Sumário
1. Introdução ... 03
2. Histórico ... 04
3. Tecnologia de Grupo ... 05
3.1 Definição ... 06
3.2 Técnicas de Formação de Células ... 07
a) Inspeção Visual ... 08
b) Análise de Agrupamento ... 08
c) Análise do Fluxo de Fabricação ... 10
d) Sistema de Classificação e Codificação ... 10
Tipos de estrutura de um código ... 12
Estrutura Hierárquica ou Monocódigo ... 12
Estrutura tipo Cadeia ou Policódigo ... 13
Estrutura Combinada ou Híbrida ... 14
Tipos de Sistemas de Classificação e Codificação ... 13
Sistema Opitz ... 13
Sistema KK-3 ... 15
e) Algoritmos e técnicas de agrupamento ... 16
Programação matemática ... 16
Técnicas baseadas em arranjo ... 16
Técnicas de agrupamento hierárquico ... 16
Técnicas heurísticas ... 17
f) Metodologias baseadas em inteligência artificial ... 17
4. Manufatura Celular ... 18
4.1 Benefícios ... 20
4.2 Etapas ... 20
4.3 Métodos de Formação de Manufatura Celular ... 21
4.4 Célula Piloto ... 23
4.5 Tipos de Células de Manufatura ... 24
a) Classificação em Função do Layout ... 24
Célula de Manufatura por produto com predominância da
máquina ... 24
Célula de Manufatura por produto com predominância o
homem ... 25
Célula de Manufatura por processo ... 25
Célula de Manufatura por posição fixa do produto ... 25
b) Classificação em Função da Quantidade de
Equipamentos ... 26
Células de uma máquina ... 26
Células de máquinas agrupadas e transporte manual ... 26
Células de máquinas agrupadas e transporte
semi-integrado ... 26
Sistemas flexíveis de manufatura ... 26
Células de Manufatura e Sistema Flexível de Manufatura ... 27
5. Conclusão ... 28
6. Referências Bibliográficas ... 29
1. Introdução
Vivemos num contexto industrial caracterizado por uma concorrência cada vez mais forte e constantes mudanças no mercado. O fabricante tem que acompanhar estas transformações alterando o seu produto frequentemente.
Verifica-se um crescimento das diversificações e uma diminuição do tamanho dos lotes. Como conseqüência, os planos de processo se proliferam e tem-se uma elevação nos custos de máquinas e ferramentas, além de a programação e o carregamento das máquinas tornarem-se mais complicado. Elevam-se, também, os tempos de setup, as taxas de refugo e os custos para o real controle de qualidade. Teoricamente, a ineficiência tende a aumentar, diminuindo a produtividade e assim aumentando os custos de maneira geral.
É necessário, portanto, buscar novas técnicas gerenciais, aliadas a uma possível automatização, para que o planejamento da produção torne a manufatura de pequenos lotes eficiente e com isso a empresa possa manter-se no mercado com competitividade de custos e qualidade.
Uma nova organização da manufatura que vem sendo utilizada com sucesso, para contornar grande parte de todas estas dificuldades é a Manufatura Celular. Sua aplicação vem sendo crescente nos últimos anos, principalmente em países industrializados.
Entretanto, a Manufatura Celular é baseada em uma importante filosofia que visa o agrupamento de peças similares em famílias, chamada Tecnologia de Grupo. Esta por sua vez tem por objetivo fabricar as peças semelhantes em células que reúnam máquinas especialmente selecionadas para este fim.
Os métodos baseados no conceito de Tecnologia de Grupo constituem uma resposta eficiente para o setor industrial destinado à produção em lotes pequenos e médios, com significativas reduções em tempos improdutivos e melhoria de qualidade. Isto conduz a uma maior automatização, a uma redução do tempo de preparação das máquinas, a uma padronização das ferramentas empregadas e a uma redução dos ciclos de fabricação.
O objetivo deste trabalho é apresentar essa organização da manufatura em células, bem como esclarecer os seus conceitos de Tecnologia de Grupo e Manufatura Celular.
2. Histórico
O termo Tecnologia de Grupo tem origem recente, porém a idéia de produzir componentes de características semelhantes de maneira agrupada e a reutilização de métodos de produção em linha para a fabricação em lotes não são novos. A diferença entre as idéias antigas e as atuais é que hoje existe um conjunto de conhecimento e conceitos organizados, utilizando técnicas e recursos modernos, cuja aplicação é crescente nas indústrias de manufatura.
Embora alguns trabalhos tenham sido desenvolvidos nas décadas de 30 e 40 enfocando alguns aspectos da produção em lotes e agrupamento de máquinas, foi na década de 50 que a filosofia começou a tornar-se consistente e racionalizada.
Um marco no desenvolvimento científico foi o significante trabalho apresentado na Rússia, “Scientific Principle of Group Technology”, do engenheiro S.P. Mitrofanov, tendo como base o conceito de agrupar peças com similaridade geométrica em famílias para serem fabricadas em uma única máquina.
Na década de 60 os princípios de Mitrofanov, se difundiram pela Europa, especialmente na Inglaterra e Alemanha, desenvolvendo-se importantes trabalhos. O conceito evolui para a fabricação em famílias de peças em mais de uma máquina, ou seja, num agrupamento de máquinas que foram mais tarde conceituados como células de manufatura.
Outro importante conceito para manufatura celular foi apresentado por Burbidge, na Itália, conhecido como Análise do Fluxo de Produção (AFP), tendo como objetivo considerar as rotas e seqüências de peças entre as máquinas em que ocorre o processo. Tal análise é uma técnica da Tecnologia de Grupo, como já visto anteriormente. Este trabalho serviu como base para a evolução dos sistemas de classificação e codificação das peças.
Mais tarde, os códigos de produtos possibilitaram o desenvolvimento das tecnologias de manufatura controladas por computadores como os Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS) e a Manufatura Integrada por Computador (CIM). Estes dois sistemas de manufatura são uma combinação de equipamentos e sistemas de controle e de comunicação integrados para um processamento.
Atualmente, o desenvolvimento da Tecnologia de Grupo está sendo conduzido com uma combinação de conceitos de simplificação e integração no ambiente de manufatura. Esta tendência caracteriza-se por uma visão mais holística para o seu uso.
No Brasil, apesar de algumas tentativas de aplicações nas indústrias e de estudos em algumas Universidades, estas iniciativas são ainda muito fracas, frente às potencialidades que o setor de manufatura requer para a sua modernização. Um grande esforço faz-se necessário no sentido de racionalizarem os meios produtivos. É o que se constata quando se analisa a situação brasileira (LORINI, 1993).
3. Tecnologia de Grupo
As teorias de administração e organização para a fabricação que veio com a Revolução Industrial perderam espaço para uma nova organização, em conseqüência da imposição de uma automatização mais flexível, na busca de qualidade e produtividade, para a fabricação de pequenos e médios lotes.
A Tecnologia de Grupo (TG) é uma filosofia que vem ao encontro dessa nova ordem, permitindo conceber uma reorganização nos moldes tradicionais e racionalização dos meios produtivos, para uma automatização flexível com um tratamento de grupo para a solução dos problemas.
