Estudo e Melhoria do Sequenciamento da Produção numa
Fábrica de Produção de Revestimentos em Cortiça
Joana Alves Moreira Félix
Dissertação de Mestrado
Orientador na FEUP: Prof. José António Barros Basto
Mestrado Integrado em Engenharia e Gestão Industrial 2019-07-12
Resumo
O crescimento da economia global tem tornado as empresas cada vez mais competitivas. Estas lutam por uma posição no mercado, adotando estratégias de internacionalização e diversificação, quer nas suas atividades, quer no seu portefólio de produtos. A verdade é que a sobrevivência das empresas está dependente do seu dinamismo e capacidade de adaptação às tendências do mercado global, onde a busca por novos métodos operacionais tem que ser uma constante.
Face aos resultados menos positivos da Amorim Revestimentos, S.A. nos últimos anos, a empresa encontra-se agora numa fase de reestruturação. Desta forma, tem investido não só no desenvolvimento de novos produtos, como também na implementação de métodos de trabalho mais eficientes. A área de produção de produtos acabados tem-se tornado, assim, um problema crítico na empresa. O aumento da diversidade do portefólio contribuiu para a diminuição da capacidade produtiva da unidade. Atualmente existem frequentes mudanças nas linhas de produção que obrigam a setups demorados, diminuindo a rentabilidade das máquinas. Para além disso, o número de paragens, nomeadamente avarias, tem vindo a aumentar.
Assim, o presente projeto visa o estudo e melhoria do sequenciamento da produção de forma a aumentar a taxa de cumprimento dos planos semanais, como também a rentabilidade das linhas de produção, com a diminuição do número e tempo de paragens. Os artigos de fabrico podem ser divididos por famílias de produtos e características semelhantes do material. Por sua vez, os setups incorridos entre artigos com diferentes características são dependentes da sequência. Desta forma, foram estudadas diferentes abordagens de sequenciamento, com recurso a heurísticas construtivas, tendo apenas em consideração algumas gamas de produtos. O objetivo do estudo consistiu em analisar diferentes técnicas de sequenciamento, de forma a que a obtenção da sequência de produção, tendo em consideração as restrições mais fulcrais, fosse imediata e conseguisse ir de encontro aos objetivos pretendidos pela empresa.
Com o projeto desenvolvido percebe-se então que o sequenciamento em processos produtivos tão complexos como o da Amorim Revestimentos, S.A., não é uma tarefa fácil e a escolha do melhor método não é assim tão linear. As heurísticas construtivas, como regras de prioridade, são técnicas de fácil implementação, capazes de gerar soluções num curto espaço de tempo. Contudo, estas apresentam algum grau de sensibilidade quando algum dos parâmetros utilizados é alterado, dificultando desta forma, a avaliação da sua performance. Ainda assim, a metodologia proposta para o sequenciamento apresenta bons resultados, comparativamente com a situação atual da empresa.
Palavras-chave: Sequenciamento da Produção, Famílias de Produtos, Setups dependentes da
Study and Improvement of Production Sequencing in a Cork Floor
Production Company
Abstract
Due to the growth of the global economy, the industry has become increasingly competitive in recent years. Organizations have struggled for a position in the market, adopting strategies of internationalization and diversification, both in their activities and in their product portfolio. The truth is that business survival is dependent on its dynamism and ability to adapt to the global market trends, where the search for new operational methods is crucial.
In responding to the unsuccessful results of the recent years, Amorim Revestimentos, S.A. is going through a period of transition. In this way, it has invested not only in the development of new products but also in the implementation of more efficient working methods. The area responsible for the production of finished products has, therefore, become a critical problem in the company. The increase in the diversity of the portfolio contributed to the reduction of the company’s productive capacity. Currently, there are frequent changes in the production lines that force the delays of setups, reducing the profitability of the machines. Besides, the number of stops, namely breakdowns, has been increasing.
