lotes são suscetíveis a violações de suposições e estimativas imprecisas dos parâmetros do processo. Além disso, as ações adotadas pelos engenheiros de qualidade na fase I da implantação de cartas de controle nas empresas visitadas é conflitante com o que é sugerido na literatura. Verificação dos pressupostos de normalidade e independência não são executados, mesmo quando cartas de controle são implantadas. Os principais procedimentos de controle de qualidade do atual estado da arte são apresentados para verificar alternativas para a implantação de ferramentas de controle estatístico do processo em ambientes onde as estratégias atuais de produção causaram o aumento da necessidade de flexibilidade. Nestes casos, a característica da qualidade costuma ser a mesma, mas para diferentes produtos, o que significa que se tem uma única observação para cada produto em cada momento, no mesmo processo. Discussões sobre a viabilidade em implantar as principais metodologias neste contexto são apresentadas. Entre os métodos levantados no estado da arte, uma única abordagem ca- paz é a carta que utiliza o desvio do alvo no instante t, apresentada por Del Castillo et. al. (1996), porém não é aplicável ao problema de pesquisa apresentado nesta tese, pois exige uma fase retrospectiva de análise. Além disso, a inclusão de um novo produto ou uma mudança significativa no processo antigo em um ambiente flexível não pode ser tratada pelos métodos apresentados. Uma carta de controle multivariada de auto-inicialização baseada no filtro de Kalman para o sistema de múltiplos setups é proposta além de adap- tações da carta de auto-inicialização de Shewhart e da carta de controle de Quesenberry (1991) com média e variância desconhecidos. O modelo baseado no filtro de Kalman foi escolhido depois de um estudo de simulação que comparou o desempenho preditivo dos modelos ARIMA, Regressão PLS e Estrutural Básico. O desempenho das abordagens de controle estatístico do processo propostas foi comparado através de medidas de ARL e a análise considerou a implantação das ferramentas em uma série de dados real e em séries simuladas de ambientes sujeitos à violação das suposições básicas das cartas tradicionais. Como benchmark, foi utilizada a análise retrospectiva da carta de resíduos apresentada por Del Castillo et. al. (1996). Os resultados mostram que a hipótese de violação da nor- malidade é a que mais deteriora o desempenho das cartas de controle. Efeitos de violação da independência e da suposição de homocedasticidade não são significativos ao nível de 5%, de acordo com a análise de variância realizada. Conclui-se que, dos cinco procedimentos propostos, os adaptados obtiveram resultados similares ao benchmark, podendo ser tratados como alternativas para lidar com o problema de monitoramento da qualidade em ambientes organizados com sistemas de produção customizados. / During the 70s, production systems have evolved from mass production plans to flexible plans, able to provide for each constumer differentiated products or services with low cost through an agile, flexible and integrated process. The number increase of choi- ces results in production of small batches of products, and therefore insufficient volume data to estimate the required process parameters for the monitoring of quality characte- ristics. The literature shows that there are no methods to treat the problem of quality monitoring in flexible and customized production systems. The objective of this thesis is to propose tools for this type of environment. It is verified that customized scenarios are subject to small-batch production and are also susceptible to violation of assumpti- ons and inaccurate estimate of process parameters. In addition, actions taken by quality engineers in Phase I implementation of control charts in visited companies is conflicting with what is suggested in the literature. Verification of assumptions such as normality or independence are not performed, even when control charts are implemented. The state of art quality control procedures are presented in order to verify how to implement quality control tools in environments where the current strategies of production has increasing flexibility. In these cases, the quality characteristic is usually the same, but for different products, which means that it has an observation for each product in each time frame for the same process. Discussion on the feasibility of implementing the main methodologies are presented in this context. Among the methods considered the state of the art, the chart which uses the deviation from the target at time t, presented by Del Castillo et al. (1996) is the only that could be able to work in this problem, but shall be not applied to the research problem presented in this thesis, since it requires a Phase I of retrospective analysis. Moreover, the inclusion of a new product or significant change in old process in a flexible environment can not be treated by the methods presented. A self-start multivariate control chart based on Kalman filter for multiple setups is proposed, as well as the adaptations of the self-start Shewhart control chart and the self-start Quesenberry’s control chart (1991). The model based on the Kalman filter was chosen after a simulation study that compared the predictive performance of ARIMA, PLS Regression and Struc- tural Basic models. The performance of the proposed quality control approaches was compared with measures of ARL and the analysis considered the implementation of tools in series of real data and simulated data subject to violation of the traditional charts’ basic assumptions. As a benchmark, we used a retrospective analysis of the chart presented by Del Castillo et al. (1996). The results show that the assumption of normality violation is the one that most deteriorates the performance of control charts. Effects of independence and homoscedasticity violation of assumptions are not significant at 5%, according to the analysis of variance performed. We conclude that, among the five proposed procedures, the adapted ones obtained similar results to the benchmark and can be treated as alter- natives to deal with the problem of quality monitoring in environments with customized production systems.