Pode-se conceituá-la como uma filosofia que utiliza as semelhanças para a solução de problemas, obtendo vantagens econômicas e operacionais graças ao agrupamento. Na manufatura, o termo é utilizado como elemento de organização dos agentes produtivos, agrupando peças e máquinas em famílias para a sua fabricação, com o objetivo de se obter vantagens econômicas deste sistema de trabalho.
Os benefícios trazidos pela aplicação da filosofia evidenciam-se numa sensível melhora no clima de trabalho, no crescimento dos padrões de qualidade e produtividade, além de permitir uma automatização mais flexível e a possibilidade de operar com menores lotes de produção.
É uma importante ferramenta para um sistema celular de manufatura, estando claro que a célula de manufatura nada mais é do que uma aplicação de Tecnologia de Grupo. A migração de um ambiente tradicional de manufatura para um ambiente de Tecnologia de Grupo leva a simplificação à medida que são organizados racionalmente os recursos.
3.1 Definição
Tecnologia de Grupo (TG) é uma técnica que visa aumentar a eficiência da produção pelo agrupamento de uma variedade de peças com características específicas (forma, tamanho e/ou processo de rotas) identificadas para um propósito bem definido. Formam-se assim grupos e famílias que podem ser utilizados para diminuir os processos produtivos da fabricação de pequenos e médios lotes uma vez que todos os objetos em uma família requerem métodos similares de tratamento e manuseio.
Basicamente, modifica-se o sistema de manufatura de produção em vários subsistemas de menor dimensão, capazes de processar uma determinada família de peças. Deste modo, a administração torna-se mais simples e eficiente.
Segundo especialistas da área o aproveitamento dessas similaridades ocorre de algumas maneiras:
Executando atividades similares em conjunto, evitando assim perda de tempo com as alterações necessárias para mudar de uma atividade para outra não relacionada (ex.: a fabricação em seqüência de duas peças com características similares reduz tempo de setup entre as operações);
Padronizando as atividades similares e relacionadas, enfatizando assim apenas as diferenças necessárias e impedindo duplicação de esforços (ex.: redução da variedade de parafusos utilizados);
Armazenando e recuperando informações de forma eficiente, principalmente as relacionadas com problemas repetidos, reduzindo assim o tempo de procura por informações, bem como eliminando a necessidade de resolver
componentes de um outro já existente);
Realizando as atividades acima o desenvolvimento de novos itens será reduzido.
Os ganhos de eficiência são atingidos pelo processamento em conjunto dessas peças obtendo-se as vantagens, principalmente econômica, de uma produção em massa, especialmente o projeto e a manufatura.
Dentre alguns resultados da aplicação da Tecnologia de Grupo, destacam-se:
Redução de tempo gasto em transferências entre os postos de trabalho e de tempo total de fabricação;
Diminuição do tempo de preparação das máquinas (setup);
Racionalização da quantidade de ferramentas e padronização das mesmas;
Redução do tamanho dos lotes; Maior automatização;
Redução dos ciclos de fabricação;
Redução no custo com transporte de material; Aumento da capacidade;
Melhoria na satisfação dos empregados; Melhoria de qualidade.
As vantagens no projeto são obtidas principalmente da recuperação de informações, da padronização de itens e conseqüente não proliferação desses itens. Por exemplo, quando os engenheiros recuperam desenhos existentes para suportar novos produtos e quando peças são padronizadas para prevenir sua proliferação.
Entretanto, o fato de implantar a Tecnologia de Grupo não garante os resultados. É indispensável que sejam tomadas ações para atingir os objetivos desejados, principalmente com relação às pessoas envolvidas tanto na operação quanto no gerenciamento e planejamento.
3.2 Técnicas de Formação de Células
O termo família significa grupo de peças similares. A determinação da semelhança entre as peças fica a critério, podendo ser semelhanças na forma geométrica, no tamanho ou no processo de fabricação. O mesmo princípio é utilizado no agrupamento de máquinas que formarão as células.
Os métodos de formação de célula podem ser divididos em três grupos: Métodos que primeiro identificam as famílias de peças e posteriormente alocam as máquinas de acordo com as famílias de peças;
Métodos que primeiro identificam um determinado grupo de máquinas e depois as peças que processam;
Métodos que utiliza a combinação dos dois anteriores, ou seja, identificam as famílias de peças e agrupam as máquinas simultaneamente.
Entre as várias técnicas, podem ser citadas (CONCEIÇÃO, 2005): Inspeção visual;
Análise de agrupamento;
Análise dos fluxos de fabricação; Sistema de Classificação e Codificação;
Algoritmos;
Metodologias baseadas em inteligência artificial;
a) Inspeção Visual
Inspeção Visual é o método menos sofisticado e o mais simples de todos, consistindo em agrupar as peças pela análise visual de suas características. É uma técnica limitada quando se trabalha com um número grande de peças. Baseia-se na experiência do operador o que leva às vezes a formação ineficiente de famílias tornando-se um método subjetivo e inexato. Não é viável para a aplicação em grandes instalações.
Possui a vantagem de requerer pouco investimento e as desvantagens são a necessidade de grande experiência de quem irá fazer a classificação e o tempo gasto com a manipulação física das peças.
b) Análise de Agrupamento
O projeto das células de fabricação exige muitas vezes a resolução de um problema matemático bastante complexo: a resolução de uma matriz que relacione as máquinas e as peças, chamada matriz de incidência peça-máquina.
Na formulação da matriz, cada elemento a(i,j) relaciona uma peça i com a máquina j, indicando se a peça é processada na máquina correspondente, ou não. Geralmente esta incidência é assinalada pelo valor 1, quando a peça é processada na máquina, e 0, quando não ocorre. Assim é denominada matriz binária de incidência peça-máquina.
Para a resolução, propõe-se um método de bloco-diagonalização baseado em classificação cruzada de peças. Devem-se rearranjar as linhas e colunas da matriz, de modo a dar-lhe uma estrutura bloco-diagonal e identificar as famílias de peças, como exemplifica as figuras abaixo.
P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 T 1 1 1 1 1 1 FR1 1 1 1 1 FR2 1 1 1 1 1 1 FU 1 1 1 1 1 R 1 1
P1 P5 P6 P3 P8 P10 P4 P7 P2 P9 T 1 1 1 1 1 1 FR2 1 1 1 1 1 1 FU 1 1 1 1 1 FR1 1 1 1 1 R 1 1
Figura 2: Matriz de incidência peça-máquina, após o rearranjo.
P1 P5 P6 P3 P8 P10 P4 P7 P2 P9 T 1 1 1 FR2 1 1 1 FU 1 1 1 T 1 1 1 FR2 1 1 1 FR1 1 1 FU 1 1 R 1 1 FR1 1 1
Figura 3: Matriz de incidência peça-máquina, após a bloco-diagonalização.
O método proposto permite o projeto de células de fabricação bastante próximas da realidade industrial. Procura-se minimizar o número de movimentos intercélulas (que são os elementos que se situam fora dos blocos diagonais), ao mesmo tempo em que se busca igualmente um equilíbrio de cargas de trabalho entre as diferentes células projetadas.
À medida que leva em consideração a duração das operações, a capacidade das máquinas e uma taxa de rendimento (ou produtividade) pode ser utilizado como ferramenta para detectar as necessidades de novas máquinas.