Thus, this project aims to study and improve the sequencing of production to increase the compliance rate of the weekly plans, as well as the profitability of production lines, with the reduction of the number and time of stops. The orders can be divided by families of products and similar characteristics of the material. In turn, setups incurred between orders with different characteristics are sequence-dependent. In this way, different approaches to sequencing were studied, using constructive heuristics, considering only some product ranges. The study aimed to analyze different sequencing techniques, taking into account the most fundamental constraints, so that the obtaining of the sequence was automatic and immediate and it could meet the company's goals.
With the developed project, it is easy to understand that sequencing in such complex production processes as that of Amorim Revestimentos, S.A., is not an easy task and the choice of the best method is not so linear. Constructive heuristics, such as priority rules, are easy-to-implement techniques that can generate solutions in a short period. However, they present some degree of sensitivity when any of the parameters used are changed, making it difficult to evaluate their performance. Even so, the methodology proposed for the sequencing shows good results, compared to the current situation of the company.
Keywords: Sequencing of Production, Families of Products, Sequence-dependent setups,
Agradecimentos
Ao Professor José Barros Basto e Engenheiro Carlos Alberto pela orientação dada ao longo do projeto.
Ao Engenheiro Hernâni Pacheco por toda a disponibilidade, paciência, colaboração e partilha de conhecimento durante o estágio.
Ao César Daniel e Manuel Vieira, pela partilha de conhecimento e carinho demonstrado. A todos os colaboradores da Amorim Revestimentos, S.A, por todo o apoio e vontade de ajudar. Aos meus amigos, pela paciência e motivação.
À minha família. A todos,
Índice de Conteúdos
1 Introdução ... 1
1.1 Enquadramento do Projeto e Motivação ... 1
1.2 Apresentação da Empresa ... 2
1.3 Objetivos ... 4
1.4 Metodologia ... 5
1.5 Estrutura ... 5
2 Enquadramento Teórico ... 6
2.1 Planeamento e Controlo da Produção ... 6
2.2 Sequenciamento da Produção ... 8
2.3 O Problema do Sequenciamento ... 9
2.3.1 Principais Notações Utilizadas………...9
2.3.2 Métodos de Resolução………..11
2.4 Sequenciamento na Vida Real ... 12
2.4.1 A Importância dos Tempos de Setup………..13
2.4.2 Representação de Soluções……… 15 3 Contextualização do Problema ... 16 3.1 A Situação Atual ... 16 3.1.1 Os Produtos………16 3.1.2 O Processo Produtivo………17 3.1.3 Cadências………...20 3.1.4 Capacidades Instaladas………21
3.1.5 Rentabilidade das Linhas de Produção………..22
3.1.6 Indicadores de Performance………25
3.1.7 O Fluxo de Informação………..26
3.2 O Problema do Sequenciamento da Produção ... 27
4 Uma Abordagem aos Métodos de Sequenciamento da Produção ... 29
4.1 Grupos de Sequenciamento ... 29
4.2 Modelo Base de Sequenciamento ... 29
4.2.1 Pressupostos………..29
4.2.2 Variáveis de Entrada……….31
4.2.3 Breve Descrição do Modelo Proposto………32
4.2.1 Formulação Matemática………33
4.3 Critérios de Seleção e Criação de Configurações ... 36
4.4 Resultados Obtidos ... 38
4.5 Resumo e Proposta ... 42
5 Conclusões e Sugestões de Melhoria ... 47
Referências ... 49
ANEXO A: Produtos ... 50
ANEXO B: Disposição das Linhas de Produção ... 52
ANEXO C: Taxa de Ocupação Histórica das Linhas de Produção ... 53
ANEXO D: Cálculo do OEE ... 54
