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Uma avaliação comparativa de estratégias de arranjos físicos para estaleiros de construção de embarcações metálicas de pequeno porte

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PROGRAMA PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

UMA AVALIAÇÃO COMPARATIVA DE ESTRATÉGIAS DE ARRANJOS FÍSICOS PARA ESTALEIROS DE CONSTRUÇÃO DE EMBARCAÇÕES

METÁLICAS DE PEQUENO PORTE

por

RAFAEL ARAÚJO SALES

ENGENHEIRO DE PRODUÇÃO, UFRN, 2008

DISSERTAÇÃO SUBMETIDA AO PROGRAMA DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO DA UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE COMO PARTE DOS

REQUISITOS NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DO GRAU DE

MESTRE EM ENGENHARIA DE PRODUÇÃO

AGOSTO, 2012

© 2012 RAFAEL ARAÚJO SALES TODOS DIREITOS RESERVADOS.

O autor aqui designado concede ao Programa de Engenharia de Produção da Universidade Federal do Rio Grande do Norte permissão para reproduzir, distribuir, comunicar ao público, em papel ou meio eletrônico, esta obra, no todo ou em parte, nos termos da Lei.

Assinatura do Autor: ______________________________________________ APROVADO POR:

________________________________________________________________ Prof. Dr. Enilson Medeiros dos Santos, Orientador, Presidente

________________________________________________________________ Prof. Dr. Daniel Aloise, Membro Examinador Interno

________________________________________________________________ Prof. Dr. Luciano Ferreira, Membro Examinador Interno

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AGRADECIMENTOS

Ao Governo Federal pela possibilidade de flexibilização da minha jornada de trabalho para cursar o Mestrado.

À Universidade Federal do Rio Grande do Norte, em especial ao Programa de Pós Graduação em Engenharia de Produção (PEP), pela oportunidade de formação acadêmica, humana e profissional de qualidade.

À Marinha do Brasil, em especial à Base Naval de Natal e à Base Naval de Val-de-Cães, por possibilitar o ambiente de pesquisa e coleta de dados.

Ao Professor Dr. Enilson pelas valiosas contribuições acadêmicas no decorrer do trabalho.

Aos colegas de turma de Mestrado pelo espírito de cooperação e companheirismo demonstrado nos momentos difíceis.

Aos companheiros de trabalho pelos desafios diários compartilhados e pelo aprendizado mútuo.

A minha família, meus pais e irmãos, pelo incentivo constante nesta empreitada. A minha namorada Camila pelo apoio nos momentos difíceis e pelo auxílio técnico em algumas etapas deste trabalho.

Aos alunos da graduação em Engenharia de Produção que me auxiliaram no desenvolvimento da simulação.

Aos amigos pela compreensão nos momentos em que estive ausente devido ao desenvolvimento deste trabalho.

(5)

Resumo da dissertação apresentada à UFRN/PEP como parte dos requisitos necessários para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Produção.

UMA AVALIAÇÃO COMPARATIVA DE ESTRATÉGIAS DE ARRANJOS FÍSICOS PARA ESTALEIROS DE CONSTRUÇÃO DE EMBARCAÇÕES METÁLICAS DE PEQUENO PORTE

RAFAEL ARAÚJO SALES

Agosto/2012

Orientador: Enilson Medeiros dos Santos Curso: Mestrado em Engenharia de Produção

O presente estudo tem como objetivo geral analisar, em diferentes níveis de demanda, qual a melhor estratégia de arranjo físico adotar para a construção de embarcações metálicas de pequeno porte. Para atingir o objetivo proposto, são desenvolvidos três modelos de simulação para analisar as estratégias de produção sob os arranjos físicos posicional, celular e linear. Por utilizar a ferramenta da simulação para a comparação de cenários, foi utilizada uma adaptação das metodologias de Chwif e Medina (2010) e Law (2009) que contempla três fases: concepção, implementação e análise. Na concepção os sistemas reais foram representados através do mapeamento dos processos de acordo com as variáveis tempo, recursos materiais e recursos humanos necessários para cada etapa do processo produtivo. Todas essas informações foram transformadas na variável custo. Os dados foram coletados em 3 sistemas de produção de lanchas do tipo escolar distintos, dois localizados em Natal-RN com produção posicional e celular e um localizado em Belém-PA com produção linear. Na fase de implementação os modelos conceituais foram convertidos em modelos computacionais através da ferramenta Rockwell Software Arena® 13.5 e em seguida validados. Na etapa de análise simulou-se a produção anual de 960 embarcações para cada arranjo físico constatando-se que, para uma fabricação de até 80 unidades o arranjo físico mais recomendado é o posicional, entre 81 e 288 unidades o arranjo celular e de 289 unidades em diante o arranjo linear.

(6)

Abstract of Master Thesis presented to UFRN/PEP as fulfillment of requirements to the degree of Master of Science in Production Engineering

A COMPARATIVE EVALUATION OF LAYOUTS STRATEGIES FOR SHIPYARDS OF SMALL METALLIC SHIPBUILDING

RAFAEL ARAÚJO SALES

August/2012

Supervisor: Enilson Medeiros dos Santos

Program: Master of Science in Production Engineering

The present study aims to analyse, in different levels of demand, what is the best layout strategy to adopt for the small metallic shipbuilding. To achieve this purpose, three simulation models are developed for analyze these production strategies under the positional, cellular and linear layouts. By the use of a simulation tool for compare the scenarios, Chwif and Medina (2010) and Law (2009)´s methodologies were adapted that includes three phases: conception, implementation and analysis. In conception real systems were represented by process mapping according to time, material resources and human resources variables required for each step of the production process. All of this information has been transformed in the cost variable. Data were collected from three different production systems, two located in Natal RN with cellular and positional layouts and one located in Belém-PA with linear layout. In the implementation phase, the conceptual models were converted in computacional models through the tool Rockwell Software Arena ® 13.5 and then validated. In the analysis stage the production of 960 ships in a year vessels were simulated for each layout noting that, for a production of until 80 units positional layout is the most recommended, between 81 and 288 units the cellular layout and more than 289 units the linear layout.

(7)

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Metodologia para decisão de arranjo físico. ... 14

Figura 2 - Relação entre tipos de processo e tipos básicos de arranjo físico ... 15

Figura 3 - Processos de construção naval ... 16

Figura 4 - Modelo layout de posicional ... 24

Figura 5 - Modelo de layout orientado ao produto ... 25

Figura 6 - Modelo de layout celular ... 27

Figura 7 - Características dos tipos de processos produtivos ... 30

Figura 8 - Comparação dos tipos de processos produtivos ... 31

Figura 9 - Relação entre o tipo de layout e seus custos ... 32

Figura 10 - Relação entre o tipo de layout e seus custos detalhado ... 33

Figura 11 - Estrutura de produto de um navio ... 34

Figura 12 - Esquema geral do processo de construção naval de um estaleiro... 35

Figura 13 - Linha de fabricação de painéis planos e curvos e montagem de bloco ... 43

Figura 14 - Processos de construção naval de pequeno porte ... 44

Figura 15 - Representação de áreas demandadas para arranjo posicional ... 76

Figura 16 - Representação de áreas demandadas para arranjo celular ... 77

Figura 17 - Representação de áreas demandadas para arranjo linear ... 78

Figura 18 - Plano de corte para uma lancha ... 110

Figura 19 - Modelo conceitual para arranjo físico posicional ... 116

Figura 20 - Modelo conceitual para arranjo físico celular... 120

Figura 21 - Modelo conceitual para arranjo físico linear para 240 lanchas ... 123

Figura 22 - Modelo conceitual para arranjo físico linear para 480 lanchas ... 127

(8)

