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SISTEMAS INTEGRADOS DE PRODUÇÃO

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24/02/2013 Prof.º Alexandre F. de Andrade 1


PRODUÇÃO POR ENCOMENDA E PRODUÇÃO PARA INVENTÁRIO Este tipo de classificação prende-se com a geração das ordens de produção. No primeiro caso as ordens de produção estão diretamente ligadas com as encomendas dos clientes e no segundo caso estão ligadas apenas com a forma de gestão de produção definida. A grande diferença entre estes dois tipos é a incerteza caracterizada pela produção por encomenda e a certeza da produção para inventário.

Hitomi (1979)

PRODUÇÃO UNITÁRIA, POR LOTES E CONTÍNUA (OU EM MASSA) Este tipo de classificação depende apenas das quantidades produzidas de cada produto.

Hitomi (1979)


PRODUTOS DISCRETOS E PRODUÇÃO POR PROCESSO A produção por processo é o tipo de produção em que não há separação entre unidades do produto. Exemplos deste tipo de produtos é gasolina, tecido, fio, aço, produtos químicos. Os produtos discretos são a maior parte dos produtos com que lidamos dia a dia, exemplos são: carros, sapatos, telemóveis, etc.

Hitomi (1979)


IMPLANTAÇÃO DE SISTEMAS PRODUTIVOS

A implantação ou layout de um sistema produtivo é a forma como os equipamentos, espaços para armazenamento, corredores de circulação, etc., estão dispostos no espaço da fabrica (se estivermos a falar de produção de bens). Essa disposição é tradicionalmente muito influenciada pela relação entre a quantidade produzida Q e o número de produtos P diferentes.


IMPLANTAÇÃO POR PRODUTO – LINHA – “FLOW SHOP”

Este tipo de implantação é orientada para o produto. É um tipo de distribuição espacial dos recursos projetada com o objetivo de produzir um determinado produto em grandes quantidades.


Quando se projeta uma linha, um dos aspectos mais

comuns a ter em atenção é o seu equilíbrio, ou seja,

que os tempos de processamento dos postos de

trabalho sejam o mais próximos possível uns dos outros.

Por outro lado também é igualmente importante que a

taxa de produção da linha (quantidade produzida por

unidade de tempo) seja adequada à procura que é

necessário satisfazer.


EXEMPLO (Heizer e Render 2000)

Projetar uma linha de montagem de datashow que satisfaça uma procura de 40 unidades por dia. As operações necessárias para a montagem são apresentadas na tabela (slide 9) bem como os respectivos tempos de operação ou processamento e as relações de precedência entre as operações (quando se diz que a operação B tem como precedência a operação A, quer dizer que só é possível levar a cabo a operação B depois de concluir a operação A).


Para resolver este problema vamos assumir que a linha estará em operação 480 minutos por dia. Assim, o primeiro passo é calcular o Takt Time. O Takt Time representa o ritmo a que o mercado pede produtos, mais precisamente, de quanto em quanto tempo, em média, o mercado pede uma unidade do produto. A linha ou célula que queremos projetar deve satisfazer a procura, neste caso de 40 datashow por dia. Como admitimos que cada dia tem 480 minutos, então:

Takt Time (TT) = 480 min / 40 unidades = 12 minutos/unidade.


Isto quer dizer que a linha terá de concluir um datashow de 12 em 12 minutos para que, ao fim do dia, possa satisfazer a procura das 40 unidades. Sendo assim, o tempo de ciclo (TC) da linha terá de ser de 12 minutos no máximo. O conceito de Takt Time pode ser confundido com o conceito de Tempo de Ciclo mas de fato são dois conceitos diferentes. Enquanto que o TT diz respeito à procura, o TC diz respeito às características da linha ou da célula. O TC deve ser sempre menor ou igual ao TT e em teoria, é impossível serem iguais. Para que a linha possa concluir a montagem de um datashow em cada 12 minutos, é necessário que todos os postos de trabalho da linha tenham um tempo de processamento inferior ou igual a 12 minutos. Se um posto de trabalho tiver um tempo de processamento superior a 12 minutos (resultando num TC>12) então seria impossível ter um datashow concluído em todos os 12 minutos.


