aula de sistemas integrados a manufatura

Sistemas Integrados de

Sistemas Integrados de

Manufatura

Manufatura

Introdução

•

_{Sistema de produção:}

_{coleção de pessoas, equipamentos e procedimentos}

organizada de tal forma a realizar as operações de manufatura de uma companhia.

–

_{Sistemas de suporte à manufatura:}

_{procedimentos para gerenciar a}

produção e resolver problemas (técnicos, logística, etc), projeto do produto manter padrão de qualidade do produto (cliente).

Colarinho branco

– Facilities:

constitui os equipamentos organizados de maneira lógica e os trabalhadores que os operam numa fábrica.

• Produção baixa

– Geralmente produtos complexos e especializados como navios, aviões e máquinas especiais (fixed-position layout).

– Partes individuais do produto podem ser produzidas separadamente (process layout).

•

_{Produção média}

–

_{Hard product variety:}

_{caso em que os}

produtos não apresentam semelhanças. Tradicionalmente usa-se batch production com process layout (changeover time para o próximo produto).

–

_{Soft product variety:}

_{peças similares}

podem compartilhar mesmo equipamento (changeover pode não ocorrer). Para diferentes peças/produtos usa-se cellular layout onde cada célula é especializada numa função.

•

_{Produção alta (em massa)}

–

_{Quantity production:}

_{tipicamente usa}

process layout e se dedica na produção em massa de uma peça ou parte de equipamento.

–

_{Flow line production:}

_múltiplas

estações de trabalho em sequência (product layout).

• Sistemas de suporte à manufatura

– Pessoas e procedimentos que gerenciam as operações de produção (projeto, planejamento, controle). O ciclo das informações está representado pela figura e consiste nas funções: (1) business functions, (2) product design, (3)

• Automação em sistemas de produção

– Automação:

A tecnologia norteada nos princípios da mecânica, eletrônica e

de sistema baseado em computador para operar e controlar a produção.

– Elementos automatizados numa fábrica:

(1) automação dos equipamentos

(manufacturing systems), (2) informatização do sistema de suporte (manufacturing support systems).

• Automação dos equipamentos

– O termo automação se refere ao fato de que as operações se dão de modo automático, quase não existe ação humana. Ex.:

• sistemas de montagem automatizada

• sistemas de inspeção de qualidade automatizada • sistemas de manufatura robotizada

• etc

– Existem três tipos: (1) automação fixa, (2) automação programável e (3) automação flexível.

• Automação dos equipamentos

– Automação fixa

• A sequência de operação é fixada pela configuração do equipamento; • Geralmente envolve aplicações mais simples;

• Alto custo inicial;

• Taxa de produção alta (produção em massa); • Não flexível para adaptar outro produto.

– Automação programável

• A sequência de operação é configurável (programa); • Alto investimento para propósitos mais gerais;

• Flexibilidade para tratar de variações e mudanças no produto; • Indicado para batch production (produção média);

• Automação dos equipamentos

– Automação flexível

• Capaz de produzir continuamente uma variedade maior de peças ou produtos (semelhanças entre si);

• Changeover time é mínimo; • Investimento muito alto; • Taxa de produção média.

• Informatização dos sistemas de suporte

– Tem por objetivo reduzir esforços no projeto de produtos, planejamento e controle da manufatura e ainda, das negociações da empresa.

– Ex.: CAD (computer-aided design), CAM (computer-aided manufacturing), ou ainda, CAD/CAM.

• Razões para automatizar

– Aumentar a produtividade do trabalho:

maior saída por hora de trabalho;

– Reduzir custo de trabalho:

máquinas substituindo trabalho humano para

reduzir custo do produto unitário;

– Reduzir ou eliminar tarefas rotineiras;

– Melhorar a segurança do trabalhador;

– Melhorar qualidade do produto:

reduzindo a taxa de defeitos;

– Reduzir o tempo de entrega do produto;

– Realizar processos os quais manualmente não seriam possíveis:

por

exemplo, circuitos integrados ou processos que exigem precisão e cálculos complexos.