ANEXO E: Disponibilidade das Linhas de Produção ... 55
ANEXO F: Paragens por Linha de Produção ... 56
ANEXO G: Setups por Tipo de Troca ... 58
ANEXO H: Grupos de Sequenciamento ... 59
ANEXO K: Movimentos Planeados ... 66
ANEXO L: Resultados Obtidos (Configurações e Abordagens) ... 67
ANEXO M: Resultados Obtidos (A1C5) ... 69
ANEXO N: Resultados Obtidos após Melhorias (A1C5) ... 74
Siglas
A1C1 – Configuração 1 da Abordagem 1 A1C2 – Configuração 2 da Abordagem 1 A1C3 – Configuração 3 da Abordagem 1 A1C4 – Configuração 4 da Abordagem 1 A1C5 – Configuração 5 da Abordagem 1 A2C1 – Configuração 1 da Abordagem 2 A2C2 – Configuração 2 da Abordagem 2 A2C3 – Configuração 3 da Abordagem 2 A2C4 – Configuração 4 da Abordagem 2 A2C5 – Configuração 5 da Abordagem 2 AF1 – Acabamentos Finais 1
AF3 – Acabamentos Finais 3 ATC – Apparent Tardiness Cost
ATCS – Apparent Tardiness Cost with Setups C1 – Configuração 1 C2 – Configuração 2 C3 – Configuração 3 C4 – Configuração 4 C5 – Configuração 5 CF1 – Corte Final 1 CF2 – Corte Final 2 CF5 – Corte Final 5 EDD – Earliest Due Date FIFO – First In First Out
LOS – Longest Operation Successor LPT – Longest Processing Time
LRPT – Longest Remaining Processing Time LWKR – Least Work Remaining
MPS – Master Production Scheduling MRP – Material Requirement Planning MS – Minimum Slack
MWKR – Most Work Remaining O1 – Objetivo 1
O2 – Objetivo 2 O3 – Objetivo 3
OEE – Overall Equipment Effectiveness OP – Ordem de Produção
PCP – Planeamento e Controlo da Produção SNRO – Smallest number of remaining operations SPT – Shortest Processing Time
SRPT – Shortest Remaining Processing Time SST – Shortest Setup Time
Índice de Figuras
Figura 1 – Estrutura das unidades de negócio da Corticeira Amorim (adaptado de Amorim,
Relatório Anual Consolidado, 2018) ... 3
Figura 2 - Vendas e EBITDA da UN Revestimentos em milhares de euros (adaptado de Amorim, Relatório Anual Consolidado, 2018) ... 4
Figura 3 - Hierarquia do PCP (adaptado de Vollmann et al. (1997)) ... 6
Figura 4 - Diagrama de fluxo (adaptado de Jacobs & Chase (2013)) ... 7
Figura 5 - Programação para a frente e para trás (adaptado de https://www.wisdomjobs.com/e-university/production-and-operations-management-tutorial-295/scheduling-9619.html, Maio de 2019) ... 9
Figura 6 - Exemplo de Gantt chart ... 15
Figura 7 - Volume total de produção (m2) em 2018 e 2019 (até final de maio) ... 16
Figura 8 - Fluxo do processo produtivo em AF1 por família de produtos ... 18
Figura 9 - Fluxo do processo produtivo em AF3 por família de produtos ... 19
Figura 10 - Cadências (m2/h) das linhas de produção de AF1 por tipo de produto... 20
Figura 11 - Cadências (m2/h) das linhas de produção de AF3 por tipo de produto... 21
Figura 12 - Desdobramento do OEE em AF1 e AF3 (2019) ... 23
Figura 13 - Tempo total (horas) de ocupação e inatividade em AF1 e AF3 (2019) ... 23
Figura 14 - Cumprimento do plano semanal (%) para AF1 e AF3 (2019) ... 25
Figura 15 - Horizonte temporal considerado na metodologia ... 31
Figura 16 - Pseudo código do sequenciamento da produção ... 33
Figura 17 - Esquematização dos critérios de seleção ... 37
Figura 18 - Taxas médias de utilização e atividade (AF1+AF3) da Abordagem 1, por configuração ... 39
Figura 19 - Distribuição das quantidades totais (m2) processadas e em atraso (AF1+AF3) da Abordagem 1, por configuração ... 39
Figura 20 - Taxas médias de utilização e atividade (AF1+AF3) da Abordagem 2, por configuração ... 41