LISTA DE FOTOS

Foto 1 – Calandra para tubos ... 64

Foto 2 – Curvadora de perfis ... 65

Foto 3 – Viradeira hidráulica ... 65

Foto 4 – Viradeira manual ... 65

Foto 5 – Prensa dobradeira hidráulica ... 66

Foto 6 – Cavalete para movimentação ... 66

Foto 7 – Casco ... 71

Foto 8 – Casaria ... 71

(9)

LISTA DE GRÁFICOS

Gráfico 1 - Análise ao custo de R$ 100,00 por metro quadrado.. ... 93

Gráfico 2 - Análise ao custo de R$ 400,00 por metro quadrado. ... 94

Gráfico 3 - Análise ao custo de R$ 500,00 por metro quadrado. ... 95

Gráfico 4 - Análise ao custo de R$ 600,00 por metro quadrado. ... 96

(10)

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Níveis de demanda para estaleiros. ... 17

Tabela 2 - Modelos de sistemas de produção recomendados ... 17

Tabela 3 - Vantagens e desvantagens do arranjo físico posicional ... 27

Tabela 4 - Vantagens e desvantagens do arranjo físico linear ... 28

Tabela 5 - Vantagens e desvantagens do arranjo físico celular ... 28

Tabela 6 - Comparativo entre processos de soldagem ... 39

Tabela 7 - Critérios para classificação do p-value ... 49

Tabela 8 - Características da embarcação objeto do estudo ... 58

Tabela 9 - Chapas ... 59

Tabela 10 - Perfis ... 59

Tabela 11 - Peças originadas por chapas ... 60

Tabela 12 - Peças originadas por perfis ... 62

Tabela 13 - Relação de equipamentos de menor porte e finalidade profissional ... 67

Tabela 14 - Peças a serem conformadas e equipamentos necessários ... 69

Tabela 15 - Etapas para fabricação de uma lancha e equipamentos necessários ... 72

Tabela 16 - Custos dos equipamentos e ferramentas ... 79

Tabela 17 - Taxa de utilização dos recursos X quantidade fabricada X arranjo físico ... 86

Tabela 18 - Quantitativo de recursos para fabricação de 240 lanchas... 86

Tabela 19 - Quantitativo de recursos para fabricação de 480 lanchas... 88

Tabela 20 - Quantitativo de recursos para fabricação de 960 lanchas... 90

Tabela 21 - Valores para o cálculo do custo por metro quadrado de área ... 92

Tabela 22 - Análise ao custo de R$ 100,00 por metro quadrado ... 93

Tabela 23 - Análise ao custo de R$ 400,00 por metro quadrado ... 94

Tabela 24 - Análise ao custo de R$ 500,00 por metro quadrado ... 95

Tabela 25 - Análise ao custo de R$ 600,00 por metro quadrado ... 96

Tabela 26 - Análise ao custo de R$ 1.000,00 por metro quadrado... 97

Tabela 27 - Níveis de demanda e arranjos físicos recomendados ... 100

Tabela 28 - Formulário para coleta de dados ... 106

Tabela 29 - Análise da variável tempo para produção posicional ... 137

Tabela 30 - Análise da variável tempo para produção celular ... 142

Tabela 31 - Análise da variável tempo para produção celular de até 240 lanchas ... 147

Tabela 32 - Análise da variável tempo para produção celular de até 480 lanchas ... 152

Tabela 33 - Análise da variável tempo para produção celular de até 960 lanchas ... 157

Tabela 34 - Custos da análise para R$ 100,00 e 400,00 ... 164

Tabela 35 - Custos da análise para R$ 500,00 e 600,00 ... 165

(11)

SUMÁRIO

Capítulo 1 - Introdução ... 13

1.1 Introdução e Apresentação do Problema ... 13

1.2 Justificativa ... 18

1.3 Objetivos ... 19

1.4 Hipóteses ... 20

1.5 Estrutura da Dissertação ... 20

Capítulo 2 – Fundamentação Teórica ... 22

2.1 Arranjos Físicos ... 22

2.1.1 Tipos de Arranjos Físicos ... 23

2.1.1.1 Posicional ou de Posição Física ... 23

2.1.1.2 Linear ou Por Produto ... 24

2.1.1.3 Funcional ou Por Processo ... 25

2.1.1.4 Celular ... 26

2.1.2 Metodologia para seleção de um arranjo físico ... 29

2.2 Processos de Construção Naval ... 33

2.2.1 Recepção e Armazenagem de Suprimentos ... 36

2.2.2 Fabricação de Partes ... 36

2.2.3 Introdução aos Processos Estruturais ... 37

2.2.4 Fabricação de Painéis ... 40

2.2.5 Montagem de Sub-blocos, Blocos e Seções ... 41

2.2.6 Edificação ... 43

2.2.7 Acabamento e Outfitting ... 43

2.2.8 Relação com Embarcações de Pequeno Porte... 44

2.3 Simulação ... 45

2.3.1 Componentes para um Sistema de Simulação ... 46

2.3.2 Metodologias ... 47

Capítulo 3 – Método de Pesquisa ... 53

3.1 Caracterização da Pesquisa ... 53

3.2 Delimitação da Pesquisa, Procedimentos e Métodos ... 53

3.2.1 Concepção ... 54

3.2.2 Implementação ... 55

3.2.3 Análise ... 56

Capítulo 4 – Desenvolvimento ... 57

4.1 Descrição do processo produtivo ... 57

4.1.1 Produto ... 57

4.1.2 Recursos ... 63

4.1.3 Processos ... 70

4.2 Aplicação da Metodologia de Simulação ... 74

4.2.1 Formulação do problema ... 74

4.2.2 Construção dos modelos conceituais e validação ... 75

4.2.3 Implementação ... 82

(12)

Capítulo 5 – Conclusões e recomendações ... .99

Referências Bibliográficas ... 103

Apêndice A ... 106

Apêndice B ... 110

Apêndice C ... 116

Apêndice D ... 137

(13)

Capítulo 1

[Introdução]

1.1

– Introdução e Apresentação do Problema

Embora o atual momento seja de retomada do crescimento da construção naval no Brasil, existe um gap temporal no período compreendido entre o final da década de 80 e o final da década de 90 que trouxe prejuízos à manutenção dos padrões tecnológicos e gerenciais dos estaleiros nacionais (BOTTER e RIVA, 2010). Souza (2009) afirma que para recuperar a diferença de competitividade é mais eficiente investir em ferramentas gerenciais do que em processos industriais.

Dentre as diversas ferramentas gerenciais potencialmente úteis no segmento da construção naval destaca-se o estudo da estratégia mais adequada de arranjo físico. Segundo Tompkins et al. (2003), esta abordagem é importante pois visa determinar o fluxo dos processos da unidade fabril, minimizar a movimentação dos materiais, o tempo global de produção, os investimentos em equipamentos e proporcionar uma efetiva utilização do espaço.

(14)

Figura 1: Metodologia para decisão de arranjo físico.

Fonte: Adaptado de Slack et al. (2009) e Hax e Candea (1984).

De acordo com a Figura, primeiramente, faz-se necessária à definição do tipo de processo de produção do estaleiro. Nessa etapa, a característica volume-variedade que dita o tipo de processo. Em casos reais, mais do que um tipo de processo é possível. Após a escolha do tipo de processo, o tipo básico de arranjo físico deve ser definido (SLACK et al., 2009).

(15)

Figura 2: Relação entre tipos de processo e tipos básicos de arranjo físico.

Fonte: Adaptado de Slack et al. (2009) e Hax e Candea (1984).

(16)

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Figura 3: Processos de construção naval.

Fonte: Adaptado de Storch et al. (1995), Lamb (1986) e Pinto (2007).

Analisando-se a Figura, constata-se que Lamb (1986) classifica o arranjo físico dos processos de construção naval sem considerar a decisão de número 01 da Figura 1. Ademais, há duas possíveis configurações para a oficina de montagem de sub-blocos, bloco e seções, deixando subentendido que a definição do arranjo físico para essa oficina oscila de acordo com alguma variável.

