BALANCEAMENTO E SEQUENCIAMENTO DE LINHAS DE MONTAGEM

Uma linha de montagem consiste em estações de trabalho, geralmente dispostas ao longo de uma correia transportadora ou um equipamento de manuseio mecânico semelhante a um manipulador. As peças (tarefas) são consecutivamente lançadas na linha e são movidas de estação para estação. Em cada estação, certas operações são realizadas sobre o tempo de ciclo (tempo máximo ou média disponível para cada ciclo de trabalho).

A fabricação de um produto em uma linha de montagem requer a decomposição da quantidade total de trabalho em um conjunto V = {1, ..., n} de operações elementares chamadas tarefas. A execução de uma tarefa j tem um tempo tj e exige certos equipamentos ou máquinas e/ou habilidades dos trabalhadores. A carga total de trabalho necessário para a montagem de uma peça é medida pela soma dos tempos das tarefas. Devido às condições tecnológicas e organizacionais, restrições de precedência entre as tarefas devem ser observadas.

O problema de balanceamento de linha busca atingir o melhor compromisso entre realização de tarefas, uso de equipamentos e recursos operacionais necessários para atender a certa demanda de produção. Vários autores descrevem diferentes métodos para encontrar uma solução. Geralmente a formulação envolve um conjunto de tarefas com seus respectivos tempos de montagem, gráfico de precedência, restrições de zoneamento, etc.

Busca-se com esse processo obter o número de postos de trabalho (número inteiro) que atenda a uma determinada cadência de produção. Em linhas do tipo não contínuas (assíncronas) a taxa de produção não é dada por um tempo de ciclo fixo, mas é bastante dependente dos tempos de tarefas realizadas. Estes tempos podem ser estimados, desde que as funções de distribuição sejam conhecidas. No entanto, a ocupação dos recursos é consideravelmente influenciada pela atribuição de postos pulmão (buffers), o que também influencia o tempo de ciclo da linha.

Os três principais problemas de otimização relacionados ao balanceamento são classificados por School (1999) em SALBP-1, SALBP-2 e SALBP-E. O termo SALBP representa o caso do problema de balanceamento da linha de montagem simples (Simple Assembly Line Balancing

Problem), ou seja, de um único produto padronizado, sem ou com poucas variantes, ou que os tempos

das diferenças de produtos possam ser desprezíveis. Em SALBP-1 busca-se minimizar o número ', de estações para um dado tempo de ciclo  . Já em SALBP-2, para um certo número de postos, busca- se minimizar o tempo de ciclo . Finalmente em SALBP-E, o objetivo é maximizar a eficiência da linha com a equivalência de minimizar os dois fatores ' e .

Para exemplificar uma correspondência mais direta de SALBP com outros problemas clássicos de otimização combinatória, haveria necessidade de se simplificar o respeito às relações de precedência. Nesse caso o SALBP-1 reduziria ao caso clássico de problema de empacotamento, no qual o objetivo é empacotar uma quantidade de itens num número mínimo e de tamanho igual de pacotes. Já o SALBP-2, seria relacionado ao problema de programação de ' máquinas paralelas idênticas, com o objetivo de diminuir o tempo de produção.

2.5.1 PROBLEMA DE BALANCEAMENTO DE LINHA MISTA (MALBP)

O uso de linhas de produção com modelo misto tem sido uma tendência na indústria automobilística, acompanhando as evoluções de diversidade de produtos, conforme ilustrado na Figura 2. Outra vantagem da linha mista, ou monofluxo, é a flexibilidade que o sistema permite absorver às variações de demandas. Também os lançamentos de novos produtos coexistindo com os produtos em produção, conforme ilustrado na Figura 17.

Em um modelo misto de produção, não há o inconveniente do tempo de setup, e várias sequências de modelos podem ser montadas sobre a mesma linha. Também há a grande vantagem de o inventário ser menor. Por outro lado, suavizar a dispersão de tempos das operações dos diversos modelos, na prática, não é uma tarefa fácil. Como consequência, numa linha típica de montagem é assumido que os modelos são variações do produto de mesma base e apenas diferem em atributos específicos de produtos personalizáveis, também referido como opcionais. A quantidade de engajamento, ou alocação de tarefas, por si só é uma medida da eficiência para que o equilíbrio da linha seja alcançado. É por isso que alguns estudos como o relatado em Ozturk et al. (2013) têm proposto a consideração simultânea dos problemas de balanceamento e sequenciamento. Contudo a carga computacional inerente à resolução simultânea do problema balanceamento-sequenciamento é uma barreira a ser superada.