Figura 21 - Distribuição das quantidades totais (m2) processadas e em atraso (AF1+AF3) da Abordagem 2, por configuração ... 41
Figura 22 - Variação da taxa média de cumprimento do plano semanal (AF1+AF3) por abordagem e por configuração, tendo em conta o número de setups e a taxa média de utilização ... 41
Figura 23 - Variação da quantidade total antecipada (AF1+AF3) por abordagem e por configuração, tendo em conta o número de setups e a quantidade em atraso (m2) ... 42
Figura 24 - Distribuição do tempo instalado (nº de horas) por linha de produção ... 43
Índice de Tabelas
Tabela 1 - Regras de prioridade elementares (adaptado de Pinedo (2008)) ... 12
Tabela 2 - Capacidade máxima instalada (nº de horas) por linha de produção ... 22
Tabela 3 - Percentagem de frequência e duração de paragens em AF1 e AF3, em 2018 e 2019 ... 24
Tabela 4 - Frequência, tempo médio e desvio padrão (horas) dos setups por linha de produção, em 2018 e 2019 ... 25
Tabela 5 - Caracterização dos termos utilizados na regra de prioridade multicritério por configuração ... 37
Tabela 6 - Sequência obtida na Abordagem 1 para cada uma das configurações ... 38
Tabela 7 - Sequência obtida na Abordagem 2 para cada uma das configurações ... 40
Tabela 8 - Variação dos resultados obtidos após melhorias no A1C5 ... 45
Tabela 9 - Comparação da sequência e tempos de entrega do método proposto com a situação atual (CF1) ... 46
Tabela 10 - Comparação dos resultados obtidos entre o método proposto e a situação atual (CF1) ... 46
1 Introdução
O presente relatório foi elaborado no âmbito da unidade curricular de Dissertação do Mestrado Integrado em Engenharia e Gestão Industrial, da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto. O projeto foi realizado em ambiente empresarial, na Unidade de Negócios (UN) Revestimentos da Corticeira Amorim, Amorim Revestimentos S.A., em Oleiros.
Neste capítulo será apresentado o tema do projeto, bem como as suas especificidades e o âmbito em que surgiu. Serão também apresentadas as motivações da empresa e os objetivos pretendidos para o futuro. A metodologia seguida durante o desenvolvimento do projeto será ainda referenciada no presente capítulo.
1.1 Enquadramento do Projeto e Motivação
A intensificação da globalização dos mercados tem despoletado constantes desafios nas organizações. A adaptação das unidades de negócio à realidade dos dias de hoje é, desta forma, uma exigência para as instituições que queiram garantir a sua sobrevivência nos mercados cada vez mais competitivos. A diversificação e a internacionalização são as principais estratégias adotadas pelas empresas que procuram assegurar o seu crescimento, aplicadas tanto no portefólio dos produtos, como nos setores e áreas geográficas onde atuam.
O Grupo Amorim, sendo uma das empresas portuguesas mais internacionais e dinamizadoras da economia, tem sempre procurado diversificar e investir em novas áreas com elevado potencial de rentabilidade. A verdade é que o Grupo detém hoje uma posição consolidada nos mercados internacionais e em diversas áreas económicas, seguindo o lema de que não basta apenas um mercado, nem apenas um cliente, nem apenas um produto. Segundo Américo Amorim, antigo Presidente do Conselho de Administração da Corticeira Amorim, S.G.P.S., S.A., “Internacionalizar não é exportar, é ter posições estratégicas no exterior que aproximam a empresa dos seus clientes” (Corticeira Amorim , 2019).A UN Revestimentos, sendo uma das áreas de negócio do Grupo Amorim, segue também esta filosofia.