Operações de manufatura

–

_Manufaturar:

_{é a aplicação de processos físicos e químicos que altera a}

geometria, as propriedades e/ou aparência de um dado material para criar peças ou produtos.

•

_{Indústrias de manufatura e}

produtos

–

_{Indústrias de manufatura}

_:

Produzem bens e/ou serviços, sendo que existem três categorias indicadas na tabela.

Indústria de processo:

processos químicos,

farmacêutica, petróleo, alimento, bebidas e energia elétrica.

Indústria de produtos discretos:

automóveis,

aviões, computadores, máquinas e indústrias de peças para montar os produtos citados.

•

_{Indústrias de manufatura e produtos}

– _{As operações de produção podem ser divididas em: (1) produção contínua e (2)}

•

_{Indústrias de manufatura e produtos}

–

_{Produtos manufaturados:}

_{nos interessam os produtos discretos da indústria}

•

_{Indústria de manufatura e produtos}

–

_{Produtos manufaturados:}

_{os produtos da tabela anterior são divididos em: (1)}

bens de consumo e (2) bens de capital.

–

_{Bens de consumo:}

_{comprados diretamente pelos seus consumidores, ex.,}

TVs, brinquedos, carros, etc.

–

_{Bens de capital:}

_{comprados por outras companhias para produzir bens e}

•

_{Operações de manufatura}

–

_{Para uma indústria de produtos discretos tem-se as seguintes}

atividades:

(1) processing and assembly operations, (2) material handling, (3)

inspection and test e (4) coordination and control.

• _{Relação produto/produção}

– _{Nesse estudo os seguintes parâmetros são importantes: (1) production quantity,}

(2) product variety, (3) complexity of assembled products e (4) complexity of individual parts.

• _{Production quantity and product variety}

– _{Seja Q = quantidade da produção (número de unidades/ano de uma dada peça ou}

produto) e P = número de variedade de produtos. Cada estilo de peça/produto será identificado com subscrito j. Assim, Qj = quantidade anual do estilo j e Qf =

quantidade total de todas as peças.

P1: número produtos distintos

– _P

P2: número modelos distintos

1







P j j f

Q

Q

Linha de produção

• Relação produto/produção

– Exemplo:

Uma companhia é especializada em produtos de fotografia. Produz

somente câmeras e projetores. Na sua linha de câmeras oferece 15 modelos diferentes e na linha de projetores oferece 5. Qual a variedade de produtos?

20 5 15 2 P P2 P s) (projetore 5 P2 , (câmeras) 15 2 P e 2 1 P 2 1 j j 1 P 1 j j 2 1        





 

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}

• _{Tentar-se-á quantificar quão complexo é a produção de um produto e/ou}

peça.

• _{O número de componentes é indicativo da complexidade do produto}

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}

• _{O número de operações no processamento é indicativo da complexidade de}

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}

• _{Seja nP = número de peças por produto e nO = número de operações no}

processamento por peça.

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}

• _{Relações entre P, Q, nP e nO para indicar o nível de atividade numa planta}

de manufatura:

– _{Desprezar diferença entre P1 e P2 ;}

– _{Assumindo que o produto é montado por peças produzidas na planta}

(não existe compra) ;

– _Então:







P 1 j Pj j Pf

Q

n

n

n_Pf : número total de peças manufaturadas na fábrica (pç/ano) Q_j : quantidade anual de um produto j (produtos/ano)

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}





 



Pj n k Ojk P j Pj j Of

Q

n

n

n

1 1

Nível de atividade numa fábrica

n_Of : número total de ciclos de operações realizadas (ops/ano)

n_Ojk : número de operações de processamento para cada peça k , somado sobre o número de peças no produto j (n_Pj)

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}

• _{Exemplo: Suponha que uma companhia projetou uma nova linha de produto}

e está planejando construir uma nova planta para manufaturar esta linha de produto. A nova linha consiste de 100 tipos de produtos diferentes e para cada tipo de produto a companhia quer produzir 10000 unidades

anualmente. Os produtos possuem em média 1000 componentes cada e o número médio de operações de processamento para cada componente é 10. Tudo é produzido pela fábrica. Cada passo do processamento leva em média 1min. Determine:

A) Quantos produtos anualmente são produzidos? B) Quantas peças anualmente são produzidas? C) Quantas operações anualmente?

