Células de Manufatura: O Caso de uma Indústria de
Implementos para Cana de Açúcar
Oliveira, M. M. B.
Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo Avenida Bandeirantes 3900, Ribeirão Preto SP Brasil CEP 14040-900 mmattos@usp.br
Giraldi, J. M. E.
janainagiraldi@n2.comCosta, A. L.
Faculdade de Economia, Administração e Contabilidade de Ribeirão Preto - Universidade de São Paulo alcosta@usp.br
Ferreira Ribeiro, J.F.
Instituto de Ciências Matemáticas e Computação de São Carlos - Universidade de São Paulo jffr@icmc.sc.usp.br
ABSTRACT
To present the application results of an algorithm for obtaining manufacturing cells in a factory within the region of Ribeirão Preto (Brazil), DMB Agricultural Implements, is the objective of this document. A manufacturing cell can be obtained through the models proposed by Group Technology, which allows the factory to be managed into cells (or manufacturing isles), that makes management an easier task.
Management becomes easier because of the reduction of the area to be managed (manufacturing isles), and because of the gains resulted from better human relations, better operator specialization, lower inventory levels during the process, and faster production setups. Another gain is related to flexibility. Flexibility is the key concept in celular manufacture. The system can rapidly react to the variations in customer demand or to changes in product’s conception.
KEYWORDS
Manufacturing Cells, Group Engineering, Production Planning
RESUMO
Apresentar os resultados da aplicação de um algoritmo de obtenção de células de manufatura em uma fábrica da região de Ribeirão Preto, a DMB Implementos Agrícolas, é o objetivo deste trabalho. Uma célula de manufatura pode ser obtida a partir dos modelos propostos pela Tecnologia de Grupo, a qual permite que a fábrica seja gerenciada em células (ou ilhas de fabricação) que tornam o gerenciamento uma tarefa mais fácil.
O gerenciamento torna-se mais fácil devido à diminuição da área a ser gerenciada (ilhas de fabricação), e devido aos ganhos advindos de melhores relações humanas, melhora na especialização do operador, menores estoques durante o processo e manuseamento de materiais e tempos de preparação (setups) de produção mais rápidos. Outro ganho é relativo à flexibilidade. A flexibilidade é o conceito básico na produção celular. O sistema pode reagir rapidamente às variações na demanda do cliente ou mudança na concepção e conjunto de produtos.
Na primeira parte deste trabalho é realizada uma revisão bibliográfica acerca da teoria relacionada com células de manufatura. São também abordados algoritmos utilizados para obterem-se células de manufatura, assim como é explicado o funcionamento do programa utilizado na geração de sugestões de células de manufatura na empresa analisada.
Na segunda parte deste trabalho é realizada a aplicação do algoritmo proposto por FERREIRA RIBEIRO & RIBEIRO (uma heurística para seleção de células de manufatura) na DMB Implementos Agrícolas, a fim de verificar a nova disposição física sugerida para os equipamentos, bem como os benefícios advindos da mesma.
A EMPRESA
A DMB Máquinas e Implementos Agrícolas Ltda. foi fundada em 05 de Agosto de 1964 em Sertãozinho, na região de Ribeirão Preto, estado de São Paulo, Brasil. Localizada na Rodovia Armando de Salles Oliveira Km 336, ocupa uma área de 87.036 m2, fabricando uma extensa linha de produtos para o plantio e cultivo da cana-de-açúcar.
A empresa possui revendas por todo o Brasil e no exterior é representada pela Interunion Comércio Internacional Ltda. Os principais países com os quais a DMB comercializa seus produtos são: Argentina, Bolívia, Paraguai, Uruguai, Guatemala, Honduras, Costa Rica, Venezuela, República Dominicana, Colômbia e Estados Unidos.
ESTUDO DO CASO DA DMB
O objetivo deste artigo é analisar a viabilidade da implantação de células de manufatura e propror o agrupamento de máquinas num processo tipo job shop. Para o estudo do caso da DMB, os três principais componentes do projeto de pesquisa são:
I.
AS QUESTÕES DO ESTUDO.