(17)

Tabela 1: Níveis de demanda para estaleiros

NÍVEL DE DEMANDA DEFINIÇÃO

Unitária Apenas 1 navio feito em um intervalo de 12 a 18 meses.

Pequena Poucos navios feitos em um intervalo de 12 a 18 meses (entre 1

e 2 navio de médio/grande porte).

Média Número médio de navios feitos em um intervalo de 12 a 18

meses (entre 3 e 4 navios de médio/grande porte)

Grande Número grande de navios feitos em um intervalo de 12 a 18

meses (mais de 4 navios de médio/grande porte).

Fonte: Adaptado de PINTO (2007).

A Tabela 2 relaciona os níveis de demanda para cada processo e qual configuração adotar.

Tabela 2: Modelos de sistemas de produção recomendados

ETAPAS DO PROCESSO DEMANDA UNITÁRIA DEMANDA PEQUENA DEMANDA MÉDIA DEMANDA GRANDE Fabricação de

Partes Projeto

Intermitente repetitiva, Job-Shop Intermitente repetitiva, Job-Shop Intermitente repetitiva, Job-Shop Fabricação de

Painéis Projeto Projeto

Intermitente repetitiva, Flow-Shop Intermitente repetitiva, Flow-Shop Montagem de Blocos, Sub-blocos e Seções

Projeto Projeto Intermitente repetitiva,

Job-Shop / Flow-Shop

Intermitente repetitiva,

Job-Shop / Flow-Shop

Edificação Projeto Projeto Projeto Projeto

Acabamento Projeto Projeto Projeto Projeto

Fonte: Adaptado de Pinto (2007).

(18)

entre celular e linear, a fabricação de partes a partir de uma demanda pequena já tende a uma configuração linear.

Todos os conceitos apresentados anteriormente acerca da construção naval dizem respeito a navios de grande porte. Para pequenas embarcações (aquelas com arqueação bruta1 (AB) menor ou igual a 20 e destinadas à navegação fluvial), os processos guardam as mesmas características, no entanto, de maneira mais simplificada e podendo ser mais fortemente influenciada pelo nível de demanda. As oficinas de painéis e montagem de blocos, por exemplo, podem ser aglutinadas em uma só devido à maior simplicidade dos processos e ao menor porte dos produtos. Dentro dessa sistemática surge o seguinte problema de pesquisa:

qual a melhor estratégia de arranjo físico adotar na construção de embarcações metálicas de pequeno porte a diferentes níveis de demanda?

1.2 – Justificativa

A formulação do problema de pesquisa foi motivada pela experiência do autor na construção naval de pequeno porte. Em dado momento, verificou-se que, diferentes métodos para a construção da estrutura de embarcações idênticas traduziam diferentes resultados em termos de eficiência produtiva.

Além dos problemas pontuais, o panorama do segmento em âmbito nacional não difere muito. Para entender melhor o problema geral, COPPE (2005) classifica a indústria brasileira de construção naval em três categorias:

- estaleiros de construção de navios oceânicos acima de 10.000 tpb2, e unidades

offshore de grande porte;

- estaleiros de construção de embarcações de médio porte, como supply vessels, pesqueiros, barcaças oceânicas, ferries;

1

Arqueação Bruta é um de indíce de capacidade usado para classificar um navio com os objetivos de determinar

as suas regras de governo, de segurança e outras obrigações legais, sendo um valor adimensional, apesar da sua

derivação estar ligada à capacidade volumétrica expressa em metros cúbicos (FONSECA, 1989).

2 Tonelagem de Porte Bruto, tpb, é uma medida da capacidade de carga de uma embarcação. Faz referência à

(19)

- estaleiros de construção de pequenas embarcações fluviais.

Para Souza (2009) os estaleiros do Grupo 3 constroem embarcações simples, cujos projetos são muito simples e padronizados. Não há engenharia de processos e de produto, os

layouts são em geral improvisados e os processos são elementares. Não há cenário de

mudanças significativas no perfil de organização da produção desses estaleiros. O mesmo autor reforça que embora as embarcações construídas tenham baixo conteúdo tecnológico, a incorporação de ferramentas básicas de engenharia de produção e de processos tornaria a produção mais eficiente. Tais ferramentas já estão disponíveis nos estaleiros brasileiros dos Grupos 1 e 2.

Atrelado à necessidade de se estudar e modernizar os processos de construção dos estaleiros do grupo 3 há também outro fator relevante. O Governo Federal, por meio do Fundo Nacional de Desenvolvimento da Educação (FNDE), criou em 2007 o Programa Caminho da Escola com o objetivo de renovar a frota de veículos escolares (FNDE, 2007). Essa demanda por transporte gerou a necessidade de aquisição tanto de ônibus, quanto de embarcações, sendo estas últimas com a finalidade de atender os alunos que habitam regiões ribeirinhas e necessitam de transporte aquaviário para sua locomoção (Apêndice A). Segundo Camargo (2012), estima-se que há cerca de 350 mil estudantes da educação básica necessitando de barcos para chegar à escola, gerando, dessa maneira, uma demanda de aproximadamente 12 mil embarcações desse modelo. Além das lanchas do tipo escolar, outros tipos de embarcação de grande demanda e utilidade possuem características similares, como as lanchas para apoio médico dentre outras.

Diante da necessidade de subsídios para um melhor planejamento sobre formas de organizar a produção nesse segmento sob um contexto de uma significativa demanda futura, justifica-se tanto a relevância como a potencial contribuição do estudo.

1.3 – Objetivos

(20)

Para que o objetivo geral seja atingido, serão abordados os seguintes objetivos intermediários:

• Descrever modelos conceituais para a fabricação nos arranjos físicos posicional, celular e linear;

• Propor um modelo de simulação computacional para os modelos conceituais desenvolvidos;

• Implementar os modelos computacionais;

• Validar os modelos computacionais através de técnicas de simulação; • Comparar os 3 modelos sob diferentes cenários com relação aos custos.

1.4 – Hipóteses

H1: Conforme verificado em campo, na construção de embarcações metálicas de pequeno porte, a estratégia de arranjo físico mais adequada depende dos níveis de demanda produtiva; H2: Segundo Slack (2009), à medida que se aumenta volume de produção, maior a tendência de organizá-la em um arranjo físico linear. De forma análoga, à medida que diminui o volume de produção, maior a tendência de se utilizar um arranjo físico posicional.

1.5 – Estrutura da dissertação

Para abordar o tema e desenvolver a análise do entendimento dos arranjos físicos na construção naval de pequeno porte, a presente dissertação está dividida em mais 4 capítulos.

(21)

simulação existentes e sobre as metodologias e técnicas utilizadas para se desenvolver um projeto de simulação adequado.

No terceiro capítulo faz-se uma revisão metodológica da pesquisa norteando o caminho para a resolução do problema de pesquisa e validação das hipóteses levantadas.

O capítulo 04 apresenta a descrição detalhada de todo o processo produtivo, da aplicação da metodologia de simulação e por fim a apresentação dos resultados.

(22)

Capítulo 2

[Fundamentação Teórica]

O presente capítulo trata dos aspectos inerentes ao referencial teórico envolvendo os temas que suportaram o desenvolvimento desta pesquisa.

2.1 – Arranjos Físicos

Para Slack et al. (2009) o planejamento do arranjo físico requer a tomada de decisões concernentes à disposição dos recursos transformadores e como as operações serão dispostas em relação a estes recursos. Drira et al. (2007) relatam que os problemas de arranjos físicos estão estritamente relacionados a fatores específicos dos sistemas de manufatura. Muitos destes fatores diferenciam claramente a natureza do problema, em particular: a variedade e o volume de produção; o sistema de movimentação de materiais escolhido, os possíveis estágios diferentes permitidos; o número de estágios que cada máquina pode ser alocada e a disposição das facilidades.