Numerosas técnicas têm sido utilizadas nos últimos anos para efetuar a bloco-diagonalização da matriz de incidência, projetar as células de fabricação e implantar a Tecnologia de Grupo na fábrica. Entre elas, podemos citar a programação matemática, algoritmos genéticos, redes neurais e metaeurísticas.
Entre os inúmeros métodos de agrupamento, podem-se citar como exemplos: Single Linkage Method, Complete Linkage Method, Average linkage Method e Median Method.
c) Análise do Fluxo de Fabricação
Representada pela sigla AFF, é conhecida também como análise do fluxo de produção. Consiste em analisar a seqüência de operação e percurso das peças através das máquinas e postos de trabalho dentro da fábrica. As peças são agrupadas pelas rotas comuns, ou seja, pelas coincidências dos fluxos de processos.
É um método simples que requer apenas a análise das folhas de processo. Entretanto, tem sua precisão limitada e depende da confiabilidade dos dados registrados nessas folhas.
Segundo estudiosos da área, esta técnica pode ser resumida em três fases: Na primeira fase estuda-se o fluxo de materiais e peças entre os departamentos da empresa e depois o fluxo em cada departamento;
Na segunda fase agrupam-se as rotas similares, formando as famílias de peças;
Na terceira fase estuda-se o fluxo dentro da célula formada para processar uma determinada família de peças.
A próxima etapa seria a resolução da matriz de incidência peças-máquinas que se obtém pela análise de agrupamento.
O mesmo procedimento pode ser aplicado nas máquinas e estações de trabalho a fim de formar as células de máquinas.
Contudo, o método é restrito a área de manufatura pela natureza das informações em que se baseia e não traz benefícios tecnológicos adicionais.
d) Sistema de Classificação e Codificação
Classificar significa dispor itens em grupos de acordo com as suas semelhanças. Código pode ser um sistema de símbolos usados no processamento da informação onde letras ou números possuem certo significado, normalmente os caracteres alfa numéricos variam entre seis e trinta dígitos.
Os Sistemas de Classificação e Codificação (SCC) é baseado na classificação das peças em famílias de acordo com suas similaridades de agrupamento, que por sua vez resulta num código identificador dos atributos da peça.
A classificação pode ser orientada por características de:
Projeto – na qual as peças são agrupadas em famílias em função de características do projeto. Por incluir apenas similaridade de formas ou dimensionais, não é útil sob o ponto de vista de manufatura, mas é muito importante para o controle e recorrência a desenhos, permitindo sua racionalização. Processo – na qual se busca agrupar peças em função da semelhança dos processos de fabricação.
Rotas – na qual se constitui no agrupamento de componentes por coincidência de rotas, ou seja, reunião daquelas peças que têm seqüência comum de processo pelas mesmas máquinas.
Para atender à Tecnologia de Grupo, o Sistema de Classificação e Codificação deve satisfazer requisitos básicos, como:
Ser suficientemente abrangente para englobar todos os itens existentes e ser capaz de aceitar novos itens;
Mutuamente exclusivos, no sentido de permitir incluir semelhanças ou excluir diferenças, usando-se parâmetros claramente definidos;
Basear-se em características permanentes que sejam facilmente identificáveis;
Adaptável a futuras mudanças e expansões tecnológicas;
Ser compatível com aplicações computacionais e permitir integração com sistemas CAD/CAM;
A vantagem deste sistema é o estabelecimento claro de regras a serem seguidas para classificar uma peça, retirando do processo de classificação o critério subjetivo do analista.
Este código poderá ser usado para identificação do produto dentro do sistema de fabricação, permitindo a informatização do sistema e a ligação das informações com outros setores, como por exemplo, o PCP da empresa ou envio de informações para o sistema CAD/CAM.
A maioria das indústrias que utilizam o Sistema de Classificação e Codificação para a recorrência de desenhos alcançando notáveis economias. Torna-se elemento muito importante como primeira etapa para a introdução de um sistema CAD (Projeto Auxiliado por Computador), pois ele prevê o meio necessário para que qualquer peça possa ser armazenada e posteriormente recuperada e pesquisada.
Resumem os principais benefícios desse sistema bem projetado (LORINI, 1993):
Formação de famílias de peças e células de máquinas (esta última atualmente pouco utilizada);
Recuperação rápida de desenhos, projetos e planos de processos; Racionalização e redução de custos em projetos;
Padronização de projetos e produtos; Estatísticas seguras sobre as peças;
Estimativa de ferramentas e cargas de máquinas;
Racionalização de ferramental e redução do tempo de setup e do tempo total de produção;
Padronização de processos e ferramental;
Racionalização de programação e planejamento da produção; Contabilidade e estimativas de custos mais apuradas;
Melhor utilização das máquinas-ferramenta, dispositivos e mão-de-obra; Gastos otimizados de capital;
Estabelecimento de uma base de dados principal.
Na utilização desse sistema é importante que a estrutura de classificação atenda aos objetivos de aplicação, e sejam flexíveis para suportar futuras alterações no produto ou introdução de novos de produtos, novas tecnologias de produto e processo, e integração da base de dados. Devido ao avanço da tecnologia da informação alguns não mais utilizam códigos, têm representado as características das peças através de atributos em bases de dados relacionais. A habilidade destes sistemas de classificação mais recentes aumenta muito a flexibilidade e a facilidade de uso, mas não reduz a importância de decidir qual dado deve ser capturado.
Hoje estão surgindo sistemas de gerenciamento de componentes e suprimentos (CSM - component supplier management), que oferecem o suporte para busca de componentes além de uma empresa específica. Isto promete revolucionar a busca por componentes semelhantes no desenvolvimento de produto.
Tipos de estrutura de um código
Um dos fatores mais importante num Sistema de Classificação e Codificação é a manutenção de um balanceamento entre a quantidade de informações necessárias e o número de dígitos exigidos para proporcionar a informação. Cada
dígito adicional aumenta o problema de manipulação. Entretanto, é necessário um número suficiente de dígitos para codificar todas as características necessárias da peça ou do produto.
Os códigos para a aplicação na Tecnologia de Grupo, criados para identificar características de projeto ou de manufatura, podem ser estruturadas em três formas básicas, que são:
Estrutura hierárquica ou monocódigo; Estrutura tipo cadeia ou policódigo; Estrutura combinada ou híbrida.
Estrutura Hierárquica ou Monocódigo
Considera-se como uma estrutura tipo árvore, sendo que cada dígito amplia as informações do seu anterior, não podendo ser interpretado isoladamente. Proporciona à estrutura uma compactação podendo um número pequeno de dígitos representar grande quantidades de informações.
No entanto, com vários dígitos muitas vezes interpretados em conjunto torna-se mais complicado de serem entendidos e processados no computador.
É um sistema adequado à utilização em ambiente de projeto onde, devido a sua estrutura, facilita a recuperação de informações, tais como de formato geométrico, de dimensões, e de classes de materiais.
A figura 4 mostra um monocódigo para codificação de materiais.
2
Ferro Fundido
1 Cinzento 2 Branco 1 Sem Liga 1 Alta Tenacidade 2 Baixa Tenacidade 2 Alto Cromo1
Aço
1 Carbono 2 Liga 3 Inox 1 Molibdênio 1 Cromo 2 Cromo-Níquel 1 Alto 2 Médio 3 Baixo 2 ManganêsFigura 4: Ilustra um exemplo de estrutura de um monocódigo.