As questões a serem investigadas na DMB são: (1) Por que a implementação de células de manufatura na fábrica traria benefícios para a DMB? (2) Qual seria o tipo de célula de manufatura resultante da nova disposição das máquinas?II.
AS PROPOSIÇÕES.
Para o caso da implementação de células de manufatura na DMB, consideram-se as seguintes proposições, em resposta às questões colocadas anteriormente: (1) O arranjo físico celular proporciona melhores relações humanas, melhora na especialização do operador, oferece menores estoques durante o processo e manuseamento de materiais, reduz os tempos de preparação (setups) de produção e reduz os custos de mão-de-obra, sendo estes os benefícios esperados com a sua implantação na DMB. (2) As células de manufatura seriam do tipo fábricas dentro da fábrica, conforme SLACK et al. (1997), ou seja, possuiriam todos os recursos diretos e indiretos necessários para completar o processo de transformação. A Figura 1 apresenta um exemplo de célula do tipo “fábrica dentro da fábrica”.III.
AS UNIDADES DE ANÁLISE.
A unidade inicial de análise é o arranjo físico atual da fábrica da DMB em Sertãozinho, incluindo as máquinas utilizadas nos processos, as peças fabricadas e as etapas de cada processamento.B B A A C C D D
Célula para o produto D Célula para o produto C Célula para o produto A
Célula para o produto B
Figura 1. Exemplo de Célula do Tipo “Fábrica dentro da Fábrica”. Adaptado de: SLACK et al. Administração da Produção. São Paulo, Atlas,1997.
O ALGORITMO
OLIVEIRA (1997) construiu um programa computacional denominado Células para investigação de células de manufatura. Este programa foi usado no caso da DMB. O programa Células trata-se da
informatização do método heurístico proposto por FERREIRA RIBEIRO & RIBEIRO (1993) para seleção de células de manufatura, conforme figura 2. As células serão constituídas pelas peças necessárias na fabricação e montagem dos produtos da empresa. Assim, cada célula ficará responsável pela fabricação de um grupo de peças semelhantes (no que diz respeito às etapas do processamento). Estas, por sua vez, irão compor os produtos da empresa na linha de montagem.
Algoritmo manufacturing cells: ➊ Leitura das seqüências de produção
➋ Criação da matriz de carga de trabalho
➌ Inclusão das diferenças entre peças
➍ Escolha de cernes iniciais
➎ Divisão de peças e máquinas
➏ Fim do algoritmo
Algoritmo manufacturing cells:
➊ Leitura das seqüências de produção
➋ Criação da matriz de carga de trabalho
➌ Inclusão das diferenças entre peças
➍ Escolha de cernes iniciais
➎ Divisão de peças e máquinas
➏ Fim do algoritmo
Figura 2. Algoritmo para Obtenção de Células de Manufatura, por FERREIRA RIBEIRO & RIBEIRO (1993).
Um exemplo considerado para apresentar o algoritmo de usado está disposto na Tabela 1. Ele consiste em cinco peças e quatro máquinas, que deverão ser repartidas em duas células de manufatura.
Peça Seqüência Duração
1 2 4 2 1 2 1
2 1 3 3 5
3 2 4 1 1
4 1 3 1 1 3 1
5 1 6
A peça 1 deve passar pelas máquinas 2 e 4, e novamente pela 2, e a duração do processamento em cada máquina é 1, 2 e 1, respectivamente. A mesma estrutura é considerada para as demais peças.
A matriz de carga de trabalho (peças x máquinas), cujos elementos são as cargas de trabalho das peças i nas máquinas j, pode então ser determinada. As cargas de trabalho são calculadas da seguinte forma, com relação a uma máquina:
Carga [i, j] = nbunidades [i] * ∑ duração [i, k] Onde:
nbunidades [i] = número de unidades de peças i a ser fabricado. duração [i, k] = duração da k ésima operação na peça i.
A Tabela 2 apresenta a matriz de carga de trabalho calculada para o exemplo proposto por FERREIRA RIBEIRO & RIBEIRO (1993).