A Amorim Revestimentos, S.A., tem apostado na inovação e diversificação dos seus produtos, face à forte competitividade dos canais de distribuição de revestimentos e às novas tendências do mercado. Com a sustentabilidade a tornar-se um marco cada vez mais importante, a procura por ideias sustentáveis, capazes de preencher as exigências dos clientes, tem sido uma aposta da empresa. É o caso do Wise by Amorim, uma solução constituída por cortiça e materiais reciclados e que se diferencia por ser 100% sustentável. Esta nova gama marca a entrada no mercado da primeira geração de pavimentos com identidade Amorim e foi incorporada no portefólio da empresa no início do presente ano. Também a marca Wicanders, uma das marcas da UN Revestimentos, apostou recentemente na reestruturação da sua coleção de produtos e a empresa tem investido na capacidade de produção desta solução.
No entanto, nem sempre as estratégias adotadas pelas empresas estão alinhadas com as suas capacidades internas. A inovação e consequente renovação têm que estar asseguradas através do desenvolvimento das operações internas, nomeadamente nas áreas responsáveis pelo fabrico dos novos produtos. Muitas vezes a necessidade de colocar rapidamente novas opções no
mercado para fazer jus à concorrência e às novas tendências, cria problemas na produção, que não está internamente preparada para tais acontecimentos. A Amorim Revestimentos, S.A., encontra-se numa fase de reestruturação e a investir no desenvolvimento de novos produtos, todavia, a capacidade produtiva da empresa não tem conseguido ir de encontro às necessidades criadas pelo mercado.
A diversificação dos produtos e a extensa gama do portefólio fazem com que a empresa se aproxime dos seus clientes através da oferta de múltiplas soluções diferentes. No entanto, tudo isto gera alguns problemas na produção. As quantidades encomendadas que entram no sistema por gama, à medida que a diversidade aumenta, vão sendo cada vez mais pequenas, aumentando a complexidade do processo produtivo. Numa empresa onde a produção está muito dependente das máquinas, a multiplicidade dos lotes de produção obriga a constantes trocas nas linhas. Existe, desta forma, um maior número de setups e o tempo de paragens torna-se mais elevado. Uma empresa que anteriormente se encontrava numa situação favorável, onde produzia quase sempre o mesmo tipo de produto, encontra-se, atualmente, numa fase mais crítica, onde a capacidade produtiva sofreu um decréscimo enorme. Nesse sentido, surge a necessidade de desenvolver projetos capazes de melhorar a performance produtiva da Amorim Revestimentos, S.A, com o estudo e análise de novos métodos. O presente projeto visa, desta forma, o estudo e melhoria do sequenciamento da produção, a fim de melhorar os outputs da fábrica, nomeadamente o aumento das taxas de cumprimento do plano semanal, bem como o aumento da rentabilidade das linhas de produção. Tudo isto contribui para a diminuição dos tempos de entrega e da quantidade em atraso, como também a diminuição do tempo de paragens instalado em cada máquina, nomeadamente paragens devido a setups frequentes. Contudo, o sequenciamento da produção nem sempre é uma tarefa fácil, principalmente em empresas com processos produtivos muito complexos e uma enormidade de eventos inesperados a aconteceram nas linhas de produção diariamente, como é o caso das avarias. Na maioria dos casos, é extremamente árduo o alcance de todos os objetivos, onde a existência de trade-offs é quase frequente. Desta forma, não existe propriamente um método que satisfaça todas as necessidades, tendo que se tomar uma decisão de qual o objetivo que se quer valorizar, face à situação corrente da instituição.
O projeto decorreu na Amorim Revestimentos, S.A, na unidade de Oleiros, na área de Acabamentos Finais, responsável pela montagem dos produtos acabados da empresa.
1.2 Apresentação da Empresa
A Corticeira Amorim, com origem em 1870, é a maior empresa mundial de produtos de cortiça e uma das empresas portuguesas mais internacionais. Com 148 (cento e quarenta e oito) anos de liderança no setor, esta distingue-se dos outros players devido ao contínuo investimento “sem paralelo na investigação, na inovação e no design, desenvolvendo um portefólio de produtos e soluções de elevado valor acrescentado, que antecipam as tendências do mercado e superam as expectativas de algumas das mais exigentes indústrias a nível mundial”(Corticeira Amorim , 2019).
