UTILIZANDO DINÂMICA DE SISTEMAS
PARA SIMULAÇÃO DA CADEIA DE
SUPRIMENTOS DE UMA EMPRESA DE
ALIMENTOS
Gustavo Henrique da Costa Oliveira (PUC)gustavo.oliveira@rla01.pucpr.br
EDSON LUIZ DE CAMARGO (PUC)
elcamarg@hotmail.com
Este trabalho buscou simular o comportamento de parte de uma determinada cadeia de suprimentos, utilizando Dinâmica de Sistemas. Especificamente, focou-se o planejamento da produção, administração dos níveis dos estoques e a transferência dde um determinado semi-elaborado entre as plantas industriais. Este estudo baseou-se em dados coletados em uma empresa de alimentos, que foram transformados mantendo a proporcionalidade das relações entre eles. Na construção do modelo utilizou-se o software Vensim, e os resultados obtidos comprovaram a eficácia da metodologia de dinâmica de sistemas como ferramenta para simulação e, assim, auxiliar na coordenação de cadeias de suprimentos.
Palavras-chaves: Dinâmica de Sistemas, Cadeia de Suprimentos, Efeito Chicote
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1. Introdução
Em geral, as empresas procuram diferenciar-se de seus concorrentes, seja para apresentar uma vantagem competitiva, seja para manter-se no mercado. Muitas empresas voltaram sua atenção para a cadeia de suprimentos, ao buscar reduzir custos, melhorar os processos, melhor atender ao pedido de um cliente. No entanto é preciso saber que qualquer decisão tomada em alguma etapa da cadeia de suprimentos não será isolada, pois apresentará consequências e irá afetá-la em outras etapas também, podendo trazer prejuízos.
Neste sentido, Bowersox & Closs (2001) afirmam que, “quando as operações logísticas estão fortemente integradas e são consideradas uma competência-chave, elas podem servir como base para obtenção de vantagens estratégicas” (p.36). Ou seja, na cadeia de suprimentos é importante que as decisões sejam integradas, e não tratadas isoladamente.
Portanto, a gestão da cadeia de suprimentos deve adotar medidas para visualizar a cadeia como um todo, levando em conta os impactos que determinadas decisões podem causar em todas as etapas da cadeia.
Por outro lado, a intervenção direta nos sistemas pode agravar a situação. Uma solução é fazer uso de simulações de sistemas, imitando o mundo real em um ambiente controlado.
Sendo assim, destaca-se a metodologia de Dinâmica de Sistemas, que pode ser entendida como uma ferramenta para construir modelos e realizar simulações, com o objetivo de dar subsídios para a tomada de decisões a partir destas simulações.
Desta forma, a metodologia de Dinâmica de Sistemas vem sendo aplicada em diversas áreas. Especificamente na área de estratégia empresarial, essas simulações podem fornecer um entendimento da interação das políticas operacionais da empresa com sua cadeia de suprimentos.
Vários estudos abordaram a utilização de Dinâmica de Sistemas, como Towill (1982), Disney
et. al (2000). Estes estudos têm em comum a utilização de estruturas pré-definidas como base
para modelagem de cadeias de suprimentos. Estes estudos inspiram novas pesquisas na área de Dinâmica de Sistemas, a fim de examinar minuciosamente outros contextos e de responder a novas questões.
Este trabalho aborda aspectos relacionados ao comportamento de parte de uma determinada cadeia de suprimentos, utilizando Dinâmica de Sistemas como uma ferramenta auxiliar na administração dos níveis de estoques. Especificamente, a estrutura modelada neste trabalho procura simular o planejamento da produção, administrar níveis dos estoques e transferência de um determinado semi-elaborado entre as plantas industriais. Esta estrutura pode apresentar semelhanças com outras estruturas já definidas na literatura (IOBPCS - Inventory and order
based production control system, por exemplo), mas seu foco é a cadeia de suprimentos
analisada, considerando suas especificidades.