1 2 3 4 1 0 2 0 2 2 3 0 5 0 3 0 1 0 1 4 2 0 3 0 5 6 0 0 0
As peças estão dispostas verticalmente, na coluna, e as máquinas que irão processá-las estão dispostas na horizontal, nas linhas. A carga de trabalho para cada máquina, em relação a uma peça em particular, está apresentada na intersecção da linha com a coluna.
O próximo passo do algoritmo de obtenção de células de manufatura é a inclusão das diferenças entre as peças. A partir das diferenças entre as peças, será possível mensurar o grau de similaridade entre elas, agrupar as peças que são similares e separar aquelas que não são. O método de FERREIRA RIBEIRO & RIBEIRO (1993) de inclusão das diferenças leva em consideração as dissimilaridades na seqüência de produção das peças. As diferenças são calculadas como a seguir:
Dadas as peças Pi e Pj definidas por vetores 0/1:
Pi = [ai1, ..., aik, ..., ainbm]
Pj = [aj1, ..., ajk, ..., ajnbm]
Onde:
nbm = número de máquinas na estação de trabalho aik = 1 se a peça Pi for sujeita a uma operação do tipo k
0 do contrário
A diferença entre duas peças (Pi e Pj) é dada por:
nbm Dis [Pi, Pj] = ∑ φ [aik, ajk] k=1 Onde: φ [aik, ajk] = 1 se aik ≠ ajk 0 do contrário
A Tabela 3 apresenta a matriz de diferenças entre as peças do exemplo. 1 2 3 4 5 1 --2 4 --3 0 4 --4 4 0 4 --5 3 1 3 1
--Tabela 3. Matriz de Diferenças (Peças x Peças)
A diferença entre as peças 5 e 1 é igual a 3. A peça 5 é processada na máquina 1, mas a peça 1 não é processada nesta máquina. Assim, é computado o primeiro valor 1 na somatória. A peça 1 passa pelas máquinas 2 e 4, mas a peça 5 não. Dessa forma, mais dois valores 1 são adicionados na somatória, resultando no valor final 3 de diferença entre as peças 5 e 1: Dis [5, 1] = 1+1+1 = 3.
A distribuição das peças e máquinas em células de manufatura é alcançada em duas etapas: (1) a escolha dos cernes para iniciar a família de peças; e (2) a separação de peças e máquinas.
O primeiro cerne inicial será a peça que for sujeita ao maior número de operações. Assim, este cerne estará sujeito a uma grande capacidade de fabricação. Outros cernes serão aqueles que apresentarem a maior somatória de diferenças em relação aos cernes já escolhidos. As peças serão designadas para as famílias cujos cernes sejam os mais próximos. Para o caso de paridade, a peça será designada após as outras, através do cálculo da distância média entre esta peça e todas as outras já designadas para os cernes iniciais de cada família. As máquinas serão, então, designadas para as famílias onde irão executar o maior número de operações.
A Figura 3 apresenta as famílias de peças resultantes. 1 4 5 2 3
Família 1
Família 2
Cerne: Peça 1 Cerne: Peça 4 Figura 3. Cernes e Família de Peças
O CASO
A gerência da DMB acredita que, a partir da utilização da metodologia da Tecnologia de Grupo, serão alcançados os benefícios relativos a ganhos de custos, relações humanas e gerenciamento. Assim, utilizando-se a metodologia da Tecnologia de Grupo, as peças e máquinas da empresa foram classificadas, codificadas e agrupadas, a fim de serem identificadas possíveis células de manufatura. A Tabela 4 apresenta as máquinas que são utilizadas na fabricação das peças, bem como sua quantidade disponível.
