Programação da produção

Dentro da programação da produção pode-se destacar três atividades básicas que são a administração de estoques, a emissão e liberação de ordens, além do sequenciamento para o qual este trabalho está dedicado.

A atividade de programação da produção inicia quando se tem as ordens de produção geradas através do MRP, ou de outro sistema coordenador de ordens. O sistema coordenador de ordens tem como objetivo determinar uma sequência para execução das operações e definir quais recursos cada operação irá utilizar. Talvez pareça simples considerando um conjunto pequeno de recursos e operações, não considerando a variação de oferta dos recursos em função do tempo ou as datas de entrega prometida como também a dependência entre operações. Quando são adicionadas tais características ou mesmo as combinações possíveis geradas por um conjunto razoável de recursos e operações torna-se um problema cuja exploração por algoritmos completos de busca exaustiva é praticamente impraticável, tratando-se de um problema da classe NP-Difícil, o que significa que o tempo para encontrar a melhor solução aumenta exponencialmente em função do tamanho do problema (ROSA, 2011).

Além das características do processo de fabricação e suas possibilidades combinatórias, devem ser consideradas características da política de atendimento das ordens de produção da empresa. Uma vez que os critérios que determinarão a sequência das operações podem variar em função do posicionamento estratégico da empresa e da característica da demanda no instante da programação.

O sequenciamento de produção também é encontrado na literatura como scheduling, o qual pode ser definido como procedimentos para dinamicamente tomar decisões relacionando as atividades com os recursos, de modo que as atividades sejam executadas pontualmente e com alta qualidade bem como simultaneamente o volume de produção seja maximizado e os custos operacionais minimizados (FERNANDES;GODINHO-FILHO, 2010).

O sequenciamento das operações trata de simular, dentro de um horizonte de tempo, o início e término das tarefas para gerar um programa detalhado para cada ordem de produção respectivamente para cada centro de trabalho, respeitando a disponibilidade de recurso. (CHASE;JACOBS; AQUILANO, 2006).

Com base em uma programação detalhada, o gerente pode determinar o efeito de mudanças de última hora gerenciar, eventos não planejados tais como a chegada de novas ordens, quebras, manutenções e executar análise de alternativas de programação.

Chase, Jacobs e Aquilano (2006), citam importantes conceitos em relação à programação da produção como segue:

Carregamento Infinito: a operação é passada ao recurso, verificando apenas o que é necessário com o passar do tempo, sem uma verificação de se há realmente capacidade suficiente para concluir os trabalhos;

Carregamento Finito: verifica exatamente o que será feito em cada recurso a cada momento durante o dia de trabalho. Faz-se uma verificação detalhada da capacidade e das restrições de disponibilidade do recurso;

Programação para frente (forward): a programação para frente o objetivo é programar todas as operações de uma a ordem o mais breve possível para que a ordem seja concluída o quanto antes;

Programação para trás(backward): programa a partir de uma data futura (por exemplo, a data de entrega) todas as operações pela ordem inversa, indicando o início mais tarde possível com os recursos disponíveis.

O scheduling de capacidade finita ou a programação de capacidade finita, pode ser definido como a capacidade de gerir recursos escassos combinada com a demanda ou gerenciar os processos produtivos sujeitos às restrições tecnológicas do ambiente para suprir a demanda ajustando a produção aos volumes e tempo de execução das atividades (GIROTTI;MESQUITA, 2011).

Outro conceito importante é o carregamento que consiste na atividade de selecionar com quais recursos uma operação será executada. Visto desta forma teremos o carregamento em cada recurso de quais operações deverão ser executadas e em que sequência, com início e fim determinados.

O carregamento de ordens com suas respectivas operações em um sistema computacional necessita de uma representação do conceito de operações e recursos como segue: Weglaz et al. (2010) classificaram os recursos em duas categorias: recursos discretos e contínuos. Recursos discretos possuem domínio discreto quando são conhecidos todos os possíveis valores, enquanto no contínuo podem existir infinitos valores em um intervalo. Cada tipo representa melhor um conjunto de recursos. Exemplos de recursos discretos são: máquinas, ferramentas, enquanto recursos contínuos são energia, dinheiro, volume, etc.