Benjaafar (2002) afirma que a elaboração do arranjo físico de uma operação é de fundamental importância, uma vez que, determina a forma e aparência de uma operação produtiva, além de determinar o fluxo de recursos ao longo de todo o processo produtivo. Ainda aborda que um layout mal elaborado pode gerar uma série de problemas para a operação como: estoques desnecessários, fluxos longos ou confusos, deslocamentos extras, filas de clientes e altos tempos de produção. Corrêa e Corrêa (2007) afirma que o objetivo primordial das decisões sobre arranjos físicos é, acima de tudo, o apoio à estratégia competitiva das operações, traduzindo um alinhamento entre as características do arranjo físico escolhido e as prioridades competitivas da organização.

(23)

layout, sua análise e planejamento são essenciais para alcançar os objetivos estratégicos de

cada organização (MOREIRA, 2008).

O resultado de um bom layout é o arranjo mais efetivo que ao mesmo tempo dê segurança e satisfação ao empregado; com maior produtividade em um menor tempo, a redução dos manuseios e distância percorrida durante o processo decorrente da economia de espaço; boas condições de gerenciamento e supervisão são estabelecidas; há menores danos ao material processado; além de aumentar a flexibilidade do negócio ao se ajustar às demandas (BENJAAFAR et al., 2002).

O arranjo físico de um sistema produtivo influencia profundamente no desempenho das funções operacionais e varia de acordo com as características do processo de manufatura. Portanto, é essencial planejá-lo de acordo com as necessidades de cada organização.

2.1.1 – Tipos de Arranjos Físicos

Askin (1993), Gaither e Frazier (2002), Groover (2000), Tompkins (2003) e Slack et

al. (2009) classificam os diferentes tipos de arranjos físicos do seguinte modo: posicional ou

de posição fixa, linear ou por produto, funcional ou por processo e celular. 2.1.1.1 – Posicional ou de Posição Fixa

No arranjo físico posicional, ou de posição fixa, não existe um fluxo do produto, que permanecerá fixo, mas de recursos em torno do que está sendo processado em si (pessoas, máquinas, equipamentos e ferramentas necessárias). O motivo para tal normalmente é devido ao formato, tamanho ou peso do produto, que também poderá ser delicado o suficiente para se preferir adotar este arranjo estático.

Conforme Moreira (2008), a marca principal desse arranjo físico é a baixa produção. Com frequência, se pretende processar apenas uma unidade do produto, com características diferenciadas e baixo grau de padronização.

Segundo Krajewski e Ritzman (1999), esse tipo de layout geralmente é utilizado na montagem de aviões, navios, construção civil, geradores, turbinas, ou seja, quando o produto

(24)

Figura 4: Modelo layout de posicional.

Fonte: O autor.

2.1.1.2 – Linear ou Por Produto

O layout linear ou por produto é orientado segundo a conveniência dos produtos (recursos que estão sendo transformados). Neste tipo de layout não existem caminhos alternativos, os postos de trabalho são organizados na seqüência determinada conforme a transformação a ser sofrida pelo produto. De acordo com Davis et al. (2001), o termo linha de produção ou montagem refere-se a uma montagem progressiva, ligada a algum tipo de dispositivo de manuseio de materiais, existindo normalmente alguma forma de ditar o ritmo da transferência de materiais entre os processos.

Segundo Krajewski e Ritzman (1999), no layout linear, os materiais tipicamente fluem diretamente de uma estação de trabalho para outra adjacente, proporcionando um volume de produção maior. Os recursos são arranjados ao longo da linha de produção. Embora os layout em linha sejam dispostos na forma de uma reta, existem ainda os formatos em “L”, “O”, “S” ou “U”.

De acordo com Corrêa e Corrêa (2007), este tipo de processo é adequado para produções com características de alto volume realizadas por estações de trabalho conexas umas às outras.

Portanto, este arranjo físico se mostra ideal para organizações que possuem apenas um produto, ou produtos semelhantes (mix de baixa variedade) com um grande volume de produção. O tempo que o item gasta em cada estação ou lugar fixado é balanceado.

(25)

Segundo Benjaafar (2002), o desafio desse layout é o balanceamento das operações e o correto agrupamento das atividades nas estações de trabalho, a fim de permitir uma maximização dos resultados e minimização dos gargalos com a aplicação dos recursos.

Figura 5: Modelo de layout orientado ao produto.

Fonte: O autor.

Segundo Slack et al. (2009) para se projetar um sistema produtivo com arranjo físico linear necessita-se de dois dados primordiais: o tempo de ciclo e o número de estágios para a linha de produção. O tempo de ciclo é o tempo que decorre entre a finalização de dois produtos e pode ser calculado de acordo com a seguinte equação:

(1)

Já o número de estágios refere-se ao número de etapas, de estações de trabalho que são necessárias para a produção. Pode ser calculada com a seguinte equação:

(2)

2.1.1.3 Funcional ou por Processo

(26)

estratégia flexível, na qual é mais aconselhável um baixo volume e alta variedade, a fim de atender às mudanças no mercado. Enquanto a orientação ao produto limita a variedade de produtos, o posicionamento orientado ao processo promove maior variedade de produtos que possam ser produzidos na planta.

Como o caso de estudo pouca variabilidade no processo de fabricação e nenhuma variabilidade de produto, essa modalidade de arranjo físico não será abordada.

2.1.1.4 Celular

O arranjo físico celular é aquele em que os recursos transformados são pré-selecionados (ou se pré-selecionam a si próprios), para movimentar-se para uma parte específica da operação (ou célula) na qual todos os recursos transformadores necessários a atender suas necessidades imediatas de processamento já estão dispostos. (SLACK et al, 2009)

Caracteriza-se, então, por um só local com recursos distintos que poderão fabricar um produto inteiro ou parte do mesmo. No qual o material se deslocará pela célula, com poucas movimentações e ainda pouco estoque em processamento. No arranjo celular, o tempo do ciclo para o sistema dita a taxa de produção para a célula.

Gaither e Frazier (2002) definem esse processo como manufatura celular. Os autores explicam que através desse método é desenvolvida uma codificação para as peças produzidas envolvendo suas características e necessidades de processamento, a fim de separar as famílias a serem produzidas em uma unidade de produção denominada célula.

De acordo com Lahmar e Benjaafar (2002), este tipo de layout é projetado para a produção de um conjunto específico de produtos, cujos níveis de demanda são assumidos como estáveis e cujo ciclo de vida do produto é tomado como sendo razoavelmente longo, o que nem sempre é o caso. Alguns autores têm proposto alternativas para superar esses problemas do layout celular, como a sobreposição de células, o compartilhamento de máquinas e as células fractais, surgindo, portanto, na literatura os termos: robusto, fractal, virtual, distribuído, holônico e holográfico, entre outros.

(27)

Este arranjo físico ainda pode gerar um bom equilíbrio entre custo e flexibilidade para as operações com variedade relativamente alta, além de um atravessamento rápido. Porém, pode requerer capacidade adicional, além de que o balanceamento do fluxo de materiais na célula deve ser razoável para não gerar ociosidades, e ser caro reconfigurar o arranjo já existente para este layout. (SLACK et al, 2009)

Figura 6: Modelo de layout celular.

Fonte: O autor.

Inúmeros autores reportam suas opiniões e constatações a respeito dos tipos básicos de arranjo físico. As Tabelas 3, 4, 5 e 6 sintetizam as vantagens e desvantagens sob a ótica de diversos autores.