D) Quantos trabalhadores serão necessários para a planta (250 dias/ano)?

•

_{Relação produto/produção}

–

_{Complexidade do produto}

• _Solução: 000 . 000 . 1 10000 100 ... 10000 10000 Q , 100 ) 100 1 1 f        





  x Q Q P a j j P j j 000 1.000.000. 1.000 x 000 . 000 . 1 n ) 1 Pf 



   P j Pj jn Q b .000 10.000.000 10 x 000 . 000 . 000 . 1 n ) 1 1 Of 





    Pj n k Ojk P j Pj jn n Q c ores trabalhad 333 . 83 2000 x10 67 , 1 w ) (250/5) ano 50semanas/ x a 40hs/seman pois , 2000hs/ano lha dor traba trabalha Cada 1,67x10 1/60 x .000 10.000.000 total empo ) 8 8     horas d T

•

_{Limitações e capacidades de uma planta}

– _{O exemplo visto é muito difícil de ocorrer na prática. Imagine o número de}

trabalhos indiretos, pessoal administrativo, gerência, etc? Imagine o tamanho da fábrica?

– _{Uma fábrica precisa estar focada num serviço (focused factory: parts producer}

ou assemply plant).

– _{Manufacturing capability: refere-se aos limites técnicos e físicos de uma planta}

(fábrica) de manufatura.

– _{Alguns parâmetros: (1) technological processing capability, (2) physical size and}

•

_{Modelos matemáticos}

– _{Na produção por lote, o tempo para processar um lote com Q unidades consiste}

em:

onde Tsu é o tempo de setup em min e Tc é o tempo de operação por peça em

min/pç.

– _{Se o interesse é obter o tempo de produção médio por unidade, então}

– _{Finalmente, a taxa de produção (production rate) média será}

c su b T QT T   Q T T b p  pç/hr 60 p p T R 

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Capacidade de produção}

• _{É a taxa máxima de saída de uma produção sob dada condição de}

operação (turnos por dia, dias de operação da planta no mês, etc) ;

• _{Existe a tendência de definir a capacidade da produção levando em conta o}

tempo total disponível na semana, ou seja, 168 hr/sem ;

• _{Então a capacidade de produção PC é dada por}

onde n é o número de máquinas, S é o número de turnos em turno/sem, H é o tempo de operação de cada máquina em hr/turno e Rp é a taxa

de produção de cada máquina em unidades de saída/hr.

p

nSHR PC 

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Utilização e disponibilidade}

• _{Utilização U é a relação entre o que é produzido (saída) pela capacidade de}

produção PC, ou seja,

• _{Também pode ser definido como a relação entre o tempo em que uma}

planta (ou equipamento) opera e o tempo total disponível pela sua capacidade.

PC Q U

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Utilização e disponibilidade}

• _{Exemplo: Uma máquina opera 80 hr/sem (dois turnos, 5 dias) na}

capacidade máxima. Sua taxa de produção é de 20 unidades/hr. Durante uma certa semana, a máquina produziu 1000 peças e esteve ociosa o resto do tempo. (a) Determine a capacidade de produção da máquina. (b) Qual foi a utilização da máquina durante aquela semana?

0,625 50/80 U Assim hr. 50 pç/hr 20 pç 1000 H temos uso, em estava realmente máquina a que em semana naquela tempo o usando ainda, ou 62,5% ou 0,625 1000/1600 U b) unid/sem 1600 80x20 PC a)        

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Utilização e disponibilidade}

• _{Availability é uma medidade da confiabilidade do equipamento e é dada por}

onde MTBF é o tempo médio entre falhas (mean time between failures) em hr e MTTR é o tempo médio para reparar (mean time to repais) em

hr.