Agora agrupamos as operações em postos de trabalho de forma a aproximarem-se o mais possível do tempo de ciclo encontrado para a linha ao mesmo tempo que se garante o cumprimento das relações de precedência. O 1º posto de trabalho pode conter a operação A (tempo de processamento de 10 minutos). O 2º posto de trabalho pode conter a operação B (tempo de processamento de 11 minutos). O 3º posto de trabalho pode conter a operação E (tempo de processamento de 12 minutos. O 4º posto de trabalho pode conter as operações C,D,F (tempo de processamento de 12 minutos). O 5º posto de trabalho pode conter a operação H (tempo de processamento de 11 minutos). O 6º posto de trabalho pode conter as operações G e I (tempo de processamento de 10 minutos).


Desta forma obtemos uma linha com 6 postos de trabalho que

garante a montagem de um datashow em cada 12 minutos. Esta

linha não é 100% equilibrada pois há postos de trabalho com alguma

folga.

O primeiro posto de trabalho está ocupado 10 minutos em cada 12

minutos, ou seja, tem uma taxa de ocupação de 10/12 (83,33%).

A taxa de ocupação da linha, eficiência da linha (grau de equilíbrio

da linha) equivale à média da taxa de ocupação dos seus postos de

trabalho.


IMPLANTAÇÃO POR PROCESSO

Este tipo de implantação retrata a oficina tradicional onde as máquinas estão agrupadas pelo processo que utilizam, daí o nome: implantação por processo, dado que esta implantação é orientada ao processo. Assim, numa oficina tradicional de mecânica teremos em cada seção: tornos mecânicos, fresadoras; retificadoras, etc.


EXEMPLO (Heizer e Render 2000)

Considere-se um edifício com 6 salas de iguais dimensões como mostra a figura abaixo. Essas 6 salas deverão ser ocupadas por 6 seções de uma pequena empresa do ramo da metal mecânica. O problema está em decidir que seções deverão ocupar cada uma das 6 salas disponíveis no edifício. As seções são: S1 (Armazém). S2 (Seção de Corte). S3 (Seção de Fresagem). S4 (Seção de torneamento). S5 (Seção de retificação). S6 (Embalagem/Expedição).


As quantidades de peças que é necessário transportar de uma seção para outra, num determinado período de tempo, são em média as apresentadas na tabela abaixo.


Muitas são as alternativas em termos de implantação mas nem todas essas alternativas resultam no mesmo custo de total de movimentações. O objetivo está em encontrar uma solução que resulte no menor custo possível do total de todas as movimentações. Para este caso em particular as melhores soluções são aquelas em que as seções com movimentações entre elas são adjacentes. Uma solução dessas é apresentada na figura abaixo. Nesta solução todas as movimentações são efetuadas entre secções adjacentes e assim todas as movimentações são efetuadas com custo de 1€ por unidade.

O custo total de uma solução ótima é igual a: 50 . 1€ + 100 . 1€ + 20 . 1€ + 30 . 1€ + 50 . 1€ + 10 . 1€ + 20 . 1€ + 100 . 1€ + 50 . 1€ = 430 €


IMPLANTAÇÃO POR CÉLULA (Gallagher e Knight 1973)

O princípio deste tipo de implantação, que inicialmente foi associado à Tecnologia de Grupo, é mais ou menos simples pois baseia-se em agrupar em famílias, produtos similares em termos de requisitos tecnológicos e atribuir a cada família um grupo de máquinas com capacidade de produzir todos os produtos dessa família.


CONCEITOS

Posto de Trabalho diz respeito a um passo da processamento num sistema produtivo e que pode estar relacionado com uma ou mais máquinas mas que normalmente está relacionado apenas com um operário. Num posto de trabalho pode haver uma ou várias operações de acordo com a a sua duração e a sua complexidade. Um posto de trabalho pode ser apenas um bancada ou uma mesa onde um operário leva a cabo operações manuais sem uso de qualquer máquina. Tempo de processamento está diretamente relacionado com a velocidade de processamento ou taxa de produção. O tempo de processamento é o tempo que a máquina ou posto de trabalho necessita para levar a cabo uma operação ou um conjunto de operações numa peça ou num lote de peças – ver Figura slide 19.