Tabela 3: Vantagens e desvantagens do arranjo físico posicional

TIPO DE ARRANJO

FÍSCO

AUTORES VANTAGENS DESVANTAGENS

Posicional

Slack et al. (2009)

• Flexibilidade de mix e produto muito alta;

• Produto ou cliente não movido ou perturbado;

• Alta variedade de tarefas para a

mão-de-obra.

• Custos unitários muito altos;

• Programação de espaço ou atividades pode ser complexa;

• Pode significar muita movimentação

de equipamentos e mão-de-obra.

Tompkins et.

al. (1996);

Silveira (1998)

•Pequena movimentação de materiais e enriquecimento de tarefas;

•Alta flexibilidade de processo e produto;

•Centros de trabalho autônomos.

•Grande necessidade de supervisão;

•Baixa utilização dos equipamentos;

•Possibilidade de duplicidade de equipamentos.

(28)

Tabela 4: Vantagens e desvantagens do arranjo físico linear

TIPO DE ARRANJO

FÍSCO

AUTORES VANTAGENS DESVANTAGENS

Linear

Slack et al. (2002)

• Baixos custos unitários para altos volumes;

• Dá oportunidade para especialização de equipamento;

• Movimentação de clientes e materiais

conveniente.

• Baixa flexibilidade de mix;

• Não muito robusto contra interrupções;

• Trabalho repetitivo.

Tompkins et.

al. (1996);

Silveira (1998)

•Fluxo lógico, simples e suave;

•Baixos estoques intermediários;

•Diminuição de tempos improdutivos, tarefas simples

•Curto tempo de produção unitário.

•Parada de uma das estações ocasiona a parada de toda a linha

•Gargalos têm grande efeito no sistema;

•Linhas multiplas requerem duplicação de máquinas;

•Baixa utilização dos recursos

para produtos de baixo volume.

Fonte: O autor.

Tabela 5: Vantagens e desvantagens do arranjo físico celular

TIPO DE ARRANJO

FÍSCO

AUTORES VANTAGENS DESVANTAGENS

Celular

Slack et al. (2002)

• Bom compromisso entre custo e flexibilidade para operações com variedade relativamente alta;

• Atravessamento rápido;

• Trabalho em grupo pode resultar em

melhor motivação.

• Pode ser caro reconfigurar o arranjo físico atual;

• Pode requerer capacidade adicional;

• Pode reduzir níveis de

utilização de recursos.

Tompkins et.

al. (1996);

Silveira (1998)

•Baixa ociosidade;

•Criação de grupos multifuncionais e visão do produto;

•Maior controle do sistema e confiabilidade de entregas;

•Melhor uso do espaço disponível.

• Altos custos com treinamento da mão-de-obra;

• Necessidade de máquinas

pequenas e móveis.

(29)

Tabela 5 (continuação)

TIPO DE ARRANJO

FÍSCO

AUTORES VANTAGENS DESVANTAGENS

Celular

Shingo (1996); Monden

(1984)

• Pedidos de última hora podem ser atendidos rapidamente;

• Redução de custos (perdas, estoques);

• Maior visibilidade de problemas;

• Melhor aproveitamento do potencial humano;

• Maior competitividade da empresa;

• Menor tempo de processo e setup;

• Menor estoque em processo.

Black (1998); Assad et al.

(2003)

• Redução dos tempos de transporte de material;

• Redução dos tempos de setup e restrições para balanceamento de linhas;

• Diminuição das variabilidades dos tempos de ciclo;

• Melhor monitoramento, controle dos

estoques e da qualidade.

2.1.2 – Metodologia para seleção de um arranjo físico

O tipo de arranjo físico a ser adotado não envolve apenas uma seleção entre os tipos básicos, deve-se fazer uma análise mais ampla do sistema de produção, envolvendo o estudo do fluxo de produção, o que envolve as características de volume e variedade do mesmo. As decisões de arranjo físico recaem e dependem desses dois elementos básicos. Esses, direta ou indiretamente, são responsáveis por todas as características, fatores e condições do planejamento.

Para Askin (1993) a combinação entre volume de produção e variedade de produtos impacta fortemente na escolha do tipo de arranjo físico, como também no planejamento e na hierarquia de decisão.

(30)

O tipo de processo produtivo também é um fator relevante no processo decisório de arranjo físico devido à sua relativa associação ao volume e variedade. Para Hax e Candea (1984) os processos de produção nos sistemas de manufatura podem ser classificados e descritos de acordo com as Figuras 7 e 8.

Figura 7: Características dos tipos de processos produtivos.

(31)

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Figura 8: Comparação dos tipos de processos produtivos.

Fonte: Adaptado de Hax e Candea (1984).

Para Slack et al. (2009) é importante observar que a relação entre os tipos de processo e tipos básicos de arranjo não é totalmente determinística. Um tipo de processo não implica um tipo básico de arranjo físico em particular. A Figura 2 ilustra a relação entre os tipos de processos e a tendência na escolha do arranjo físico.

Da Figura conclui-se que o arranjo físico posicional é utilizado comumente para fluxos onde há alta variedade e baixo volume produzido, indicado geralmente para projetos únicos. Por outro lado, o arranjo físico linear é usado para variedades mais baixas e volumes mais altos, em cadeias produtivas de processos contínuos.

Em face dessa problemática e para atingir um bom desempenho no planejamento do arranjo físico, Slack et al. (2009) propõe um modelo de decisões ilustrado pela Figura 1. Essa escolha inicia-se com a análise do volume e variedade dos produtos a serem fabricados atrelados à identificação dos objetivos estratégicos da produção. Nessa primeira etapa, decide-se o tipo de processo mais adequado ao sistema de produção.

(32)

A terceira decisão consiste em selecionar um projeto detalhado de arranjo físico, que envolve:

• localização física de todas as instalações, equipamentos, máquinas e pessoal que constituem os centros de trabalho;

• espaço a ser alocado a cada centro de trabalho;

• as tarefas que serão executadas por centro de trabalho.

Slack et al (2009), destaca ainda que de todas as características dos vários tipos básicos de arranjo físico, o fator mais significante seja a implicação, para os custos unitários, da escolha do tipo de arranjo físico.

Os tipos básicos de arranjos físicos possuem características que os diferem quanto aos custos fixos e variáveis (Figura 09), o que pode auxiliar na decisão de qual arranjo utilizar. Porém, na prática, a incerteza sobre os exatos custos fixos e variáveis de cada tipo de arranjo físico significa que raramente a decisão pode basear-se exclusivamente na consideração de custo.

Figura 9: Relação entre o tipo de layout e seus custos.

Fonte: Slack et al (2009).

(33)

Figura 10: Relação entre o tipo de layout e seus custos detalhado.

Fonte: Slack et al. (2009).

Os limites de decisões dos diferentes tipos de arranjos físicos aparecem com menos clareza, pois se observam limites de volumes para até três tipos de arranjos físicos. Quanto maior a incerteza a respeito dos custos, mais largos são os limites dos custos e menos claras as escolhas. Dessa forma, quando as diferenças entre os custos não são significantes, propõe-se decidir de acordo com a tabela de vantagens e desvantagens.

Assim, a direção final sobre qual arranjo físico escolher é influenciada tanto pelos custos quanto pela análise das vantagens e desvantagens de cada um, frente aos objetivos de desempenho estratégicos da empresa.

2.2 – Processos de Construção Naval

(34)

O planejamento detalhado para a construção de uma embarcação exige que sejam conhecidos detalhes de sua estrutura. A estrutura tradicional de um navio é detalhada na Figura 11:

Figura 11: Estrutura de produto de um navio.

Fonte: Bell (2005).

De acordo com a Figura 12 pode-se concluir que um navio é composto por seções ou blocos. Seções são divididas em blocos. Blocos são compostos por sub-blocos. Os sub-blocos são compostos por painéis e partes. E por fim, os painéis são compostos por chapas e perfis. Além disso, partes como tubulações e equipamentos (sistemas) integram a estrutura em diferentes níveis e em diferentes graus de pré-outfitting (instalação de equipamentos e sistemas, na medida do possível, antes da fase de acabamento e outfitting, reduzindo assim o tempo desta etapa).