Relação de Máquinas - DMB Máquina Quantidade disponível Máquina Quantidade disponível 1 1 23 7 2 4 24 2 3 1 25 1 4 1 26 3 5 1 27 1 6 3 28 2 7 1 29 1 8 4 30 2 9 3 31 1 10 1 32 1 11 2 33 1 12 1 34 1 13 1 35 1 14 1 36 1 15 7 37 2 16 1 38 2 17 1 39 1 18 1 40 1 19 1 41 1 20 1 42 3 21 1 43 11 22 27
O número de peças processadas por estas máquinas é muito elevado, da ordem de 3500 peças diferentes. Outro fato importante é que várias peças têm seu processo de fabricação extremamente artesanal, devido à complexidade de sua geometria. Para facilitar os cálculos no programa Células, as peças foram previamente agrupadas de acordo com a semelhança das etapas de processamento. Assim, por exemplo, se uma peça for processada pela máquina 7 (dobradeira), pela máquina 29 (policorte) e pela máquina 37 (rosqueadeira), e outra peça passar pelas mesmas máquinas, as peças em questão foram consideradas como uma única peça. Este agrupamento não levou em conta a ordem estabelecida pelo processo na passagem das peças pelas máquinas. Dessa forma, o número de peças a serem consideradas no problema ficou reduzido para 343. Após a computação dos dados referentes aos processos das peças da DMB no programa Células, chegou-se à uma matriz de peças x máquinas inicial (cuja dimensão é 343 x 43). Todas as matrizes aqui citadas podem ser obtidas pelos interessados, desde que solicitadas por e-mail aos autores.
Através do programa, obtêm-se quatro células de manufatura com 314 movimentos inter-células. Este número foi obtido levando-se em conta o número de máquinas disponíveis por tipo. Apesar de ser um número elevado, existem algumas considerações importantes. Algumas máquinas são únicas na empresa. Por exemplo: verifica-se que um grande número de peças (135) é processado pela máquina 17 (guilhotina), só existindo um exemplar desta máquina na fábrica. Dessa forma, os movimentos inter-células (67) de peças que sofrem processamento na máquina 17 não devem ser considerados como inibidor da formação das células, visto que estes movimentos vão, necessariamente, ocorrer. Outros exemplos como este, resultantes da existência de um só exemplar de máquina na fábrica podem ser encontrados como mostra a tabela 5 abaixo:
Máquina Total de peças processadas Total de movimentos inter-células 7 107 41 17 135 67 25 39 14 31 70 22 32 45 13 33 51 22 34 42 20 35 68 42 Totais 557 241
Tabela 5. Relação de máquinas com só um exemplar que geram grande número de movimentos inter-células
Os resultados, da tabela 5, demonstram que 10 máquinas são responsáveis por 241 movimentos inter-células. Estas máquinas são equipamentos de valor de aquisição elevado, de grande porte e ocupam um espaço físico considerável na movimentação do material em processo. Outro fato importante é que estes equipamentos não podem ser colocados juntos com outras máquinas por provocar vibrações, gases e poeiras.
As células resultantes têm as seguintes dimensões: (59x10), (83x11), (116x14) e (85x8). As células possuem uma distribuição balanceada de peças, considerando-se que cada peça pode estar englobando um número de outras peças semelhantes. A empresa é uma fábrica de grandes dimensões físicas. A disposição atual das máqinas em lay-out funcional, acarreta o percurso de grandes distâncias pelas peças, ao longo de seu processo de fabricação. A simples mudança de uma furadeira encurtou em quase 500m a distância a ser percorrida na fabricação de um determinado tipo de peça.
CONCLUSÕES
A DMB Implementos Agrícolas, como toda empresa que deseja ser considerada eficiente e competitiva, está reconhecendo que sua habilidade para competir no mercado depende do desenvolvimento de estratégias de produção propriamente alinhadas com sua missão de atender as necessidades dos clientes. Assim, a DMB está considerando a possibilidade de implantar células de manufatura em sua fábrica, para oferecer um suporte melhor às suas estratégias competitivas de longo prazo.
A DMB está buscando maior flexibilidade em sua linha de produção. Sabe-se que flexibilidade refere-se à habilidade que uma empresa possui de oferecer uma grande variedade de produtos para refere-seus clientes e que o mercado global dos anos 90 é caracterizado pelos ciclos de vida de produtos mais curtos, pelo aumento na variedade dos produtos, e personalização extensiva. A DMB necessita ser, então, mais flexível em suas operações e satisfazer diferentes segmentos de mercado para reter e aumentar a participação em um ambiente tão competitivo,
Pode-se considerar a processo de produção da DMB como sendo job shop. Desta forma, são produzidos pequenos lotes de um número grande de diferentes produtos, a maioria dos quais requer um conjunto ou seqüência diferente de etapas de processamento. Em processos de job shop, cada produto deve compartilhar os recursos da operação com diversos outros. Os recursos de produção processam uma série de produtos, e estes diferir-se-ão um do outro pelas necessidades exatas.