Estrutura tipo Cadeia ou Policódigo
Neste tipo cada símbolo identifica isoladamente um parâmetro independendo dos anteriores e denotando significado próprio. É dito policódigo por parecer como um encadeamento de códigos isoladamente significativos e por não existir hierarquia para a construção do código. Uma determinada coluna sempre conterá a mesma informação naquela posição, independente do valor do código que o precede.
Embora tal estrutura necessite muitas vezes de grande número de símbolos, é bastante usada nas aplicações orientadas para produção como classificação de máquinas e processos.
As figuras 5, 6 e 7 exemplificam o modelo da estrutura. Peças M á qu in a s a b c d e f g h i j k l m n o A-B x x x x x C x x x x D x x x E-F x x x x G x x x H-I x x x x x x x x x x J-K x x x x x x x x x x
Figura 5: Matriz com fluxo peça-máquina.
Máquina Código A-B → Furadeira 1 C → Torno 2 D → Prensa 3 E-F → Fresadora 4 G → Poli triz 5 H-I → Retífica 6 J-K → Serra 7
Figura 6: Especificação das máquinas da matriz e seus respectivos monocódigos.
Peças Process o a, f, l 567 c, e, o 467 b, d, g 367 m, n 167 h,k 12 j 24 i 124
Figura 7: Exemplo de policódigo representativo do processo das peças, ou seja, um código para o processo.
Estrutura tipo Combinada ou Híbrida
Neste caso a estrutura de código é uma mistura dos outros dois, constituindo-se de uma associação de pequenos monocódigos interligados a policódigos.
Considerando-se as ilustrações dos exemplos anteriores, para um policódigo da figura 7 e o esquema da figura 4, que indica a formação de monocódigo para material, pode-se combinar este com o código que define o respectivo processo, resultando num tipo de código híbrido, como é exemplificado a seguir.
- peça ‘a’: código combinado 132 567
Onde: 132 código do material (monocódigo) 567 código de processo (policódigo)
Tipos de Sistemas de Classificação e Codificação
Diversos sistemas foram desenvolvidos, mas não existe nenhum que seja adotado universalmente. Deve-se selecionar um sistema adequado às necessidades e condições de cada empresa que atenda a todos os departamentos interessados na indústria, incluindo projeto, fabricação, planejamento e controle, assim como administração.
Dentre os sistemas mais empregados podem ser citados Opitz (Alemanha), KK-3 (Japão), Code (EUA), Miclass (Holanda) e Oclass (EUA). A seguir serão apresentados os dois primeiros visto que são os mais abordados.
Sistema Opitz
Este sistema foi desenvolvido por H. Opitz, da Universidade de Aachen na Alemanha, sendo o pioneiro na área de Tecnologia de Grupo. Serviu de base para inúmeros outros sistemas posteriores por ser de fácil compreensão e adequação a diversas aplicações.
A figura 8 mostra o esquema básico da estrutura do código, indicando o conteúdo dos campos, na sua forma básica e suplementar.
FORMA BÁSICA SUPLEMENTAR
Classe do componente Forma
Principal Superfície Rotacional Superfície Plana 0 R O T AC I O N AI S L/D ≤ 0,5 D I M E N S Õ E S M A T E R I A L F O R M A D A M A T É R I A -P R I M A P R E C I S Ã O Forma externa elementos Forma interna elementos Usinagem superfícies planas Furos auxiliares engrenagens 1 0,5 < L/D < 3 2 L/D ≥ 3 3 L/D ≤ 2 com desvio Forma global Usinagem rotacional forma interna Usinagem superfícies planas Furos engrenagens estampagens 4 L/D > 2 com desvio 5 específico 6 P R I S M ÁT I C O S a/b ≤ 3 Forma global a/c ≥ 4 Furos principais Usinagem superfícies planas Furos engrenagens estampagem
7 a/b>3 Forma global
8 a/b ≤ 3 Forma global
a/c < 4
Evoluiu de estatísticas de componentes para outras áreas de aplicação, como de projeto, para racionalização e recuperação de desenhos, e na manufatura com as aplicações específicas de organização do ambiente. Inicialmente método usado para peças usinadas, depois foi extendido a peças fundidas, ferramentas, máquinas e materiais.
A concepção básica do sistema está definida e dois campos de código. Um código de forma, composto de cinco dígitos e uma parte suplementar, com outros quatro dígitos. Pode ainda ser acrescido de um campo de código secundário, conforme for necessária a determinada aplicação. Enquanto a parte suplementar descreve características gerais de interesse da área de manufatura, como tipo de material, sua forma original e precisão, o código secundário e sempre uma extensão criada para aplicação específica, melhor detalhamento, ou para atender particularidades de determinada empresa.
A figura 9 descreve a definição dos dígitos do código de forma.
DÍGITO 1 DÍGITO 2 DÍGITO 3 DÍGITO 4 DÍGITO 5
Classe dos componentes Elementos de forma externa Elementos de forma interna Superfície plana usinada Furos auxiliares Engrenagens R O T AC I O N AL 0 L/D ≤ 0,5 0 Uniforme sem elemento de forma 0
Sem furo passante
0 Sem superfície plana usinada 0 s e m d e n te s d e e n g re n a g e n s Sem furos auxiliares Furo cego 1 0,5< L/D <3 1 e s c a lo n d o n u m s e n ti d o Sem elemento de forma 1 u n if o rm e e s c a lo n a d o e m u m s e n ti d o Sem elemento de forma 1 Plana externa ou com uma direção curva 1 Furos axiais sem padrão 2 L/D ≥ 3 2 u n if o rm
e Com rosca 2 Com rosca 2 Plana externa 2
Furos axiais com padrão 3 L/D ≤ 2 3 Com ranhura funcional 3 Com ranhura funcional 3 Ranhura externa e rasgo de chaveta 3 Furos radiais com padrão com desvio 4 L/D > 2 4 e s c a lo n a d o e m d o is s e n ti d o s Sem elemento 4 e s c a lo n a d o e m d o is s e n ti d o
s Sem elemento 4 Spline' externo
e/ou polígono 4
Axiais/radiais em qualquer
sentido
com desvio de forma de forma
5 Componente
específico 5 Com rosca 5 Com rosca 5
Superfície plana externa e/ou rasgo, 'spline' 5 Axiais/radiais com padrão P R I S M ÁT I C O 6 Componente chato 6 Com ranhura funcional 6 Com ranhura funcional 6 Superfície plana interna e/ou ranhura 6 c o m d e n te s d e e n g re n a g e n s Engrenagens de dentes retos a/b ≤ 3 a/c ≥ 4 7 Componente
cúbico 7 Cone funcional 7 Cone funcional 7 Spline' interno
e/ou polígono 7 Engrenagem cônica a/b>3 8 Componente cúbico
8 Rosca operacional 8 Rosca operacional 8
Spline' externa e interna e/ou rasgo, ranhura 8 Outros tipos de engrenagens a/b ≤ 3 a/c < 4 9 Componente
específico 9 Outros 9 Outros 9 Outros 9 Outros
Exemplos de codificação da geometria básica: - peça ‘b’: código 15100
Onde: 1 – peça rotacional (0,5< L/D <3)
5 – escalonado em dois sentidos com rosca 1 - sem elemento de forma interna
0 – sem superfície plana 0 – sem furos auxiliares Sistema KK-3
O KK-3 é um sistema para classificação de peças usinadas, principalmente processo de corte e retífica. Foi desenvolvido no Japão pela JSMI (Sociedade Japonesa para a Promoção de Máquinas Industriais). Em 1970, na primeira versão foi apresentado como KK-1 baseando-se num código de dez dígitos. O mesmo tamanho foi mantido na segunda versão, KK-2 em 1973. Na versão atual, apresentada em 1976 como KK-3, o código passa a ter um tamanho de 21 dígitos decimais, um código bem mais completo e que mantém a compatibilidade com as antigas versões apenas nos oito primeiros dígitos. O esquema geral do código é apresentado na figura 10. 1 Nome da peça Classificação Geral 2 Detalhe de Classificação 3
Material Classificação Geral 4 Detalhe de Classificação 5 Dimensões
Principais
Comprimento
6 Diâmetro
7 Formas Primárias e Relações das Dimensões Principais 8 Detalhes de Forma e Tipos de Processo de Usinagem Superfície Externa
Superfície Externa e Forma Primária
9 Peças com Rosca Concêntrica
10 Peças com Rasgo Funcional
11 Peças com Formas Especiais
12 Conformação
13 Superfícies Cilíndricas
14
Superfície Interna
Forma Interna Primária
15 Superfície Curva Interna
16
Superfície Interna Plana e Cilíndrica
17 Superfície Final
18 Furos não
Concêntricos
Locação Regular de Furos
19 Furos Especiais
20 Processos de Não-usinagem
21 Precisão
Figura 10: Esquema geral do código KK-3.