Tempo de percurso de uma peça diz respeito ao tempo que essa peça demora a atravessar o sistema produtivo. O tempo de percurso de uma peça é o tempo que leva essa peça desde que inicia o seu processamento no PT1 até que termina o seu processamento em PT3.


EXEMPLO

Se considerarmos que em vez de produzirmos apenas uma peça vamos produzir um lote de 10 peças. Esse lote inicia o seu processamento no PT1 no instante zero gastando 20 min até ser enviado para o PT2. Se desprezarmos os tempos de transporte entre os postos de trabalho temos que o posto PT2 começará o processamento do lote imediatamente; PT2 necessitará de 30 min para processar o lote de 10 peças e finalmente o PT3 gastará 25 min para o mesmo lote. Temos então que o lote de 10 peças levará 20 + 30 + 25 = 75 min, ou seja, seu tempo de percurso será de 75 minutos.


Se considerarmos que as peças só estão disponíveis quando todo o lote estiver pronto, o tempo de percurso médio das peças é de 75 min, mas se as peças puderem ser retiradas à medida que são finalizadas em PT3, o mesmo não se verifica. Neste segundo caso a primeira peça fica pronta (20+30+2,5) 52,5 minutos depois do instante zero. Seguindo este raciocínio, todas as peças terão um tempo de percurso diferente. O tempo de percurso médio será igual à média dos tempos de percurso das 10 peças. Fazendo o cálculo obtemos o valor de 63,8 como sendo o tempo que em média as peças demoram a atravessar o sistema.


TEMPO DE CICLO E “TAKT TIME”

De uma forma geral podemos dizer que os sistemas produtivos reais funcionam o mais possível de forma continuada, especialmente os sistemas produtivos em linha como o apresentado na figura abaixo. Nesta situação devemos produzir na capacidade máxima do sistema produtivo desde que haja procura equivalente para esse tipo de produtos. A procura é frequentemente representada em termos de Takt time, que mais precisamente nos diz de quanto em quanto tempo o mercado pede em média uma unidade do produto.


Vamos começar por supor que o armazém local A1 tem sempre peças para alimentar o posto PT1. Nessas condições, com PT1 a produzir continuamente, o armazém A2 receberá peças a uma taxa de uma peça cada 2 minutos ao mesmo tempo que alimentando o PT2 perderá peças a uma taxa de uma peça a cada 3 minutos. Desta forma, em cada 6 minutos, A2 receberá 3 peças de PT1 e perderá 2 peças para PT2, resultado numa acumulação de uma peça cada 6 minutos. Quanto ao armazém A3 receberá uma peça cada 3 minutos e a menos que tenha peças acumuladas por alguma razão, também perderá uma peça a cada 3 minutos. Isto quer dizer que o posto PT3 nunca poderá produzir continuamente peças à sua taxa máxima de 24 peças por hora. Isso só poderá acontecer se estiver parada durante algum tempo, permitindo que A3 acumule peças, e depois trabalhe durante algum tempo à sua capacidade máxima.


Admitindo que as máquinas operam sempre que tenham peças no seu armazém de entrada, há uma questão que se pode colocar neste momento: a que taxa chegam as peças a A4? A taxa a que chegam as peças em A4, ou por outras palavras, a taxa a que o sistema produtivo é capaz de produzir peças equivale à taxa de produção do posto de trabalho mais lento, ou seja, no PT2 com uma taxa de 20 peças/hora. No sistema produtivo representado na figura do slide 22 é capaz de fornecer uma peça em cada 3 minutos. Esse é o tempo de ciclo do sistema, ou seja, o intervalo de tempo entre duas peças sucessivas e processadas por um sistema produtivo.


Produtividade é uma medida de eficiência e como tal é uma razão

entre o que se obtém e o que é necessário fornecer para se obter. A

produtividade pode ser definida como sendo a razão entre o valor

ou a quantidade de produtos que conseguimos obter e a

quantidade de os recursos que são usados para isso. Como os

recursos normalmente mais valiosos na produção são os recursos

humanos, designados frequentemente por mão de obra, a

produtividade é por defeito entendida como a relação entre a

quantidade ou valor dos produtos produzidos e as horas de mão de

obra gastas para os produzir.