O presente artigo está dividido conforme descrito a seguir: no item 2, a importância de Dinâmica de Sistemas na cadeia de suprimentos, incluindo o efeito chicote. No item 3, aspectos da modelagem de uma determinada cadeia de suprimentos. No item 4, são apresentados os resultados da simulação, ilustrando aspectos da cadeia de suprimentos abordada. Finalmente, no item 5, são registradas as conclusões do artigo.
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2. Dinâmica de Sistemas na Cadeia de Suprimentos
Uma cadeia de suprimentos abrange um sistema de empresas que podem estar contidas geograficamente em uma mesma unidade ou em locais separados. A cadeia de suprimentos normalmente é caracterizada por fluxos de materiais e bens, e um fluxo de retorno de informações, visando atender e dar suporte ao pedido de um cliente. Neste ciclo estão todas as etapas ligadas direta ou indiretamente a este pedido, desde fornecedores até os clientes.
Neste sentido, Ballou (2006) afirma que “a Logística/Cadeia de Suprimentos é um conjunto de atividades funcionais (transportes, controle de estoques, etc.) que se repetem inúmeras vezes ao longo do canal pelo qual matérias-primas vão sendo convertidas em produtos acabados, aos quais se agrega valor ao consumidor” (p.29).
Diante disso mostra-se essencial a coordenação da cadeia de suprimentos, que implica em considerar a relação entre todas as etapas. Decisões isoladas em uma etapa podem melhorar seus custos, mas comprometer o resultado de toda a cadeia.
A entrada de um pedido tem diferentes percepções em cada etapa da cadeia de suprimentos. Por exemplo, a variabilidade da demanda do distribuidor para o atacadista não será a mesma do atacadista para a empresa produtora, e da empresa produtora para seus fornecedores. Esta variabilidade é conhecida como efeito chicote (Bullwhip effect). As ações da coordenação da cadeia de suprimentos devem considerar o efeito chicote visando minimizar rupturas de estoques, super-estocagem, aumento de custos, e outros problemas.
Uma cadeia de suprimentos mostra-se um sistema dinâmico, pois apresenta uma relação entre a saída e a entrada de informações, num sistema de malha fechada (feedback). Um sistema de malha fechada, além de estabelecer uma relação entre a saída e a entrada, realimenta a entrada de modo a minimizar o erro e corrigir a saída do sistema ao valor desejado.
A Dinâmica de Sistemas, inicialmente denominada Dinâmica Industrial, surgiu na década de 1960, abordada por Forrester (ANGERHOFER AND ANGELIDES, 2000). Towill (1996) afirma que Dinâmica de Sistemas é uma metodologia poderosa para predizer e priorizar métodos de re-engenharia da cadeia de suprimentos, a fim de realçar a visualização em perspectiva de todos os elos da cadeia. Este autor aponta como consequência de usar Dinâmica de Sistemas na cadeia de suprimentos o fato de podermos gerar e adicionar insights no comportamento de sistemas dinâmicos, e particularmente em relações causais subjacentes. Este novo conhecimento é explorado na melhoria de projetos, robustez e efetividade operacional de tais sistemas.
A modelagem de Dinâmica de Sistemas está fortemente representada por processos de realimentação, que, considerando estoques, fluxo dos processos e atrasos (delays), determina a dinâmica do sistema (STERMAN, 2000).
Há abordagens diferentes para o processo de modelagem em Dinâmica de Sistemas. Por exemplo, o grupo Cardiff desenvolveu sua própria metodologia para a modelagem e re-engenharia de cadeias produtivas (TOWILL, 1996). Esta metodologia divide o processo de modelagem e simulação em uma fase qualitativa e outra quantitativa.
Ao utilizar o método de Dinâmica de Sistemas, encontramos várias estruturas disponíveis para modelagem de controle da produção. As estruturas abaixo são relacionadas por Sarimveis et.
al (2007).
IBPCS - Inventory based production control system
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VIOBPCS - Variable inventory and order based production control system
APIOBPCS - Automatic pipeline, inventory and order based production control system
APVIOBPCS - Automatic pipeline, variable inventory and order based production control
system
A estrutura do modelo apresentado neste trabalho aproxima-se da estrutura da família do modelo IOBPCS. Esta estrutura, segundo Towill (1982), é baseada em três parâmetros: tempo de produção, tempo de ajuste de inventário e ajuste da demanda.