(35)

Dado a natureza complexa da construção de uma embarcação, a Figura 3 oferece uma visão geral dos processos produtivos associados a essa atividade em um estaleiro típico:

Figura 12: Esquema geral do processo de construção naval de um estaleiro.

Fonte: Bell (2005).

(36)

Em cada etapa do processo produtivo do estaleiro predomina ainda um tipo de sistema de produção e seu respectivo arranjo físico, em função das suas características operacionais e do nível de demanda que se pretende atender. As próximas seções abordarão com maior riqueza de detalhes cada um dos processos de construção naval.

2.2.1 – Recepção e armazenagem de suprimentos

Para Favarin et al. (2010) esse processo pode ser dividido em três etapas: recepção, estoque e tratamento superficial do metal.

O armazenamento de suprimentos (chapas e perfis) na maioria dos estaleiros é realizado em áreas abertas chamadas pátio de aço, que correspondem ao local de entrada de todos os materiais necessários às oficinas de processamento, linha de fabricação de painéis e estações de submontagens (PIRES JÚNIOR et al., 2010).

Após a estocagem, esses materiais são direcionados ao pré-tratamento (desempeno, se necessário) e ao tratamento da superfície. Os recursos envolvidos nesse processo são guindastes, empilhadeiras motorizadas, pórticos e pontes rolantes que posicionam as chapas nas pilhas e posteriormente entregam a uma esteira rolante ligada à linha de tratamento ou a áreas específicas caso o estaleiro não realize o tratamento em linha (PINTO, 2007).

A gestão do pátio de aço é focada no estudo da composição das pilhas de chapas e no seu arranjo físico visando à alimentação adequada e racional dos processos que dependem do material estocado. Além da interação com a produção, a estocagem do aço se relaciona com outros departamentos como o de compras e o de projeto. O setor de compras, por exemplo, avalia constantemente os estoques, os cronogramas da produção e a situação do mercado. Já o setor de projeto define as demandas da produção em termos de tipos e de quantidades de chapas (PIRES JÚNIOR et al., 2010).

2.2.2 - Fabricação de Partes

(37)

cortadas e/ou conformadas são marcadas com a identificação da sua rota de destino e em seguida, transferidas para as oficinas de subsequentes (STORCH et al., 1995).

Os processos de corte mais utilizados pelos estaleiros podem ser classificados em corte mecânico (caracterizado pelo uso de equipamentos simples e tradicionais) e térmico (caracterizado pela aplicação localizada de calor na peça) (STORCH et al., 1995). Os cortes podem ainda ser classificados como manuais (nenhum tipo de força motriz é utilizado), semi-automáticos (direção do corte depende tanto da máquina quanto dos operadores) ou automáticos (realizado por equipamento de controle numérico computacional) (STORCH et

al., 1995).

Outra etapa desse processo, a conformação do material, também é realizada nas estações de processamento, e corresponde a um processo aplicado em chapas e perfis para corrigir distorções de fabricação originadas nos processos de corte e soldagem ou dar forma específica às peças. A conformação pode ser mecânica ou térmica (STORCH et al., 1995). As máquinas de conformação mecânica utilizadas são prensas, viradeiras e calandras. Essas máquinas são operadas hidraulicamente ou manualmente e trabalham com aço a frio. As calandras são usadas para gerar formas cilíndricas, cônicas e circulares nas chapas e perfis. As prensas e viradeiras são usadas para a flexão, retificação e curvaturas variadas (STORCH et

al., 1995).

A gestão operacional dessa etapa de fabricação é caracterizada pelo uso de equipamentos que retiram as chapas tratadas de áreas adjacentes às máquinas ou de áreas centrais de armazenagem e posicionam essas peças nas máquinas de corte ou caso o corte seja manual, nas áreas delimitadas para o processo. As peças após serem cortadas são armazenadas em grupos de acordo com as quantidades e seqüências necessárias à montagem de estruturas (STORCH et al., 1995).

Para Pinto (2007) uma demanda pequena de navios já justifica a introdução de linhas de fabricação de partes.

2.2.3 - Introdução aos processos estruturais

(38)

soldagem, entre outros fatores. Os processos mais usuais de soldagem são: arco elétrico com eletrodo revestido, TIG (Tungsten Inert Gas), MIG (Metal Inert Gas)/MAG (Metal Active

Gas), plasma, arco submerso e arame tubular (STORCH et al., 1995).

No caso do arco elétrico com eletrodo revestido é criado um circuito elétrico entre a peça e o eletrodo consumido no processo. Com o calor do arco, o eletrodo funde-se e preenche o espaço soldado, sendo protegido pelo próprio revestimento do eletrodo que, ao fundir-se, cria uma camada protetora de gás. Este é o processo de solda mais versátil e muito usado nos estaleiros (STORCH et al., 1995).

No processo TIG, o arco é criado através de um eletrodo de tungstênio não-consumível e o material de adição é alimentado separadamente e protegido por um gás inerte (argônio ou hélio). Como a alimentação é separada do eletrodo que gera o calor, a solda é menos propensa a impurezas. É usado nos estaleiros para soldar peças de pequena espessura, alumínio, tubos ou a primeira etapa de uma solda de várias camadas (STORCH et al., 1995).

Na técnica MIG/MAG a proteção contra a contaminação atmosférica do arco, do eletrodo, da zona fundida e da peça é obtida por um gás ou mistura de gases. Se o gás é inerte (Ar/He), o processo é também chamado MIG, se o gás for ativo (CO² ou misturas com Ar/O²/CO²), o processo é chamado MAG (GREENWOOD e HILL, 2005). O método normalmente é semi-automático, podendo ainda ser totalmente automatizado, a partir de robôs. A utilização de arames contínuos e elevada taxa de deposição apresenta alta produtividade (STORCH et al., 1995).

A solda a plasma usa gás ionizado, atinge altíssimas temperaturas e alta velocidade. Também usa um eletrodo de tungstênio. Costuma ser manual e tem uso muito restrito na construção naval (STORCH et al., 1995).

(39)

A técnica do arame tubular consiste de um arco elétrico com alimentação contínua de arame tubular e que usa proteção de um fluxo de material granular. É bastante usado em estaleiros necessariamente automatizado e permite grande fluxo de material devido à alta concentração de calor (STORCH et al., 1995).

A Tabela 6 mostra um comparativo entre os processos de soldagem descritos acima.

Tabela 6: Comparativo entre processos de soldagem

PROCESSO DE SOLDAGEM TIPO DE OPERAÇÃO LOCAL DO NAVIO

VANTAGENS LIMITAÇÕES

Eletrodo

Revestido

Manual Vários

Baixo custo do equipamento,

versatilidade, solda em locais

de difícil acesso,

disponibilidade de

consumíveis no mercado.

Baixa produtividade, necessidade

de remoção de escória, depende

da habilidade do operador,

produção de fumos e respingos,

qualidade do cordão inferior ao

MIG/MAG, posição de soldagem

restrita, não automatizável.

TIG

Manual e

automática Tubulações

Excelente qualidade da solda,

acabamento do cordão,

menor aquecimento da peça,

baixa sensibilidade à

corrosão inter-granular,

ausência de respingos e

possibilidade de

automatização.

Dificuldade de utilização em

presença de corrente de ar,

inadequado para chapas acima de

6 mm de espessura,

produtividade baixa, custo,

eficiência depende da habilidade

do operador.

MIG / MAG

Automática e

semi Painéis

Facilidade de operação, alta

produtividade, processo

automatizável, baixo custo

relativo, excelente qualidade

da solda.