Os mesmos autores definiram atividades/operações como caracterizadas pela necessidade de recursos, dependência com outras operações, além de outros parâmetros específicos do problema em estudo. A necessidade de recurso pode ser de recursos discretos, contínuos ou ambos e os mesmos podem ser grupos de recursos onde cada grupo possui um conjunto de tempos da necessidade do recurso.

Recurso: pode ser usado para definir máquinas ou mão-de-obra. Os processos podem ser limitados pelas máquinas, pela mão-de-obra ou por ambos (CHASE;JACOBS;AQUILANO, 2006)

Centro de trabalho: é uma área da empresa na qual recursos produtivos estão organizados e o trabalho é completado. O centro de trabalho pode ser composto por uma única máquina, um grupo de máquinas ou uma área onde se realiza um tipo de trabalho. (CHASE;JACOBS;AQUILANO, 2006)

A maneira como os recursos podem ser utilizados também foram citados em Weglaz,

et al.(2010) e Ichihara (2002), uma vez que os recursos podem ser renováveis, ou seja,

novamente disponíveis após o uso ou não renováveis.

Os mesmos autores também citam a dependência ente operações, quando podem existir diversas formas como: fim da primeira com início da segunda, fim da primeira com o fim da segunda, início da primeira com início da segunda e fim da segunda com início da primeira. As operações dependem de duas datas, de início possível e a data de entrega. Podem ser adicionados a uma operação/atividade parâmetros como prioridade, custo, tempo de preparação (setup) etc.

O sequenciamento das operações tem como principais objetivos a redução no tempo de processamento, entrega no prazo, redução de makespan, redução de tempo e custo bem como a utilização de recursos mais econômicos com menor tempo de preparação (setup).

Soluções específicas de software foram desenvolvidas para atender necessidades de programação de produção. Estas soluções são encontradas no mercado com o nome de soluções APS (Advanced Planning and Scheduling) ou FCS (Fine Capacity Scheduling) e serão tratadas na próxima seção.

2.1.9.1. Programação avançada de produção

Programação avançada de produção ou APS (Advanced Planning and Scheduling) surgiu no final dos anos 90 com um conjunto de ferramentas para permitir gerar cenários

diferentes com informações detalhadas dos recursos produtivos, gerando planos de execução viáveis. Define-se como sistemas avançados de planejamento e programação todos aqueles que:

a) Consideram simultaneamente os recursos, materiais e a planta;

b) Utilizam algoritmos de otimização que incorporam as restrições e as metas do negócio; c) São capazes de prover uma programação em tempo real com rápida geração de novas

mudanças;

d) Apresentam capacidade de simular cenários; e) Auxiliam na tomada de decisão;

f) Realizam simulações do tipo “disponível para promessa” (avaliable-to-promise).

Para que as soluções APS possam fazer a programação da produção, são necessárias algumas informações, como segue:

Centro de trabalho(recursos): com informações sobre turnos, manutenções, horas extras, rendimento, etc.

Roteiros: operações com os tempos para produção com a sequência que devem ser executadas. Deve fazer parte do roteiro restrições como limitação de quais recursos são capazes de executar a operação, tempos de setup fixo, dependente de sequência, etc.

Ordens: são dados dinâmicos, ou seja, as ordens podem ser abertas e fechadas. As ordens podem ser geradas pelos sistemas coordenadores de ordens, mas devem ao menos possuir informações como: identificação da ordem, produto, quantidade, data de liberação, data de entrega quantidade, prioridade e cliente. Devem ser adicionados também limites como início e fim.

O resultado final será toda a definição de data de início e fim para todas as operações, respeitando precedência no roteiro de produção e a disponibilidade dos recursos.

2.1.9.2. Técnicas de Sequenciamento

O sequenciamento de operações em recursos possui dois momentos distintos. No primeiro momento define-se qual ordem deverá entrar primeiro no sistema e no segundo momento define-se qual recurso será utilizado por cada operação. Estes dois momentos estão ligados às políticas de atendimento e a melhor utilização dos recursos pela fábrica, ou como citado por Tubino (2007), as decisões estão ligadas ao tempo de processamento (custo) e data de entrega (atendimento ao cliente).