O primeiro dígito faz uma distinção geral relativa a função principal das peças, como eixos, engrenagens, etc.. No segundo dígito são descritos maiores detalhes funcionais, com o tipo da engrenagem e do eixo. Com apenas dois dígitos o sistema possibilita a classificação de mais de cem especificações funcionais para peças rotacionais e não-rotacionais. Nos demais dígitos obtêm-se uma completa
e) Algoritmos e Técnicas de Agrupamento
Em virtude do imenso interesse que a Tecnologia de Grupo vem despertando, e sendo um dos principais aspectos na transformação dos sistemas tradicionais para sistemas celulares, muitos algoritmos têm sido desenvolvidos e aplicados. Podem ser classificados em grupo de acordo com as metodologias em que se baseiam, destacando-se:
Programação matemática; Técnicas baseadas em arranjo;
Técnicas de agrupamento hierárquico; Técnicas heurísticas.
Programação matemática
Segundo alguns autores o problema de formação de célula pode ser solucionado utilizando-se os métodos de programação matemática desde que o problema possa ser descrito através de um modelo.
Tais métodos podem ser divididos nos seguintes grupos: Programação linear (PL);
Programação inteira linear ou quadrática (PIL ou PLQ); Programação dinâmica (PD).
Geralmente a sua utilização é para um objetivo muito específico, como minimizar custos ou tempos, utilizando-se de informações de seqüências de operações, numa matriz peça-máquina, para encontrar uma solução otimizada.
Na solução do problema de formação de células de manufatura, ao aplicar a programação matemática, cuja família de peças possui um processo similar ao de outra e existe a necessidade do uso da mesma célula o objetivo será minimizar o fluxo entre células e o número de células formadas.
Técnicas baseadas em arranjo
Consideram-se aqui todos aqueles procedimentos adotados sobre uma matriz de incidência peças-máquina no qual se procura o agrupamento das peças em famílias, através de um rearranjo entre as linhas e colunas. A finalidade é visualizar aquelas peças que requerem as mesmas rotas de processo.
Dentre estes algoritmos podem ser citados, entre outros: o ROC (Ranked Order Clustering) e o BEA (Bond Energy Analysis). Estes dois métodos podem tratar de peças complexas, isto é, de peças que necessitam serem processadas em mais de um conjunto de máquinas. Têm um inconveniente: para matrizes muito grandes tornam-se difíceis de visualizar os grupos no arranjo peça-máquina.
Técnicas de Agrupamento Hierárquico
Consideram a similaridade ou dissimilaridade entre as máquinas em relação a sua utilização nas peças a serem processadas.
Dentre os métodos hierárquicos mais difundidos está o SLINK (Single Linkage Clustering). Ele é um algoritmo baseado num coeficiente de similaridade entre dois elementos da matriz peça-máquina, que serve de parâmetro para o agrupamento.
Técnicas heurísticas
Um algoritmo heurístico baseia-se em procedimentos não classificatórios ou de utilização de coeficiente de similaridade, mas de modo geral, em algum critério estabelecido como gerador de agrupamento, via determinados procedimentos heurísticos.
f) Metodologias baseadas em Inteligência artificial
Os métodos de formação de células que se baseiam na inteligência artificial usam como base as características geométricas da peça e as características do processo. As técnicas de formação de célula que se encaixam nesta classe buscam mecanizar o processo de análise das peças e do processo para formação das células de manufatura. A diferença básica entre os métodos desta categoria depende do grau de automatização do processo produtivo.
Para exemplificar a aplicação da inteligência artificial em projeto de células de manufatura, autores desenvolveram um modelo que integra a teoria de fuzzy set com redes neurais para agrupar peças em várias famílias, baseado nas imagens capturadas em um sensor. O modelo proposto consegue reconhecer e comparar a peça com algumas já existentes em uma base de dados CAD (Computer Aided Design). Deste modo, em um projeto ou fabricação de um novo produto, é possível reconhecer com certa precisão a similaridade entre o novo produto e algum já existente na base de dados KUO (2001) a pud DUARTE (2003).
4 . Manufatura Celular
O aumento de produtividade no setor industrial tem sido objeto de preocupação para os responsáveis pela produção, em razão da concorrência cada vez mais forte no setor industrial.
Os conceitos de células de manufatura têm sido aplicados em vários ambientes de manufatura e vários benefícios podem ser alcançados. Normalmente, a célula é em forma de "U". Com isso, a localização próxima entre os postos de trabalho permite um tempo mínimo de manuseio e reduz a fila de materiais. As peças podem ser movidas de um posto para outro manualmente ou por simples dispositivo de transferência.
A organização celular permite processar a matéria-prima de seu estado inicial até atingir o produto acabado, com as tarefas conduzidas por pequeno número de trabalhadores, já que cada operador é capaz de atender mais de uma máquina. Os operadores de uma célula visualizam todas as fases e o resultado de seu empenho, mantendo-se mais próximo da atividade e integrado no ambiente. A comunicação é imediata. O operador sente-se mais responsável e detecta erros podendo corrigi-los durante o processo, contribuindo para melhoria da qualidade. Isto proporciona ao elemento humano um maior nível de satisfação pessoal; sente os resultados de seu trabalho para as atividades da empresa.
Para a empresa quanto mais funções um empregado puder executar, mais valioso este empregado será, ao mesmo tempo o funcionário desenvolve o seu potencial, assume mais responsabilidades, torna-se mais qualificado com maiores opções no mercado de trabalho e, portanto, sente-se mais motivado.