Complexidade da regulagem do

processo, dificuldade de

utilização em presença de

corrente de ar, posição de

soldagem limitada, probabilidade

elevada de gerar porosidade,

produção de respingos,

(40)

Tabela 6 (continuação) PROCESSO DE SOLDAGEM TIPO DE OPERAÇÃO LOCAL DO NAVIO

VANTAGENS LIMITAÇÕES

Arco Submerso Automática e semi Blocos e chapas

Excelente qualidade da solda

e sem respingos, velocidade

de soldagem maior que a do

eletrodo revestido

Posição da soldagem.

Arame Tubular

Automática e

semi Vários

Melhor estabilização do arco,

menor quantidade de

respingos, cordões com

melhor aspecto, proteção

eficiente com menor

quantidade de gás.

Solda apenas metais ferrosos e

ligas a base de níquel,

necessidade de remoção de

escória.

Fonte: Storch et al.(1995).

2.2.4 - Fabricação de painéis

Painéis são estruturas feitas basicamente de chapas e perfis trabalhados e soldados. Podem ser de 2 tipos: planos ou curvos.

Os painéis planos respondem pela grande maioria dos painéis (compõem o fundo, costados retos, conveses, dentre outros). A fabricação de painéis planos corresponde à montagem de estruturas planas com maior nível de padronização de geometrias e processos, em comparação à fabricação de painéis curvos. Os painéis são formados por chapas, reforços primários e reforços secundários. Há na fabricação destes roteiros de processos bem definidos, listas de materiais e tempos de processamento parecidos, podendo haver diferenças quanto ao número e tamanho de perfis ou partes que são soldadas às chapas (STORCH et al., 1995).

(41)

setup na fabricação associados ao ajuste de gabaritos, cálculo das linhas de aquecimento das

chapas, etc (STORCH et al., 1995).

Os principais métodos de montagens dos painéis planos se diferem no número e ordem de etapas e são compostos basicamente pelos seguintes processos: junção das placas, solda ponto (ponteamento) para fixação das placas, soldagem completa da junção, marcação dos furos e da localização dos perfis, dobragem das placas e perfis no caso de painéis curvos, colocação dos perfis e solda ponto para fixação, soldagem dos perfis, armazenagem e transporte (PINTO, 2007). Após esse processo, é realizada a inspeção de soldagem pelo controle de qualidade de acordo com técnica pré-determinada. Caso seja detectada alguma imperfeição, a soldagem é refeita após aprovação do processo (STORCH et al., 1995).

O grau de automação da oficina de fabricação de painéis é variável. Os painéis curvos são fabricados, geralmente, em linhas manuais, pois as automatizadas são pouco versáteis e com um setup (intervalo de preparação) muito grande entre peças diferentes. Na maioria das vezes, essas dificuldades não justificam essa automatização. Isso não acontece para painéis planos, onde a grande quantidade de estruturas iguais e baixo tempo de setup entre os diferentes justificam a instalação de linhas de painéis. Portanto, o grau de automação a ser implantado na linha é avaliado por uma análise de custo e benefício, entre o custo dos equipamentos e mão-de-obra dispensada e o maior volume de produção permitido (PINTO, 2007).

Para Pinto (2007), se a demanda é unitária ou pequena, não compensa a elaboração de um sistema de produção repetitiva para fabricação dessas peças, que serão modeladas como produção por projeto. Para um cenário de demanda média ou grande, as semelhanças de processo justificam a existência de células de manufatura dedicadas tal qual uma linha de produção, seqüência bem definida e contínua. Caracteriza-se assim um sistema de produção intermitente repetitiva, com fluxo linear do tipo flow-shop.

2.2.5 - Montagem de sub-blocos, blocos e seções

(42)

quesitos como grau de automação e grau de pré-outfitting embutido. Essa etapa representa uma das mais complexas e demoradas na construção de embarcações, devido à enorme quantidade de peças e elementos estruturais que são enviados pelas estações anteriores. (STORCH, 1995; PINTO, 2007). Depois de montadas, as seções e blocos são enviadas para a pintura e, em seguida, para o dique para montagem da edificação.

Os processos de fabricação de painéis e montagem de sub-blocos, blocos e seções são intimamente interligados, de forma que no instante em que um sub-bloco é montado seus painéis e partes integrantes devem estar disponíveis. Da mesma forma, no instante em que um bloco será montado, seus sub-blocos dever estar prontos, bem como os eventuais sistemas e equipamentos a serem montados no pré-outfitting. A melhor sincronização dos processos implica em menor tempo total de fabricação ou montagem e menor estoque de componentes em processo.

Essa preocupação deverá necessariamente ser considerada na integração entre as etapas de produção. Dessa forma, como no processo anterior, para uma demanda unitária ou pequena, a modelagem do sistema é a de projetos. Para demandas maiores, o roteiro semelhante de processos caracteriza essa etapa como produção intermitente repetitiva, de fluxo tipo flow-shop (PINTO, 2007). No entanto, as oficinas de blocos de um estaleiro dada a sua diversidade de operações, também podem ter comportamento característico de um

job-shop, definido por um processo de produção intermitente, com exigência de equipamentos

flexíveis e em seqüência não linear com diferentes operações de produção e, conseqüentemente, um grande número de opções de produção que devem ser avaliadas (PINTO, 2007).

(43)

Figura 13: Linha de fabricação de painéis planos e curvos e montagem de bloco.

Fonte: Bell (2005).

2.2.6 - Edificação

O processo de edificação corresponde a um dos últimos estágios na construção de embarcações e caracteriza-se pela sucessiva junção de blocos e/ou seções ao navio em construção no dique ou carreira. Essa etapa diferencia-se das demais porque há relações de interdependência entre os processos envolvidos. Não é possível edificar um bloco de convés antes do fundo e costado, por exemplo. É um processo lento, que ocorre concomitantemente à construção de blocos e outras atividades no estaleiro (KIM et al., 2002).

É também característica a existência de sub-processos que podem ocorrer em paralelo ao longo desta etapa, como a edificação de blocos em pontos diferentes do comprimento do navio ou em bordos diferentes, por exemplo.

Estas características apontam para um sistema de produção por projetos para a edificação, para qualquer cenário de demanda (PINTO, 2007).

2.2.7 – Acabamento e Outfitting

(44)

instalação de bombas, equipamentos de apoio à habitação, jateamento, pintura, entre outros. A maior parte destas podem ser executadas em paralelo.

É nesta fase final do processo produtivo que há a maior parcela de diferenciação do produto pois cada embarcação tem requisitos de acabamento particulares.

O sistema de produção por projetos é o adequado para essa etapa para qualquer cenário de demanda (PINTO, 2007).

2.2.8 – Relação com embarcações de pequeno porte

Os processos descritos na seção anterior relacionam-se à construção de navios e suas principais características. A fabricação de pequenas embarcações metálicas reproduz os mesmos processos citados anteriormente, no entanto, como a estrutura desses produtos é de menor complexidade, o processo global torna-se também simplificado. A Figura 14 ilustra os principais processos para a construção naval de pequeno porte:

Figura 14: Processos de construção naval de pequeno porte.

Fonte: O autor.

Na recepção de suprimentos a principal característica que diferencia o pequeno porte é a quantidade de material. Por necessitar de peças menores, esse processo necessitará de equipamentos de movimentação mais modestos e menor complexidade de movimentação dos materiais.

(45)

estrutural pela inviabilidade de manter equipes dedicadas apenas à conformação ou mesmo pela possibilidade de acúmulo dessa atividade pela equipe de montagem.

O processo de montagem estrutural pode ser classificado como a junção dos processos de montagem da edificação, sub-blocos, blocos e seções, e fabricação de painéis para o cenário das pequenas embarcações visto que esses processos se confundem entre si não permitindo a separação deles. A dificuldade de automatização das atividades inerentes a esses processos dificulta a separação dessa etapa ainda que para grandes demandas.