A empresa tem vindo a apostar na verticalização do seu negócio e na internacionalização das suas atividades, sendo um fator de sucesso e diferenciação e contribuindo para o seu crescimento sustentado. Atualmente a Corticeira Amorim conta com 30 (trinta) unidades industriais, 52 (cinquenta e duas) empresas de distribuição e 254 (duzentos e cinquenta e quatro) principais agentes espalhados pelo mundo. Como resultado do seu sucesso e da liderança no setor, a empresa exibe um volume de negócios anual que ascende aos 700 (setecentos) milhões de euros (Corticeira Amorim, 2018).
Relativamente às unidades de negócio, a organização está subdividida em cinco unidades, sendo elas: Matérias – Primas, Rolhas, Revestimentos, Aglomerados Compósitos e Isolamentos. A Figura 1 apresenta como se encontra organizada a estrutura das unidades de negócio da Corticeira Amorim.
A UN Revestimentos, unidade enquadrada no âmbito do projeto, é líder mundial na produção e distribuição de pavimentos e decorativos de parede com incorporação de cortiça, com presença em mais de 70 (setenta) países. Conhecida pelo desenvolvimento de produtos únicos, através da incorporação de uma matéria prima natural, a cortiça, a empresa diferencia-se dos seus concorrentes. Apresenta um portefólio diversificado, com diversas soluções que conjugam as propriedades únicas da cortiça com visuais diferenciados. A elevada tecnologia presente no processo produtivo da Amorim Revestimentos, S.A., permite o fabrico de pavimentos com visuais de madeira e pedra, com recursos a técnicas de impressão digital de última geração que fazem uma réplica de qualquer tipo de visual, com elevado nível de realismo. As principais marcas desta UN são a Wicanders (marca premium), a Corklife e a Cortex. Recentemente a empresa apostou no desenvolvimento de uma marca sustentável com identidade própria, o Wise by Amorim. No total apresenta um portefólio com aproximadamente cinco mil referências. No que diz respeito a unidades fabris, a UN Revestimentos apresenta duas unidades, situadas em Oleiros e Lourosa, sendo que a unidade industrial de Oleiros tem a seu encargo o fabrico dos pavimentos. A área de operações da UN Revestimentos em Oleiros é constituída maioritariamente por duas unidades – Componentes e Acabamentos Finais. Os Acabamentos Finais estão divididos em três zonas (Acabamentos Finais 1; Acabamentos Finais 2; Acabamentos Finais 3), sendo esta unidade responsável pelo fabrico e montagem dos produtos acabados. Estes podem ser divididos em famílias, sendo as principais, Hydrocork, Wise, Authentica, LVT, ArtComfort, Multifloors, Cork-o-Floor, Cork Parquet e CorkStyle. A gama Wise pode ser subdividida em três grupos principais, sendo eles Wise PET, Wise Printed e Wise Cork. Para além disso, ainda existe a família dos Obsoletos, constituída por artigos que futuramente deixarão de ser produzidos e que abrange mais de duas mil referências.
Dado o mercado fortemente competitivo onde a Amorim Revestimentos, S.A. está inserida, a empresa tem enfrentado um decréscimo nas suas vendas totais, registando uma diminuição de 7,7% em 2018, face aos resultados obtidos em 2017, como se verifica na Figura 2 (Corticeira Amorim, 2018).