EXEMPLO Na figura do slide 22. Assumindo que um operário é necessário para cada posto de trabalho, podemos também prever a produtividade desse sistema produtivo. A partir do momento que se sabe quantos produtos pode o sistema produzir por dia e quantos operários são necessários para operar o sistema poderemos prever a sua produtividade máxima. Como temos capacidade para produzir 20 peças por hora, num dia de 8 horas poderemos produzir 160 peças. Assumindo que os 3 operários trabalham também as 8 horas por dia temos que cada operário produz em média 53,3 peças por dia, ou 6,7 peças por hora. A produtividade esperada do sistema produtivo é de 6,7 peças/h.h (peças por hora homem).


É claro que a produtividade real só será conhecida depois de contar as peças produzidas ao fim do dia, da semana ou do mês. Muitos fatores contribuem para influenciar esta medida de desempenho: as máquinas podem avariar, pode haver problemas de qualidade nas peças, pode haver falta de material, um operário pode precisar de se ausentar por alguns minutos, etc.. Além disso pode fazer parte da política da empresa apenas contabilizar, para o cálculo de produtividade, os produtos ou peças vendidos. Esta atitude é bastante interessante pois previne a tendência de produzir para inventário em “vales” de procura.

Vales de procura são períodos de procura abaixo da média. O termo picos de procura está vulgarizado dizendo respeito a períodos de procura acima da média.


WIP (Work in Process): termo bastante popular na literatura em língua inglesa sobre produção, representa a quantidade de artigos que se encontram em curso de fabricação. Diz respeito ao número de produtos que já deram entrada no sistema produtivo mas sobre os quais ainda não estão concluídas todas as operações. A forma mais direta de determinar a quantidade de WIP passa por contar todos os artigos em curso. Esta forma, mais ou menos trabalhosa, dá-nos o valor do WIP no instante da contagem o que pode não ser uma indicação realista, pois pode tratar-se de um instante atípico. Uma outra forma de determinar o valor do WIP pode passar pela consulta do sistema informático de planejamento e controle da produção.


LEI DE LITTLE: baseia-se na analogia entre o comportamento dinâmico de fluidos em tubagens e o comportamento dinâmico de materiais em sistemas produtivos. A relação matemática que relaciona o tempo de ciclo ao material em processo e o tempo de processamento. É usada para qualquer processo estável.

Tempo de processamento = material em processo . Tempo de ciclo

Material em processo = tempo de processamento . (1 / tempo de ciclo)

Material em processo = tempo de processamento . Taxa de processamento


A título de exemplo, Para um sistema produtivo capaz de produzir 40 peças por hora, havendo 320 peças em curso de fabricação, teremos um tempo de percurso médio de 8 horas. Por outras palavras, uma peça em média demora 8 horas a atravessar o sistema, desde que entra até que sai. A determinação do tempo de percurso pode ser uma tarefa bastante complicada numa grande parte dos sistemas produtivos. A inexistência de registros sobre os detalhes de todas as ordens de produção impossibilita a determinação dos valores para tempos de percurso. A lei de Little pode ser uma ferramenta bastante eficaz para a determinação do tempo de percurso médio, bastando para isso a contagem do WIP e o conhecimento da taxa de produção do sistema.


Taxa de utilização das máquinas e da mão de obra é a relação

entre o tempo que esse recurso é utilizado pelo tempo em que o

recurso está disponível.

Tomando o sistema produtivo da figura do slide 22 como

referência, podemos afirmar que a sua taxa de produção

máxima é de 20 peças por hora.

Não interessa se carregamos A1 com uma grande quantidade de

peças, o limite para a taxa de produção do sistema produtivo é

de 20 peças por hora.


Se admitirmos que não há paragens nem falta de material, poderemos saltar para a conclusão que em média, PT1 e PT3 não poderão estar sempre ocupados. Estes dois postos de trabalho terão tempos improdutivos pois as suas taxas de produção são superiores à taxa de produção do sistema como um todo. Poderemos dizer que em cada hora, PT1 estará parada, em média, um terço do tempo (tem capacidade para produzir 30 peças/hora mas apenas necessita de produzir 20 peças/hora). Desta forma, a sua taxa de utilização será de 66,67%. No que diz respeito ao PT3, temos que a sua taxa de utilização será de 83,33%. A taxa de utilização média do sistema será de 83,33% [(66,67% + 100% + 83,33%)/3]. Se a cada posto de trabalho está associado um operário, poderemos dizer que a taxa de utilização da mão de obra tem o mesmo valor que a taxa de utilização do sistema como um todo, ou seja, 83,33%.