O Sistema de Manufatura de Células é o mais novo sistema de produção, composto por células de manufatura, células de submontagens e células de montagem final. O bloco básico de construção é a célula de manufatura, sinônimo de célula de fabricação, na qual processos são agrupados de acordo com os processos e operações necessários para fabricar um grupo ou família de peças ou produtos.
A Manufatura Celular é um dos mais importantes sistemas de manufatura existentes, pioneiramente implantada pela Toyota no Japão. Ele se baseia nos conceitos de Tecnologia de Grupo, através da formação de famílias de peças e na formação de células de manufatura. A família de peças é constituída por um conjunto de peças que possuem características e atributos similares, sejam estes de forma geométrica e/ou de processos de fabricação. A célula de manufatura é constituída por um agrupamento de máquinas e/ou equipamentos que possuem capacidade para o processamento de uma dada família de peças.
Consiste numa configuração onde as máquinas são dispostas de acordo com a seqüência do processo de fabricação de um produto, ou de uma família de produtos, e onde se procura a cada vez completar o ciclo de produção de uma peça ou produto e caso seja possível, sem estoque intermediário. Alguns autores afirmam que é como se fosse “uma fábrica dentro da fábrica”.
O arranjo celular funciona como o layout em linha, em que as peças movem-se pela célula uma por vez; contudo, a célula é projetada para movem-ser flexível. Ela é normalmente arranjada em forma de “U”, de tal forma que os operadores possam mover-se de máquina para máquina, carregando ou descarregando peças. As máquinas na célula são, geralmente, de ciclo único e automático, sendo que elas podem completar o seu ciclo sem cuidados, desligando automaticamente quando terminar um ciclo. A figura 11 mostra um exemplo de célula de manufatura simples.
Figura 11: Pequena célula operada com quatro máquinas e um operador.
A célula normalmente é composta por todos os processos para a fabricação completa de um componente ou peça. Entre cada máquina um desacoplador contém as peças processadas e inspecionadas, prontas para serem colocadas na próxima máquina. Desacopladores em células manuais permitem que o trabalhador se movimente na direção oposta ao fluxo das peças.
Quanto ao número adequado de máquinas numa célula, ele deve ser definido inicialmente em função de um balanceamento de carga que considere as características das famílias, o tamanho dos lotes, a diversidade de processos necessários e as limitações no aspecto físico. Outros fatores, no entanto, devem ser considerados, sob aspectos operacionais e econômicos.
Um sistema de produção é composto de um grande número de etapas que, individual ou coletivamente, interfere na produtividade de todo o sistema. A etapa de fabricação tem uma importância particular: com efeito, 5% do tempo destinado à execução de uma peça são ocupados em operações de máquina e os 95% restantes são gastos em movimentação e filas de espera. Destes 95%, apenas 30% são reservados à usinagem propriamente dita na qual ela é realmente processada, uma vez que a preparação das máquinas e outras tarefas consomem a maior parte
do tempo. A manufatura celular atua justamente no tempo de espera ou movimentação da peça (BLACK, 1998).
4.1 Benefícios
Em um sistema de produção organizado em células, a administração torna-se mais simples e eficiente, decorrência da decomposição do sistema global de produção em subsistemas de menor dimensão.
As principais vantagens da manufatura celular são: Menor ciclo de fabricação,
Redução em transporte e movimentação;
Redução dos tempos de setup (ajuste de máquina); Redução de lead time e tempo de espera;
Menor número de operadores;
Fluxos de fabricação e de materiais simplificados; Simplificação dos sistemas de controle;
Melhora de comunicação entre os trabalhadores; Redução de refugos e retrabalhos;
Redução da quantidade de ferramentas;
Redução dos estoques de produtos semi-acabados; Diminuição do espaço físico ocupado;
Melhoria da motivação dos operadores; Menores custos;
Melhoria da qualidade; Aumento da produtividade.
Para se obter o máximo rendimento das células de manufatura, é necessário que os operadores estejam preparados para desenvolver um novo conjunto de competências, eles necessitam compreender um escopo mais amplo de procedimentos de trabalho, bem como estar capacitado a desempenhar múltiplas tarefas dentro do grupo. Além disto, todos necessitam trabalhar em equipe, resolver e encaminhar os problemas rapidamente e ter autonomia para operar dentro dos grupos sem muita supervisão. Isto exige um processo de treinamento dos operadores mais intenso, entretanto, após a implantação o sistema será mais flexível para responder às mudanças de programação.
4.2 Etapas
O processo de conversão de um dado sistema de produção para o sistema de manufatura celular pode ser dividido nas seguintes etapas:
Formação: refere-se à criação conceitual das células, a qual é feita através da análise da matriz máquina-peça, e a subseqüente divisão em famílias de peças, cuja similaridade permite produção das mesmas em grupos de máquinas;
Desenho da célula: refere-se à determinação dos parâmetros operacionais da célula, incluindo, entre outros, tamanho do lote, números de operadores e layout da célula;
modificações sugeridas durante o processo de formação de células; Operação: refere-se ao funcionamento diário das células.
4.3 Métodos de Formação de Células de
Manufatura
O problema de formação de células tem sido objeto de inúmeras pesquisas devido a sua importância no desenho dos sistemas de produção. Normalmente, a formação consiste na implantação da manufatura celular em um ambiente cujo sistema já é existente.
Teoricamente, a solução ótima para a formação é a obtenção de células de manufatura completamente independentes, ou seja, nenhuma peça processada em mais de uma célula, fato que caracteriza o fluxo intercelular. Desta forma, o principal objetivo da formação de células é a determinação do agrupamento de máquinas em células que minimizam o fluxo intercelular.
As informações necessárias para a determinação das células de manufatura, podem ser:
Número, tipo e capacidade das máquinas de produção; Números e tipos de peças a serem manufaturadas; Rotas das peças;
Máquinas que processam cada peça.
Dois sistemas clássicos, o layout funcional (job shop) e o layout em linha, podem ser convertidos em manufatura celular, trazendo vários benefícios (BLACK, 1998).
O layout funcional é convertido agrupando-se famílias compatíveis de componentes e as células são projetadas para processarem famílias de peças. Quanto ao layout em linha, embora seja mais eficiente que o anterior, produz em grandes lotes e não é flexível, com a transformação elimina-se setup. A figura 12 esquematiza o processo.
Ao se implantar a manufatura celular é necessário reestruturar partes do layout, convertendo-o em estágios para células manuais. Podem ser ligadas diretamente uma à outra ou a pontos de sub-montagem, ou indiretamente pelo sistema de controle de estoque de “puxar”, chamado kanban.
Para a implantação do arranjo celular o passo inicial é o agrupamento de peças em famílias de peças e o agrupamento de máquinas em células de manufatura, sistema também conhecido como Tecnologia de Grupo. A aplicação de tal metodologia é uma das fases mais importantes no projeto de células de manufatura.
Figura 12: O layout funcional e o layout em linha requerem uma conversão a nível de sistema para serem reconfigurados em células de manufatura.
Dois sistemas básicos podem ser utilizados para organizar a produção: O sistema de produção por produto;
O sistema de produção por processo.