MTBF MTTR MTBF

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Utilização e disponibilidade}

• _{Exemplo: Uma planta possui 6 máquinas dedicadas na produção de uma}

mesma peça. As operações se dão por 10 turnos por semana. O número de horas por turno é 8. A taxa de produção média de cada máquina é de 17 unid/hr. Considere ainda que as máquinas possuam A=90% e U=80%. Calcule a saída esperada da planta em unid/sem.

unid/sem 5875 17 8 10 6 8 . 0 9 . 0 ) (    x x x x x Q nSHR AU Q _p

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Tempo de entrega do produto (manufacturing lead time – MLT)}

– _{É o tempo que a empresa leva para entregar o produto ao cliente;}

– _{É o tempo total que o produto ou peça leva para ser processado e portanto,}

deseja-se que seja o menor possível.

– _{Produção: (1) operação: a peça ou produto está na máquina de produção e}

(2) não operação: transporte, armazenamento temporário, inspeção e outras.

onde MLTj = lead time para a peça ou produto j (min), Tsuji=tempo de setup para a

operação i (min), Qj=número de peças do tipo j no lote (pç), Tcji=tempo da operação i

(min/pç), Tnoji=tempo de não operação associado à operação i (min) e i indica a

sequência de operação (i=1,2,...,noj).



    noj i noji cji j suji j T Q T T MLT 1 ) (

•

_{Modelos matemáticos}

– _{Supondo todos tempos de setup, operação e não operação são iguais para todas as}

noj máquinas, e ainda, os lotes são iguais para todos os produtos/peças e são processados pelo mesmo número de máquinas (noj=no); então:

– _{Exemplo: Uma dada peça é produzida em um lote com 100 unidades. O lote}

precisa ser roteado através de 5 operações para completar o processamento. O tempo de setup médio é 3 hr/operação e o tempo de operação médio é 6 min. O tempo de não operação é de 7 hr/operação. Determine quantos dias levará para completar o lote, assumindo que a planta funciona 8 hr/dia.

A 8 hr/dia, essa quantidade equivale a 100/8=12,5 dias

hr

MLT



5

(

3



100

.

0

,

1



7

)



100

•

_{Modelos matemáticos}

–

_{Work-in-process (WIP)}

– _{É a quantidade de peças ou produtos atualmente localizado na fábrica que está}

sendo processada ou que está entre operações de processamento;

– _{WIP pode ser medido por}

onde WIP é dado em (pç), A=disponibilidade, U=utilização, PC=capacidade de produção em (pç/semana), MLT= manufacturing lead time (hr), S=número de turnos por semana

(turnos/semana) e H=horas por turno (hr/turno).

SH

MLT PC

AU

•

_{Custos de manufatura}

– _{Veremos que as decisões nos processos de produção e automação são}

geralmente baseados nos custos ;

–

_{Custos variáveis e fixos}

• _{Fixos: construção da fábrica, equipamentos, segurança e taxas. Expresso}

em quantidade anual ;

• _{Variáveis: geralmente é proporcional à quantidade de produção. Exemplos:}

trabalho direto, matéria prima e energia elétrica ;

• _{O custo, portanto, total é dado por}

) (Q VC FC

•

_{Custos de manufatura}

onde TC é o custo total anual em R$/ano, FC é o custo fixo anual em R$/ano, VC é o custo variável em R$/pç e Q é a quantidade anual produzida em pç/ano.

•

_{Custos de manufatura}

–

_{Trabalho direto, material e overhead}

• _{Trabalho direto: salário e benefícios pagos aos operadores de máquinas;}

• _{Material: matéria-prima usada na manufatura do produto. Na indústria de}

montagem, matéria-prima inclui as peças produzidas por outras empresas;

• _{Overhead: são os outros gastos associados à manufatura e dividem-se em} • _{Factory overhead: custos para operar a fábrica como energia para as}

máquinas, depreciação de equipamentos, transporte de materiais, benefícios adicionais, seguros pessoais, aquecimento e

ar-condicionado, segurança, taxas, etc;

• _{Corporate overhead: custos para manter em atividade a fábrica como}

P&D, vendas e marketing, departamentos financeiro e contabilidade, executivos, taxas, seguros pessoais, energia, benefícios adicionais, etc.