Diversas técnicas distintas podem ser utilizadas para o sequenciamento das operações, iniciando pelos algoritmos completos, que gerariam todas as combinações possíveis. No entanto, como comentado anteriormente, não gerariam solução em tempo computacional viável, sendo aplicados apenas a problemas com pouca quantidade de recursos e operações.

Outra técnica utilizada é a pesquisa operacional (programação linear, inteira, grafos, etc) que é viável matematicamente e podem ser desenvolvidas para soluções particulares. Contudo, com a dinâmica da variabilidade dos sistemas produtivos, roteiros, recursos disponíveis, a manutenção dos modelos torna-se difícil.

As regras de despacho pela sua simplicidade e bom desempenho em termos de tempo computacional são as técnicas mais utilizadas mesmo não tendo a garantia de encontrar a solução ótima.

Outro grupo de algoritmos que também é utilizado com frequência são os algoritmos metaheurísticos. Estudos práticos demonstram boa chance de se obter soluções ótimas ou sub ótimas em diversas classes de problemas (BRANCO;COELHO;MAYERLE, 2007) .

2.1.9.3. Variáveis do sistema produtivo

Dentro da programação de produção existem diversas variáveis que são utilizadas pelas soluções APS (Advanced Planning and Scheduling) como parâmetros para a programação (FERNANDES e GODINHO-FILHO, 2010). Seguem abaixo as principais variáveis utilizadas pelas soluções APS:

a) Data de entrega: corresponde a data de entrega do produto ou conclusão da operação;

b) Data de início mais cedo: corresponde a data mais cedo em que a ordem ou operação poderá iniciar o processo de fabricação;

c) Quantidade total: quantidade total a ser produzida; d) Tempo de setup: tempo de preparação;

e) Tempo de processamento/operação: tempo gasto para ser executada uma operação;

f) Tempo de transporte: tempo gasto entre dois pontos, entre duas máquinas por exemplo.

2.1.9.4. Medidas de Desempenho

As medidas de desempenho também conhecidas como critérios de desempenho, são destacadas abaixo (MORAIS;MENEGARDE;CANTIERE, 2009 ; FERNANDES;GODINHO- FILHO, 2010):

a) Makespan: tempo gasto para conclusão das operações programadas, ou seja, do

início da primeira operação ao fim da última operação. Também pode ser definido como o tempo necessário para executar um conjunto de tarefas (MORAIS;MENEGARDE;CANTIERE, 2009);

b) Número médio de operações/tarefas no sistema: quantidade de material em produção, quantidade de operações dentro do sistema produtivo, o qual possui influência direta no WIP (working in proocess);

c) Tempo de fluxo / Lead time de produção: tempo gasto da entrada em produção ao término de todas as operações de uma ordem. É o somatório dos tempos de processamento, de setup e de espera além do tempo de transporte;

d) Tempo de fluxo total: Soma do tempo de fluxo de todas as operações no sistema e) Tempo médio de fluxo: média dos tempos de fluxo de conjunto de tarefas; f) Tempo de atraso (tadiness): é o tempo entre o término de uma ordem de produção e a data de entrega. Pode ser positivo ou negativo, se estiver em atraso será positivo, se antecipado será negativo;

g) Utilização: porcentagem do uso de um recurso em um determinado período de tempo;

h) Tempo de espera / tempo de fila: Tempo entre o término de uma operação e início de outra, provocado por ocupação do segundo recurso, também encontrado na literatura como tempo de fila no recurso;

i) Porcentagem de ordem entregue no prazo/antes e depois: Do total de ordens atrasadas, qual o percentual será entrega no prazo, atrasado ou antecipado;

j) Tempo de setup: Tempo necessário para preparação dos recursos antes da execução propriamente dita;

k) Custo de Preparação: custo gasto na preparação das tarefas;

l) Quantidade de clientes perdidos: Quantidade de clientes que deixaram de comprar por motivos de atraso na entrega.