Uma utilização eficiente da linha mista requer que se obtenha a solução dos dois problemas de forma separada, mas que sejam relacionadas entre: i) divisão do trabalho entre os postos e ii) sequência dos modelos/produtos sugerida em Rao (1971).

Figura 17 – Cenários de produção para três modelos diferentes de carrocerias de veículos (ELMARAGHY, 2008)

Linhas de modelo misto de montagem são amplamente utilizadas em uma gama de configurações de produção, como a montagem final das indústrias automotivas. Balanceamento da linha de montagem deve ser buscado para evitar as dificuldades inerentes do desbalanceamento e obter a suavização da carga de trabalho (balanceamento horizontal). A suavização da carga de trabalho é uma tarefa essencial em linhas de montagem de modelos mistos de acordo com Emde, Boysen e School (2010). Sempre que uma linha de montagem é instalada ou reconfigurada, o balanceamento de linha de montagem (ALB – Assembly Line Balancing) é um problema a ser resolvido, porque as partições do trabalho conjunto entre as estações, as restrições de precedência entre tarefas e o tempo de ciclo comum com relação a algum objetivo devem ser avaliados.

A abordagem do problema de balanceamento de linha simples (SALBP) é limitada para a montagem de um único produto, com seu gráfico de precedência. Para uma linha mista de produção, a técnica é unificar o gráfico de precedência de todos os modelos para obter um gráfico geral e os tempos das tarefas são calculados pela ponderação de pesos das probabilidades de ocorrência de cada modelo, estimadas do mix de modelos nos respectivos tempos de operação de cada tarefa. Assim, para lidar com múltiplos modelos de veículos a serem produzidos na linha, um gráfico de precedência conjunta, representando um “modelo com tempo médio” é introduzido, o qual serve como dado de entrada para um único modelo para o procedimento de montagem da ALB. Scholl (1999) comenta que em função das recentes tendências de um acréscimo cada vez maior de variações do mix, os prognósticos de um modelo misto confiáveis são cada vez mais complexos. Como sugere Boysen, Fliedner e Scholl (2009), as atividades passam a ser mapeadas ao invés dos modelos de produtos a produzir, então esta média de tempo de atividades pode ser calculada na base de uma expectativa de ocorrências.

Alguns autores discutem o uso de sistemas de montagem de modelo misto. Neste sistema vários tipos diferentes de produtos podem ser montados simultaneamente na mesma linha. Geralmente a sequência da ordem de entrada dos modelos é planejada e mantida numa proporção previamente definida. As linhas de modelo misto geralmente são do tipo não contínua (assíncrona) para permitir uma flexibilização do tempo de operação variável entre modelos conforme proposto em Askin e Standrige (1993) e Scholl (1999). Os três principais objetivos para o balanceamento de linha assumindo que a questão da factibilidade (MALBP-F) tenha sido resolvida, proposto por Scholl (1999) são:

MALBP-1 – Para um dado tempo de ciclo c, minimizar o número de postos. Um modelo equivalente ao SALBP-1, para o caso da linha simples.

MALBP-2 – Para um dado número k de postos, o tempo de ciclo c é minimizado, ou seja, o volume de produção é maximizado. Também é obtido do modelo equivalente ao SALBP-2, apenas obtendo a proporção da média dos modelos.

MALBP-E – Tanto o tempo de ciclo c (taxa de produção) quanto o número de postos pode variar para maximizar a eficiência da linha. Ou minimizar c e k.

Nos problemas de modelo misto (MALBP – Mixed-Model Assembly Line Balancing

Problem) há necessidade de se encontrar uma sequência eficiente de produção dos diferentes modelos

(versões) de produtos na linha, demandando-se um planejamento de curto prazo da sequência produtiva. Como descrito anteriormente, o objetivo do presente trabalho é otimizar um cenário que pode ser caracterizado como MALBP-2, ou seja, para um dado número de postos, deseja-se minimizar o tempo de ciclo.