Nos sistemas de produção cuja arquitetura privilegia a organização por produto, as máquinas são dispostas em linha de produção dedicadas à fabricação de produtos específicos. Essa forma de organizar a produção apresenta certas vantagens, como baixo custo de movimentação de materiais, pequenos níveis de estoque de produtos em processo e elevado grau de controle das atividades de produção. Ainda que proporcione elevadas taxas de produção, esse sistema é pouco flexível, não permitindo o alcance de vantagens referentes à economia de variedade.
Nos sistemas de produção organizados por processo, as máquinas com a mesma funcionalidade são agrupadas em departamentos, de modo a facilitar o deslocamento das peças que necessitam de processamento em mais de um tipo de máquina. Esse modo de organizar a produção é relativamente flexível, além de favorecer uma alta taxa de utilização dos recursos. Em contra partida, induz o sistema de produção a ter elevados níveis de estoque de produtos em processo, elevados níveis de movimentação de materiais, além de dificultar as tarefas de controle da produção.
Os sistemas produtivos organizados em células de manufatura conseguem somar as vantagens dos sistemas de produção orientados por produto e por processo. A manufatura celular quebra o paradigma de que não é possível obter simultaneamente vantagens de economia de variedade e médias taxas de produção.
A proximidade física dos equipamentos também é muito importante para a implantação da manufatura celular, bem como ter operadores multifuncionais e que tenham capacidade de gerenciar o próprio trabalho.
Ao se implantar as células, existe uma melhor comunicação entre os operadores, uma distância reduzida de percurso, um controle mais fácil de materiais (um entra, um sai), as atividades do trabalho são mais facilmente combinadas existe uma maior flexibilidade para mudar o volume de produção (pela mudança do número de pessoas dentro da célula), um fluxo mais simples e redução da carga administrativa para controlar a linha e melhor trabalho de equipe para atingir objetivos comuns.
A implementação de células, no entanto, não consiste apenas no rearranjo do layout da fábrica, ou seja, de soluções técnicas, mas em uma complexa reorganização que envolve aspectos organizacionais e humanos. Mudanças tradicionalmente necessárias compreendem seleção de empregados, aprimoramento dos procedimentos de planejamento e controle de produção, bem como adoção de sistemas de custos adequados.
Para que as mudanças dentro de uma organização tenham sucesso elas devem ser graduais e necessitam envolver as pessoas com informações e treinamento para minimizar as resistências às mudanças. É necessário compreender os seus princípios e pouco a pouco implantar os seus conceitos dentro da produção.
4.4 Célula Piloto
A formação de famílias de peças leva ao projeto de células, mas isto não acontece automaticamente. Este é o passo crítico principalmente na reorganização de um layout já implantado. Muitas empresas iniciam com uma célula piloto de maneira que todos possam aprender e entender como as células funcionam.
A empresa deveria iniciar o desenvolvimento de células manuais e não esperar até que todas as peças tenham sido codificadas, pois parece que o método mais simples seja selecionar um grupo lógico de produtos e formar uma célula para manufaturá-los. Apenas desta maneira irão aprender como operar as células e como reduzir o tempo de setup de cada máquina.
As maquinas não serão utilizadas 100%. Enquanto o sistema será altamente utilizado. O objetivo da manufatura de células manuais é utilizar totalmente as pessoas, aumentando e enriquecendo seus trabalhos. Eles aprendem a operar várias máquinas e/ou fazer muitos serviços e tarefas.
Nos sistemas celulares, o trabalhador é desacoplado da máquina de maneira que a utilização do trabalhador não está mais ligada à utilização da máquina.
Nas células mecanizadas, a utilização do equipamento é mais importante porque o elemento mais flexível nas células (o trabalhador) foi removido e “substituído” por um robô e desacopladores.
O sistema de células manuais proporciona ao trabalhador um ambiente natural ao engrandecimento do trabalho. Um maior envolvimento no trabalho aumenta as possibilidades do enriquecimento e proporciona claramente uma disposição ideal para melhorar a qualidade. A qualidade da peça pode ser verificada entre cada etapa do processo (BLACK, 1998).
4.5 Tipos de Célula de Manufatura
As células de manufatura podem ser classificadas de várias formas, de acordo com:
O layout;
A quantidade de equipamentos (presentes no layout de produção); A quantidade de modelos de produto que processa (um só modelo, uma família de produtos ou qualquer produto);
A quantidade de operários que nela trabalha (célula individual ou célula grupal com vários operários);
A predominância sobre o trabalho, exercida pela máquina ou pelo homem.
A seguir, explica-se como é feita a classificação por layout e quantidade de equipamentos, em vista de serem as mais conhecidas e utilizadas.
a) Classificação em função do layout
Identificam-se quatro tipos de Célula de Manufatura, os quais foram classificados analogamente aos tipos clássicos de layout:
Por produto com predominância da máquina; Por produto com predominância do homem; Por processo;
Por posição fixa do produto.
Célula de Manufatura por produto com predominância da máquina
Corresponde ao modelo da Toyota, na qual a localização de cada posto de trabalho deve possibilitar adequada visualização dos demais postos, bem como permitir uma visão completa do processo produtivo.
Sendo assim, cada operador deve ter condições de livremente comunicar-se com os demais operadores que participam da fabricação do produto. Deve-se induzir a uma integração de cada posto de trabalho no processo completo. As distâncias entre os postos de trabalho devem ser mínimas, a fim de reduzir o custo do transporte da produção e proporcionar maior flexibilidade à célula, no caso de ser necessário modificar o seu número de operadores.
O grande inconveniente da célula por produto é a necessidade de mão-de-obra versátil, ou seja, de operador multifuncional, capaz de executar com habilidade e eficiência um grande número de operações. As empresas, de um modo bastante geral, não dispõem desse tipo de operário, e treiná-lo requer tempo longo.
Célula de Manufatura por produto com predominância o homem
É semelhante à anterior, onde os postos de serviços são dispostos na seqüência das etapas do processo de fabricação de um produto ou família de produtos, de forma a completar pelo menos parte da fabricação de uma peça ou produto numa área restrita.
A única diferença é o predomínio do trabalho humano. Normalmente a produtividade da célula individual, na qual possui apenas um operador, é superior a de uma célula grupal, onde vários trabalham, entretanto exige operador funcional.
Serve como exemplo o acabamento de peças fundidas pela execução seqüencial de três operações: rebarbação, lixação e esmerilhação realizadas por três operários ou por um operário multifuncional.
Célula de Manufatura por processo
Corresponde ao agrupamento de duas ou mais máquinas de mesmo tipo, operadas por um único homem e dispostas convenientemente de forma a minimizar os deslocamentos do operador, como por exemplo, três fresadoras para fundição.
A finalidade desta célula é aproveitar o tempo-máquina, durante o qual o operador fica parado esperando a máquina completar automaticamente o seu ciclo, para que ele opere outra máquina nesse período. Permite a fabricação de qualquer tipo de produto independentemente da sua família de peças, porém a duração dos ciclos deve ter valores próximos entre si.
Apresenta três vantagens extremamente importantes:
Proporciona significativo aumento da produtividade do homem;
Não requer operários multifuncionais (não havendo a necessidade treinar funcionários);
É muito fácil de ser implantada.
Pode ser denominada também célula funcional, por agregar máquinas que têm a mesma função.