Figura 1 – Estrutura das unidades de negócio da Corticeira Amorim (adaptado de Amorim, Relatório Anual Consolidado, 2018)
Tudo isto origina novos desafios na organização, que se vê obrigada a melhorar a sua performance, de forma a contornar os resultados menos positivos. Para isso, tem investido no reposicionamento do seu portefólio e na alteração da equipa de gestão da área de operações, onde os principais desafios passam pelo “aumento da eficiência operacional da cadeia de abastecimentos, consolidação do desenvolvimento de novos produtos sustentáveis e aumento da rentabilidade do negócio, através do posicionamento do portefólio de produtos, da exploração de novos canais e de uma maior focalização na margem de negócio” (Corticeira Amorim, 2018). Por conseguinte, o estudo de novos métodos operacionais, capazes de dar resposta às novas necessidades da instituição, torna-se imperativo.
Desta forma, e uma vez que o aumento da eficiência operacional na área de operações é um dos grandes desafios da Amorim Revestimentos, S.A, existem diversas oportunidades de melhoria na área de Acabamentos Finais, com o estudo e implementação de novos métodos operacionais. O estudo e melhoria do sequenciamento da produção surge, assim, no sentido de ultrapassar algumas insuficiências da produção, tentando ir de encontro aos objetivos que a empresa tem para o futuro.
1.3 Objetivos
O presente projeto visa o estudo e análise do sequenciamento da produção, nas áreas de Acabamentos Finais 1 (AF1) e Acabamentos Finais 3 (AF3), para as famílias de produtos Hydrocork, Wise, Authentica, LVT e ArtComfort. Os objetivos passam pela melhoria dos outputs da fábrica, nomeadamente o aumento das taxas de cumprimento do plano e da rentabilidade operacional das linhas de produção, tendo em consideração os movimentos planeados de três semanas.
Assim, o presente projeto ambiciona vários objetivos interligados, sendo eles:
Redução dos atrasos e respetiva quantidade, contribuindo para o aumento das taxas de cumprimento do plano e redução dos tempos de entrega das encomendas;
Melhoria da rentabilidade das máquinas, através da redução do tempo de paragens influenciadas pelo sequenciamento, nomeadamente setups.
Figura 2 - Vendas e EBITDA da UN Revestimentos em milhares de euros (adaptado de Amorim, Relatório Anual Consolidado, 2018)
1.4 Metodologia
O projeto teve uma duração de aproximadamente cinco meses e o seu desenvolvimento foi dividido em várias fases.
A primeira semana do estágio foi dedicada à integração na empresa, com a apresentação da chefia e colaboradores da organização. Após a integração, o método seguido consistiu na observação de todo o processo produtivo e no conhecimento dos produtos, a par do seguimento do sequenciamento das linhas de produção. Tudo isto contribui para a identificação da situação atual da Amorim Revestimentos, S.A., como também para a contextualização do problema e respetivas causas. Paralelamente houve uma recolha e tratamento de dados, nomeadamente dados relativos aos OEE’s das máquinas, registos de produção e indicadores de performance. Com isto foi possível identificar os principais tipos de paragens que afetavam cada uma das linhas de produção, bem como a sua frequência e duração média e qual o impacto na performance da empresa. A maioria dos dados estava disponível no sistema da empresa ou em ficheiros Excel. Todavia, os registos de produção tiveram que ser analisados folha a folha, uma vez que, da maneira como os registos são feitos atualmente, nem toda a informação necessária para o desenvolvimento do projeto estava guardada em suporte informático, nomeadamente os tempos de setup por tipo de setup.
Após a análise da situação atual e a clara identificação do problema de sequenciamento e respetivas restrições, seguiu-se o estudo da proposta de melhoria, impulsionado com uma revisão da literatura, que permitiu detetar os métodos já existentes e de que forma poderiam ser aplicados ou adaptados à situação real da empresa. Primeiramente modelou-se a proposta de melhoria, com a análise de diferentes abordagens de sequenciamento e múltiplos Configuraçãos que envolvem critérios diferentes de seleção. A ferramenta utilizada durante o desenvolvimento do projeto foi Microsoft Excel com recurso a VBA (Visual Basic for Applications).