3. Aspectos da Modelagem da Dinâmica de Sistemas em certa Cadeia de Suprimentos
Uma empresa do ramo de alimentos apresenta, em seu processo produtivo, duas plantas industriais, designadas aqui como „Produtora‟ e „Consumidora‟. A planta „Produtora‟ trata da produção de um semi-elaborado que é a base para os produtos acabados na planta „Consumidora‟.
É relevante informar que os dados utilizados nesta simulação e citados abaixo são fictícios, porém são proporcionais em suas relações, pois foram transformados a partir da realidade da empresa.
Esta simulação abrangeu um período total de 52 semanas, e os parâmetros utilizados estão descritos a seguir.
A utilização da capacidade de produção das duas plantas é determinada por dois fatores: pela demanda prevista e pela capacidade de estocagem em cada planta. A planta „Produtora‟ tem capacidade de produção utilizada de 400 unidades por semana, e limite de estocagem de 1.200 unidades. Na planta „Consumidora‟, estoca-se até 350 unidades.
A demanda prevista apresenta sazonalidade. Na planta „Consumidora‟ foram consumidas 130 unidades na 1ª semana, 230 unidades por semana da 2ª até a 15ª semana, e da 41ª até a 52ª semana. Da 16ª até a 40ª semana, consomem-se 170 unidades.
Cada lote de produção de semi-elaborado na planta „Produtora‟ permanece uma semana retida em análise. Somente após este período fica disponível no estoque, a fim de ser transferido para a planta „Consumidora‟. Por sua vez, até estar disponível para consumo, perde-se mais uma semana em transporte e em outra análise.
Historicamente, a planta „Consumidora‟ apresenta uma perda que varia até 2% no processo de consumo, transporte e análise do semi-elaborado. Por outro lado, perdas no processo produtivo da planta „Produtora‟ não são relevantes nesta simulação, pois a produção programada sempre deve ser atingida, independentemente das perdas neste processo.
5 Figura 1
Foi, portanto, simulado o comportamento dinâmico desta cadeia de suprimentos a partir da produção de semi-elaborado até seu consumo na fabricação de produto acabado. Nesta simulação foi utilizado o software Vensim, que é uma ferramenta para simulação e análise. A figura 1 apresenta o modelo realizado.
4. Resultados da Simulação
A seguir faz-se a comprovação da eficácia da metodologia de dinâmica de sistemas através do modelo apresentado na Figura 1.
Este modelo visa atender a demanda de semi-elaborado utilizado pela planta „Consumidora‟, simulando desde a fabricação deste item na planta „Produtora‟, a transferência entre as plantas industriais e a administração de estoques dessas plantas.
A entrada de ordem de produção, conforme gráfico da figura 2 é acionado assim que o estoque da planta „Produtora‟ (figura 4) atinge um determinado ponto de ressuprimento.
Ordem de Produção 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) W ee k
Ordem de Produção : Current
Figura 2
A figura 3 representa o inventário WIP (Work In Process), que caracteriza a relação entre a produção, período de análise e a saída do item do estoque da fábrica, disponibilizando o
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mesmo para transferência e consumo. Comparando com o gráfico de Ordem de produção (figura 2) pode-se verificar a diferença de uma semana entre a entrada da ordem de produção e a disponibilização do semi-elaborado para transferência e consumo.
Inventário WIP 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) Week
Inventário WIP : Current
Figura 3
O gráfico da Figura 4 demonstra as relações de entrada e saída de semi-elaborado no estoque da Expedição da planta „Produtora‟. Neste processo observa-se que o atendimento é eficaz, não apresentando rupturas de estoque nem superestocagens, dentro dos limites de armazenamento.