MODELOS MATEMÁTICOS DE DESEMPENHO DA PRODUÇÃO

TAXA DE PRODUÇÃO • Tempo de ciclo. • Produção em lote e por encomenda. • Produção em massa. CAPACIDADE DE PRODUÇÃO UTILIZAÇÃO E DISPONIBILIDADE TEMPO DE PRODUÇÃO MATERIAL EM PROCESSO


Para um processamento individual ou uma

operação de montagem é geralmente expressa

como uma taxa horária, isto é, unidades de trabalho

completas por hora (peças concluídas/hora)

Groover (2011)

TAXA DE PRODUÇÃO


TEMPO DE CICLO

Tempo que uma unidade de trabalho leva para ser processada ou montada. É o tempo entre o início do processamento de uma unidade e o início da próxima.


PRODUÇÃO EM LOTE E POR ENCOMENDA

Caso mais de uma peça seja produzida por ciclo:

Taxa média de produção para a máquina:


Para produção por encomenda:

Q = 1

Q > 1 a taxa de produção será calculada como descrito no slide anterior.


PRODUÇÃO EM MASSA

Para uma produção em massa do tipo quantidade podemos dizer que a taxa de produção é igual à taxa de ciclo da máquina (inverso da operação de tempo de ciclo) depois que a produção é iniciada e os efeitos do tempo de preparo tornam-se insignificantes. A medida que Q fica muito grande:


Para uma produção em massa de fluxo em linha, a taxa de produção se aproxima da taxa de ciclo da linha de produção, não levando em conta o tempo de preparo. Entretanto, a operação das linhas de produção é complicada pela interdependência de suas estações de trabalho. Uma complicação é que geralmente é impossível dividir todo o trabalho de forma igual entre todas as estações de trabalho na linha de produção: dessa forma, uma estação acaba com o tempo de operação maior e determina o ritmo de toda a linha. O termo operação gargalo é usado algumas vezes em referência a essa estação. Também incluído no tempo de ciclo está o tempo usado para mover as peças de uma estação para a próxima no fim de cada operação.

Groover (2011)


Considerando a questão anterior, o tempo de ciclo de uma linha de produção é:

Taxa de produção:


CAPACIDADE DE PRODUÇÃO

É definida como a taxa máxima de saída que uma unidade de produção (linha de produção, centro de trabalho ou grupo de centros de trabalho) é capaz de produzir sob um dado conjunto de condições operacionais. Capacidade de produção da fábrica:


EXEMPLO

Uma seção de torneamento automático tem seis máquinas, todas dedicadas à produção da mesma peça. A seção funciona com dez turnos/semana. O número de horas por expediente é, em média, oito. A taxa média de produção de cada máquina é de 17 unidades/hora. Determine a capacidade de produção semanal da seção do torno automático.

Capacidade de produção = 6 . 10 . 8 . 17 =

Capacidade de produção = 8160 unidades produzidas/semana


Se incluirmos a possibilidade na qual cada unidade de trabalho requer n operações em sua sequência de processamento, com cada operação demandando um novo preparo, seja na mesma máquina ou em uma diferente, então:


UTILIZAÇÃO

DISPONIBILIDADE


EXEMPLO

Uma máquina de produção funciona 80 horas/semana (dois expedientes, cinco dias) em total capacidade. Sua taxa de produção é de 20 unidades/hora. Durante determinada semana, a máquina produziu mil peças e ficou ociosa o resto do tempo. Calcule: (a) A capacidade de produção da máquina. (b) Qual foi a utilização da máquina durante a semana em questão?