Célula de Manufatura por posição fixa do produto
É caracterizada pelo agrupamento de operários que trabalham em volta de um produto colocado numa posição fixa. É o modelo implantado pela Saab-Scania numa fábrica de motores na Suécia, onde um grupo de três operários monta um motor colocado sobre uma bancada em meia hora. Também denominado grupo semi-autônomo.
O objetivo desta célula é oferecer ao trabalhador algo mais do que seu salário: ambiente de trabalho mais adequado, maior responsabilidade sobre a qualidade e um envolvimento ativo nos processos de decisão.
A sua implantação não é fácil, pois exige operários multifuncionais, só alcançáveis após longo período de treinamento.
Como este tipo de célula foi implantado e desenvolvido pioneiramente na Suécia, pode se denominado célula sueca ou escandinava, ou, seguindo a tradição do layout, por célula posicional.
b) Classificação em função da quantidade de equipamentos
Os tipos de células de manufatura estão ligados à quantidade de equipamentos que fazem parte do layout de produção. As células de manufatura podem ser divididas em:
Células de uma máquina;
Células de máquinas agrupadas e transporte manual;
Células de máquinas agrupadas e transporte semi-integrado; FMS - sistemas flexíveis de manufatura.
Células de uma máquina
As células de uma máquina (Single Machine Cell) são compostas por apenas um equipamento mais o ferramental e dispositivos necessários para o seu funcionamento. Geralmente os componentes que compõe o produto final são fornecidos externamente e apenas passa por um processamento.
Células de máquinas agrupadas e transporte manual
As células de máquinas agrupadas e transporte manual correspondem às células compostas por várias máquinas capazes de processar componentes e produtos completos, sem possuir mecanismos automáticos de manuseio e transporte destas partes entre os equipamentos. A disposição em forma de “U” permite que o fluxo de materiais percorra a célula sempre no mesmo sentido, e a entrada e saída de material aconteça na mesma ponta, facilitando também a movimentação entre os operadores dentro das células.
Células de máquinas agrupadas e transporte semi-integrado
As células de máquinas agrupadas e transporte semi-integrado diferem dos outros tipos de células porque são providas de algum sistema automático de transporte entre as máquinas. Quando as peças processadas têm um roteiro de produção semelhante pode-se utilizar um layout em linha com um sistema de transporte retilíneo passando por todas as máquinas. Quando as peças processadas têm roteiros de produção diferentes se utiliza o layout em forma de “loop” possibilitando que cada peça possa ter uma seqüência de trabalho diferente. Nos dois casos, se faz necessário que os roteiros de produção sejam realmente semelhantes, a fim de evitar uma movimentação excessiva de peças entre os equipamentos.
Sistemas flexíveis de manufatura
Os sistemas flexíveis de manufatura (Flexible Manufacturing Sysems - FMS) representam, em termos de tecnologia empregada, o mais elevado nível de automação em células de manufatura. Eles são caracterizados por terem estações de trabalho automatizadas e programáveis por controle numérico, sistemas de movimentação autônomos e sistema de controle de produção computadorizado.
Os computadores são responsáveis pelo controle dos equipamentos de produção, transporte e comunicação entre os equipamentos. As maiores vantagens da utilização de um FMS são as reduções de custo de produção, aumento de
produtividade e flexibilidade do sistema, além de que estes sistemas permitem uma inspeção em 100% das peças processadas, aumentando a qualidade.
Células de Manufatura e Sistema Flexível de Manufatura
As Células Flexíveis de Manufatura (CFM), contidas em um Sistema Flexível de Manufatura (FMS), são muito semelhantes às células em um sistema de Manufatura Celular, devido ao seu agrupamento. No entanto, em um Sistema Flexível de Manufatura as peças são movimentadas entre as células e dentro delas por sistemas automatizados de movimentação de materiais.
A Célula Flexível de Manufatura pode conter de duas a doze máquinas de controle numérico computadorizado, alimentadas por robôs, transportadores fixos ou Veículos Guiados Automatizados. Essas instalações com robôs recebem peças ou por um sistema manual de movimentação de materiais ou por um automatizado. Uma vez designadas para uma Célula Flexível de Manufatura, as peças recebem múltiplas operações em várias máquinas. Raramente passam por mais de uma célula; em vez disso, as peças e a sua Célula Flexível de Manufatura relacionada são projetadas para serem auto-suficientes. Além disso, o controle da Célula Flexível de Manufatura também é auto-suficiente. Quando duas ou mais Células Flexíveis de Manufatura são colocadas juntas, é criado um Sistema Flexível de Manufatura.
Portanto, as CFMs e os FMSs são versões automatizadas das células em um sistemas de manufatura celular. Como resultado muitas das tecnologias de layout e controle da MC se aplicam a um FMS e inversamente. Na realidade, a tecnologia para determinados sistemas de manufatura celular é muito mais avançada do que para um FMS. Mas, o trabalho de desenvolvimento associado ao controle do FMS excede muito o trabalho dos sistemas de manufatura celular.
5. Conclusão
A evolução do mercado de manufatura tem passado por radicais modificações nos últimos tempos. As teorias de administração e organização para fabricação que vieram com a revolução industrial, perderam espaço para uma nova organização, em conseqüência da imposição de uma automatização mais flexível, na busca de qualidade e produtividade, para fabricação em lotes pequenos e médios.
Os conceitos de células de manufatura vêm ao encontro dessa nova ordem, permitindo conceber uma reorganização dos moldes tradicionais e racionalização dos meios produtivos, para uma automatização mais flexível com um tratamento de grupo para a solução dos problemas.
A aplicação da Tecnologia de Grupo é uma das fases mais importantes no projeto de células de manufatura.
A migração de um ambiente tradicional de manufatura para um ambiente de Tecnologia de Grupo, embora possa parecer tarefa complexa, na verdade conduz a toda uma simplificação, à medida que são organizados racionalmente os recursos. Os benefícios trazidos pela aplicação da filosofia evidenciam-se, entre outros aspectos, numa sensível melhora no clima de trabalho, no crescimento dos padrões de qualidade e produtividade, além de viabilizar uma automatização mais flexível.
Para a implantação dos princípios da Tecnologia de Grupo, toda uma reorganização do ambiente de manufatura se faz necessária como, por exemplo, a adequação do arranjo físico, a formação de famílias de peças e células de máquinas, racionalização de projetos e processo de fabricação e implantação de um sistema de codificação e classificação.
A Manufatura Celular juntamente com a Tecnologia de Grupo têm sido aplicados em vários ambientes de manufatura e os inúmeros benefícios são alcançados.
6. Referências Bibliográficas
Livros:
BLACK, J. T.. O projeto da fábrica com o futuro. Porto Alegre, Editora Bookman, 1998.
LORINI, Flávio José. Tecnologia de grupo e organização da manufatura. Florianópolis, Editora da Ufsc, 1993. (Série Didática.)
Periódicos:
CONCEIÇÃO, Samuel Vieira. Otimização do fluxo de materiais através da manufatura celular. Produção, 2 (15): 235-250, maio/ago. 2005.
Teses e Dissertações:
DUARTE, Roberto Nunes. Simulação Computacional: Análise de uma Célula de Manufatura em Lotes do Setor de Auto-Peças. Itajubá: UNIFEI, 2003.
ZANESCO, João Vitor. O Equacionamento de Flexibilidade de Manufatura num Ambiente Celular. Itajubá: UNIFEI, 2002.