Inventário Semi-elaborado planta produtora 1,000 750 500 250 0 1 7 13 19 25 31 37 43 49 Time (Week) W ee k
"Inventário Semi-elaborado planta produtora" : Current
Figura 4
Os gráficos da Figura 5 demonstram o lead time que ocorre na transferência de produtos da planta „Produtora‟ para a planta „Consumidora‟. O primeiro gráfico, que representa os carregamentos na Expedição localizada na planta „Produtora‟, tem as mesmas quantidades de entradas no Almoxarifado localizado na planta „Consumidora' descontando a perda neste processo de transferência, porém sempre com o retardo de uma semana, caracterizando o efeito chicote.
7 Expedição 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) W ee k Expedição : Current Almoxarifado 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) W ee k Almoxarifado : Current Figura 5
A Figura 6 tem o objetivo de representar a variação de estoque da planta „Consumidora‟ e do estoque total das duas plantas. O primeiro gráfico, que apresenta as variações de estoque de semi-elaborado na planta „Consumidora‟, não demonstra rupturas ou superestocagens. O segundo gráfico, que apresenta a soma dos estoques das duas plantas, demonstra que o modelo é eficiente no planejamento para atendimento da demanda, obedecendo as limitações de estocagem.
Inventário planta consumidora 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) Week
Inventário planta consumidora : Current
Inventário Semi-elaborado TOTAL
2,000 1,500 1,000 500 0 1 7 13 19 25 31 37 43 49 Time (Week) W e e k
"Inventário Semi-elaborado TOTAL" : Current Figura 6
Na figura 7 observamos a demanda prevista e a produção planejada para atendimento desta demanda, respeitando os níveis dos estoques. A soma da demanda prevista no período é apenas 7% menor do que a produção no período.
8 Demanda prevista 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) W ee k
Demanda prevista : Current
Produção 400 300 200 100 0 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 Time (Week) Week Produção : Current Figura 7
O modelo simulado mostrou-se eficiente, pois analisando os gráficos dos inventários das duas plantas comprovou-se que o planejamento da produção do semi-elaborado ficou adequado para atendimento da demanda e manutenção dos níveis de estoques.
5. Conclusões
Este trabalho teve como objetivo abordar aspectos relacionados ao comportamento de parte de uma determinada cadeia de suprimentos, utilizando Dinâmica de Sistemas como uma ferramenta auxiliar na administração dos níveis de estoques. Esta simulação partiu da modelagem de uma cadeia de suprimentos sem utilização de uma estrutura pré-definida. Especificamente, a estrutura modelada neste trabalho procurou simular o planejamento da produção, administrar níveis dos estoques e transferência de um determinado semi-elaborado entre duas plantas industriais. Através da simulação foi possível visualizar a cadeia de suprimentos e calibrar o modelo a fim de otimizar o processo identificando possíveis rupturas, superestocagens, lead time de tranferência e os volumes que deveriam ser transferidos em cada semana entre as plantas industriais. Desta forma, o modelo mostrou-se eficiente, e evidenciou a importância da utilização da Dinâmica de Sistemas na simulação de cadeias de suprimentos.
Referências
ANGERHOFER, B.J.; ANGELIDES, M.C. System dynamics modelling in supply chain
management: research review. Proceedings of the 2000 Winter Simulation Conference, 2000, p. 342-351.
BALLOU, R.H. Gerenciamento da cadeia de suprimentos/logística empresarial. Porto
Alegre: Bookman, 2006.
BOWERSOX, D.J.; CLOSS, D.J. Logística empresarial: o processo de integração da cadeia de suprimento. São Paulo: Atlas, 2001.
DISNEY, S. M.; NAIM, M. M. ; TOWILL, D. R. Genetic algorithm optimization of a class of inventory control systems. International Journal of Production Economics, v. 68, p.
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STERMAN, J. Business dynamics: systems thinking and modeling for a complex world.
McGraw-Hill Higher Education, 2000.
SARIMVEIS, H. et al. Dynamic modeling and control of supply chain systems: A review.
Computers and Operations, Research, 2007.
TOWILL, D. R. Dynamic analysis of an inventory and order based production control system. International Journal of Production Research; v. 20; p. 671-678, 1982.
TOWILL, D. R. Industrial dynamics modelling of supply chains. Logistics Information