Para as embarcações de pequeno porte, a pintura é realizada depois da montagem devido à impossibilidade ou inviabilidade de se paralelizar este processo com os anteriores.

O último processo antes do comissionamento é o referente às instalações eletromecânicas que se incumbem da montagem de sistemas elétricos, de governo, de comunicação, de propulsão, dentre outros.

Diante do exposto, pode-se concluir que, embora os processos sejam bastante similares, o segmento de pequenas embarcações é mais fortemente afetado com a variação do volume de produção visto que, por serem produtos de menor complexidade tecnológica, podem requerer diferentes níveis de demanda para justificar investimentos em tecnologia e aperfeiçoamento dos processos construtivos.

2.3 – Simulação

A simulação é uma das ferramentas de apoio à decisão que permite projetar e analisar o desempenho de sistemas e de processos complexos, podendo ser entendida como o processo de construção de modelos representativos de um sistema real, objetivando a realização de experiências com esse modelo no intuito de conhecer melhor o seu comportamento para avaliar o impacto de estratégias alternativas de operação (CHWIF e MEDINA, 2010; LAW e KELTON, 2000; SHANNON, 1992).

(46)

Shannon (1992) destaca alguns objetivos da simulação como: o estudo de novas políticas e procedimentos, a determinação dos fatores mais significativos com relação aos impactos provocados no desempenho dos sistemas, a combinação de parâmetros que produzem o melhor resultado, e a análise de gargalos produtivos. Shannon (1998) aponta outra vantagem do método que se refere à possibilidade de testar novos arranjos físicos e sistemas de movimentação, sem o comprometimento de outros recursos e estações de trabalho envolvidas. Além disso, o tempo de simulação pode ser comprimido ou expandido, permitindo a análise de tarefas demoradas, de cenários de longo prazo ou de fenômenos complexos.

Shannon (1998) também cita que o fracasso de projetos de simulação pode ser atribuído a alguns fatores como: falha na definição do objetivo do estudo, falha no planejamento dos recursos necessários, participação inadequada dos envolvidos, desenvolvimento do código de programação antes da compreensão efetiva do sistema, detalhamento do modelo de forma exagerada ou insuficiente, e falta de gestão estratégica. Além desses possíveis fatores de fracasso, Banks (1999) aponta que a simulação é inadequada para problemas que podem ser resolvidos analiticamente e o desenvolvimento de modelos de simulação pode consumir tempo e recursos financeiros elevados, caso não seja estruturado de forma eficiente.

2.3.1 - Componentes de um sistema de simulação de eventos discretos

Banks et. al. (1996) descrevem os principais elementos da simulação como: o estado do sistema, as entidades, e as atividades. O estado do sistema é definido pelo estado interno de todas as entidades contidas no modelo. Esse estado corresponde às variáveis com as informações necessárias para descrever o sistema em um dado momento. Os eventos são condições que ocorrem em um ponto do tempo e que causam mudanças no estado do sistema.

(47)

As filas são representações de uma lista ou relação de entidades que esperam para serem atendidas. As regras de atendimento variam de acordo com o sistema. As regras podem considerar os tempos de processamento priorizando, por exemplo, entidades processadas em um tempo menor, dentre outros critérios (CARSON, 2003; BANKS, 1996).

As atividades representam um tempo com duração conhecida. As durações podem ser constantes, valores aleatórios, resultados de uma equação, entradas de arquivos externos, etc. A duração pode também ser calculada com base nos atributos das entidades (por exemplo, tempo de soldagem baseado no comprimento de solda da peça). Já as esperas são ocorrências de tempo indeterminado, causadas por alguma condição do sistema (CARSON, 2003; BANKS, 1996).

2.3.2 – Metodologias

Segundo Carson (2003) em todo projeto de simulação existem fases e passos a serem seguidos cuja meta é o sucesso do projeto final. Shin (2004) afirma que a maioria dos trabalhos de simulação mal sucedidos tem como principal causa a deficiência de uma metodologia de execução adequada.

Diversas metodologias para projetos de simulação podem ser encontradas na literatura, como em Shannon (1998), Banks (1999), Carson (2003) e Sánchez (2007). Comparando-se as metodologias, pode-se melhor descrever o processo de simulação através de uma adaptação dos métodos de Chwif e Medina (2010) e Law (2009) que abrange três fases: concepção, implementação e análise.

Na primeira etapa da concepção, devem ser definidos os objetivos e o escopo do estudo bem como suas hipóteses e o nível de detalhamento do sistema. É a fase que compreende ainda a apresentação do problema, a abrangência do estudo e a metodologia usada no trabalho. É preciso explicitar de forma clara qual é o problema que se deseja resolver.

(48)

Shannon (1998), a essência da arte da modelagem está na abstração e simplificação. Por isso o autor recomenda limitar o uso de variáveis do sistema, buscando incluir no modelo apenas as fundamentais, suficientes para atender os objetivos específicos do estudo. Não é necessário que exista uma correspondência entre cada elemento do modelo e cada elemento do sistema. Um detalhamento excessivo pode dificultar a simulação pelo programa utilizado.

Após essas decisões, o modelo definido deve ser representado de acordo com alguma técnica de representação de modelo de simulação (fluxogramas, mapas de processo, códigos para definir variáveis e componentes, relações matemáticas e lógicas, etc) a fim de torná-lo um modelo conceitual (CHWIF E MEDINA, 2010).

A segunda etapa da fase de concepção abrange ainda a coleta de dados. Para Law (2003) essa etapa consiste na aquisição de informações da estrutura e procedimentos operacionais do sistema, coleta e resumo dos dados utilizados na concepção do modelo conceitual. Também deverão ser definidas medidas de desempenho do sistema real para futura validação dos resultados.

Após a coleta dos dados, um fator de suma importância é a determinação de como estes variam, ou seja, qual o tipo de distribuição de probabilidade que mais se assemelha à distribuição apresentada pelos dados coletados. Ao se ajustar uma distribuição de probabilidade a um conjunto de dados, trabalha-se com a hipótese de que a distribuição pode representar adequadamente aquele conjunto de informações. Algumas maneiras possíveis para se encontrar esta distribuição são através da análise de resíduos da distribuição, construção de histogramas e comparação com curvas de distribuição padronizadas, testes de aderência dentre outros (LOBÃO e PORTO, 1999).

(49)

Utiliza-se do p-value para se fazer as análises desses dois testes de aderência. Segundo Law e Kelton (2000), “O valor p está associado à probabilidade de se obter outro conjunto de dados que seja mais inconsistente com a distribuição ajustada, do que o conjunto de dados atualmente utilizado”. Ou seja, maiores valores de p indicam maior aderência. A Tabela 7 abaixo apresenta as faixas de valores do p-value.

Tabela 7: Critérios para classificação do p-value

VALOR CRITÉRIO

p-value < 0,01 Evidência forte contra a hipótese de aderência.

0,01 ≤ p-value < 0,05 Evidência moderada contra a hipótese de aderência.

0,05 ≤ p-value < 0,10 Evidência potencial contra a hipótese de aderência.

0,10 ≤ p-value Evidência fraca contra a hipótese de aderência.

Fonte: Chwif e Medina (2010).

E a qualidade do ajuste das curvas é principalmente baseada na minimização do erro quadrado (square error) é dado pela equação do erro quadrado:

(3)

Onde:

fi é a frequencia relativa observada no intervalo i. f(xi) é a frequencia relativa teórica no intervalo i.

Imagem

Figura 2: Relação entre tipos de processo e tipos básicos de arranjo físico.
Tabela 2: Modelos de sistemas de produção recomendados
Figura 7: Características dos tipos de processos produtivos.
Figura 12: Esquema geral do processo de construção naval de um estaleiro.
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Referências

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