(a) Capacidade de produção = 80 . 20 = 1600 unidades/semana

(b) Utilização = 1000 / 1600 = 0,625 = 62,5 % ou calcular a utilização pelo tempo em que a máquina foi de fato usada durante

a semana: Tempo de operação = 1000 / 20 = 50 horas Utilização = 50 / 80 = 0,625 = 62,5 %


EXEMPLO

Suponha que os mesmos dados do exemplo do slide 42 fossem aplicados, mas que a disponibilidade das máquinas fosse igual a 90 % e a utilização fosse igual a 80 %. Com esses dados adicionais, calcule a produção esperada da fábrica:

Quantidade real produzida = 0,90 . 0,80 . 6 . 10 . 8 . 17 =

Quantidade real produzida = 5875,2 = 5875 unidades/semana


TEMPO DE PRODUÇÃO (manufacturing lead time)

Habilidade de uma empresa de produção de entregar um produto ao consumidor no menor tempo possível e ganhar o pedido.


EXEMPLO

Uma certa peça é produzida em um lote de cem unidades. O lote deve passar por cinco operações para completar o processamento das peças. o tempo médio de preparo é de três horas/operação e o tempo médio de operação é de seis minutos (0,1 hora). O tempo não operacional médio de manuseio, atrasos, inspeções, etc. é de sete horas para cada operação. Determine quantos dias serão necessários para completar o lote, supondo-se que a fábrica funcione em expedientes de oito horas/dia.

Tempo de produção = 5 . (3 + 100 . 0,1 + 7) = 100 horas Em 8 horas/dia = 100 / 8 = 12,5 dias

Estes cálculos para o tempo de produção podem ser adaptados para a produção por encomenda (Q=1) e para a produção em massa (Q>1), com ajustes dos parâmetros.


MATERIA EM PROCESSO

Quantidade de peças ou produtos, localizados na fábrica, que estão sendo processados ou estão entre as operações de processamento.

O material em processo representa um investimento da empresa, mas um investimento que não pode ser transformado em receita até que todo o processamento seja terminado.


EXERCÍCIOS

1. Qual a classificação de sistemas de produção quanto a:

quantidade; implantação e destino dos produtos?

2. Descreva produção por encomenda:

3. Descreva produtos discretos e produção por processo:

4. Qual é o objetivo do flow shop?

5. Descreva posto de trabalho; tempo de processamento; tempo

de percurso; produtividade; work in process; taxa de produção;

tempo de ciclo; capacidade de produção e tempo de produção.


6. Ler o artigo: “Takt-time: conceitos e contextualização dentro do Sistema Toyota de Produção”. Responda: (a) Descreva o processo da figura 1 citado pelos autores. (b) Quais os propósitos básicos apontados por Monden (1984) para subsistemas? (c) Cite dois tipos de conceitos de takt time apresentados por dois diferentes autores. (d) Descreva o ciclo de tempo apresentado pela figura 3. (e) Quais são as considerações levantadas pelos autores quanto aos aspectos estratégicos, em especial à flexibilidade? (f) Quais são os limites para a aplicação do conceito de takt time apresentados pelos autores?

EXERCÍCIOS

MARTINS, Petrônio G. Administração da Produção. Editora Saraiva: São Paulo: 2005. SLACK, Nigel; CHAMBERS, Stuart; HARLAND, Christine. Administração da Produção. Editora Atlas: São Paulo: 2009. GROOVER, M.P. Automation, Production System, and Computer Integrated Manufacturing. Editora Prentice-Hall: International: 2008. ABRAMS, M. Simply complex. Mechanical engineering. V., n., p. 28-31, jan. 2006. ARONSON, R. Turning’s just the beginning. Manufacturing engineering, p. 42-53, jun. 1999. GROOVER, M.P.; ZIMMERS Jr, E. W. CAD/CAM Computer-Aided Design and Manufacturing. Editora Prentice-Hall: International: 1994. KOCHAN, A.; COWAN, D. Implementing CIM-Computer Integrated Manufacturing. Editora IFS Publications & Springer Verlag: International, 1986. TEICHOLZ, E.; ORR, J.N. Computer Integrated Manufacturing Handbook. Editor McGraw-Hill: International: 1987. HARTLEY, John R. Engenharia Simultânea. Editora Bookman: Nacional, 1997. TURBAN, Efraim; RAINER, R. Kelly; POTTER, Richard E. Administração de Tecnologia da Informação. Editora Campos: Nacional, 2005.

REFERÊNCIAS


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