Sendo o processo de produção da DMB reconhecido como job shop, a Tecnologia de Grupo pode ser utilizada para organizar a produção dividindo o processamento dos materiais em unidades organizacionais (células de manufatura). Porém, não se pode considerar que a DMB estar-se-ia utilizando da verdadeira tecnologia de grupo, caso viesse a implementar as células de manufatura
sugeridas na parte anterior deste trabalho, pois, como foi verificado, não existe uma divisão total em grupos de todas as máquinas e peças, e existe um cruzamento de fluxo entre os grupos (314 movimentos inter-células).
Ainda assim, a gerência da DMB compreende que, a partir da divisão das peças e máquinas em células (ou ilhas de fabricação) o gerenciamento tornar-se-ia uma tarefa mais fácil. As células identificadas seriam gerenciadas da maneira mais independente possível das demais.
Os outros benefícios advindos da implantação de células de manufatura considerados para a DMB são: (1) melhores relações humanas, pois cada célula teria poucos trabalhadores, que formariam um pequeno grupo de trabalho, o qual iria representar uma unidade de trabalho completa; (2) melhora na especialização do operador, pois os operadores trabalhariam com um número limitado de peças diferentes em um ciclo de produção finito, fato que significaria um aprendizado mais rápido; (3) menores estoques durante o processo e manuseamento de materiais, pois uma célula combinaria diversos estágios de produção, por isso ocorreria um tráfego de peças reduzido; (4) tempos de preparação (setups) de produção mais rápidos, pois menos tarefas significariam redução de ferramentas e, portanto, trocas de ferramentas mais rápidas; e (5) redução dos custos de mão-de-obra, pois o operador controlaria mais de uma máquina simultaneamente.
A flexibilidade é o conceito básico na produção celular, indo esta, portanto, ao encontro das necessidades da DMB. O sistema de produção da empresa poderia reagir rapidamente às variações na demanda ou às mudanças na concepção e conjunto de produtos.
Finalizando, as questões do estudo de caso investigadas na DMB, que foram: (1) porque a implementação de células de manufatura na fábrica traria benefícios para a DMB? e (2) qual seria o tipo de célula de manufatura resultante da nova disposição das máquinas? foram respondidas no
decorrer do estudo e desta conclusão. Com relação à primeira questão, os benefícios advindos da implantação de células de manufatura na DMB foram explorados acima. Em relação à segunda questão, pode-se dizer que a proposição elaborada para respondê-la não está correta, pois as células não possuiriam todos os recursos diretos e indiretos necessários para completar o processo de transformação, mas sim, em muitas células, ocorreriam movimentos para outras células. Ainda assim, considera-se vantajoso para a DMB a implantação das mesmas, estando atualmente a gerência da empresa totalmente aberta para estas mudanças.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CHASE, Richard B.; AQUILANO, Nicholas J. Production and operations management: manufacturing and services. 7. ed. s.l, Irwin, 1995.
FERREIRA RIBEIRO, J. F.; RIBEIRO, C. M. An algorithm for obtaining manufacturing cells. IFAC'93 - XII World
Congress International Federation of Automatic Control, Sydney, Australia, pp. 327-330, 1993.
OLIVEIRA, Márcio M. B. de. Sequenciamento da produção com divisão em células de manufatura e uso de
processamento paralelo. São Carlos, 1997. 127p. Tese (Doutorado) – Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade
de São Paulo.
SLACK, Nigel et al. Administração da produção. São Paulo, Atlas, 1997.
YIN, Robert K. Case study research: design and methods. 6. ed. s.l, Sage Publications, 1989. Homepage da DMB Máquinas e Implementos Agrícolas Ltda. http://www.dmb.com.br