•

_{Custos de manufatura}

–

_{Trabalho direto, material e overhead}

•

_{Custos de manufatura}

–

_{Trabalho direto, material e overhead}

• _{A seguir, exemplos de como determinar alguns índices de custos e como}

estes são utilizados para estimar custo de manufatura e estabelecer preço de venda:

• _{Exemplo: Suponha que todos os custos foram compilados para uma dada firma}

de manufatura no último ano. O resumo está apresentado na tabela abaixo. A companhia opera duas plantas diferentes mais um centro administrativo.

Determine (a) FOHR – factory overhead rate para cada planta (b) COHR – corporate overhead rate. Essas taxas (rates) serão utilizadas pela firma no ano seguinte. (R$/ano). anual overhead corporate custos COHC onde , DLC COHC COHR (R$/ano) anual direto trabalho com custos DLC e (R$/ano) anual overhead factory custos FOHC onde ,      DLC FOHC FOHR

•

_{Custos de manufatura}

–

_{Trabalho direto, material e overhead}

%

600

0

.

6

000

.

200

.

1

$

000

.

200

.

7

$

b)

%

275

75

.

2

000

.

400

$

000

.

100

.

1

$

%

250

5

.

2

000

.

800

$

000

.

000

.

2

$

a)

2 1



















COHR

FOHR

FOHR

•

_{Custos de manufatura}

–

_{Trabalho direto, material e overhead}

• _{Exemplo: Uma ordem de cliente de 50 peças está para ser processada pela}

planta 1 do exemplo anterior. Matéria-prima é suprida pelo cliente. O tempo total para o processamento será de 100 horas. Trabalho direto será de $10.00/hr. Determine o custo do trabalho.

O custo total seria de $9500. Usando uma margem de 10%, para a empresa obter lucro, o preço cotado ao cliente seria de (1.10)*($9500)=$10450.

Fabricação em Lotes

–

_{O problema:}

_{O tamanho adequado do lote é importante tendo em vista que}

deve atender a demanda entre intervalos de produção, buscando o menor custo de fabricação e manutenção do estoque.

– _{De um lado, aspectos financeiros impõem redução de estoques para baixar}

custos de manutenção e de outro, a produção quer aumentar o tamanho dos lotes para diluir custos de preparação.

•

Determinação do tamanho do lote (Qe)

Definir uma quantidade econômica Qe cujos custos de fabricação sejam mínimos. Os custos são divididos como:

•

Custo de “set-up”

• mão-de-obra aplicada na preparação das máquinas; • materiais envolvidos;

• indiretos: administrativos, etc.

•

Custo unitário de produção

• matérias-primas;

• mão-de-obra aplicada na produção; • tempos de máquinas.

•

Custo de manutenção do estoque

• juros de capital imoblizado;

• risco de obsolescência do produto; • deterioração;

•

Determinação do tamanho do lote (Qe)

•

Abordagem clássica:

baseada em variações de estoque

Equações:

•

Determinação do tamanho do lote (Qe)

DEFINIÇÃO DE FAMÍLIAS E CÉLULAS

Concepção e operacionalidade

•

Vimos que existem diversos algoritmos desenvolvidos para se estabelecer as

células de máquinas e famílias de peças. Essa metodologia garante eficiência,

no entanto, a qualidade está ligada à otimização da definição das rotas;

•

_{Na aplicação de um algoritmo sobre as informações de rotas das peças, alguns}

parâmetros de projetos podem ser restrições na criação de famílias e células:

•

_{o tamanho da célula;}

•

_{o limite de carga para cada máquina;}

O tamanho da célula

•

É medido pelo número de processos ou de máquinas alocadas na mesma ;

•

_{É um parâmetro que deve ser controlado por razões como:}