De forma a identificar o melhor método de sequenciamento face aos objetivos pretendidos e a situação atual da empresa, recorreu-se a uma análise comparativa dos resultados obtidos em cada um dos Configuraçãos, para cada uma das abordagens desenvolvidas. Para isso, teve-se em consideração diversos parâmetros, nomeadamente a taxa de cumprimento do plano e as taxas médias de utilização e atividade das linhas de produção. Por fim, realizou-se uma análise comparativa do método proposto com a situação atual da empresa, tendo em consideração o sequenciamento real em apenas uma das linhas de produção, que foi escolhida juntamente com o orientador na empresa.
1.5 Estrutura
O presente relatório pode ser dividido em várias secções, sendo que:
Capítulo 1 – Apresentação do projeto e respetivo enquadramento, com uma apresentação geral da empresa onde o presente projeto foi realizado;
Capítulo 2 – Enquadramento teórico do tema do projeto e apresentação de alguns métodos de sequenciamento existentes na literatura;
Capítulo 3 – Apresentação da situação atual e contextualização do problema de sequenciamento da empresa;
Capítulo 4 – Explicação dos métodos de sequenciamento analisados e análise dos resultados obtidos;
2 Enquadramento Teórico
Este capítulo tem como objetivo enquadrar o presente projeto na sua literatura relevante. Assim, primeiramente será feita uma abordagem ao papel do planeamento e controlo da produção em ambiente empresarial. De seguida, será caracterizado em detalhe o problema de sequenciamento da produção, englobando não só as principais notações utilizadas, bem como os diferentes métodos existentes na literatura e os principais problemas despoletados no quotidiano de uma empresa industrial.
2.1 Planeamento e Controlo da Produção
O Planeamento e Controlo da Produção (PCP) é cada vez mais fulcral em ambientes empresariais. À medida que a competição aumenta, a procura por métodos operacionais mais eficientes por parte das organizações torna-se uma obrigatoriedade. Estas procuram métodos que visem uma utilização mais eficiente dos seus recursos e um maior nível de desempenho, alcançando, desta forma, os objetivos propostos em termos de qualidade, quantidade, custos e prazos de entrega (Ray Wild, 2002).
O planeamento é uma atividade realizada antes da produção e pretende, face aos movimentos planeados, gerir os fatores externos e internos que influenciam diretamente a produção, de forma a satisfazer a procura (Jacobs & Chase, 2013). Segundo Ray Wild (2002) “Planeamento da Produção consiste na determinação, aquisição e organização de todas as instalações necessárias para a produção futura de produtos”. Por outro lado, o controlo da produção entra em ação quando o que está efetivamente a acontecer se desvia daquilo que foi previamente planeado. Neste caso, são inúmeros os fatores que podem despoletar alterações na produção, como é o caso do absentismo, as avarias nas máquinas, as inesperadas alterações na procura, a falta de material, entre outros (Ray Wild, 2002). Resumidamente, o planeamento origina um conjunto de ações no chão de fábrica, enquanto que o controlo é constituído pelo seu acompanhamento em “tempo real” e, caso seja necessário, pela criação de um conjunto de medidas que visem o cumprimento dos planos.
Segundo Thomas E. Vollmann et al. (1997) , as atividades de planeamento e controlo da produção podem ser divididas em diferentes níveis e horizontes temporais. A Figura 3 ilustra os diferentes níveis.
O Planeamento da Produção, muitas vezes designado por Planeamento Agregado da Produção, tem como principal objetivo definir a combinação ótima referente à quantidade a produzir em termos agregados, bem como a quantidade de recursos e o nível de inventário necessários durante o período em análise (Jacobs & Chase, 2013). Após o Planeamento da Produção, segue-se o nível segue-seguinte, também designado por Master Production Scheduling (Plano Mestre de Produção) (MPS). Contrariamente ao nível anterior, que providencia um plano geral, o MPS apresenta um nível de detalhe superior, definindo exatamente quanto se deve produzir de cada item durante tempos periódicos específicos que, normalmente, são semanas. Neste caso, o planeamento é baseado na procura real de cada item final, apresentando uma postura mais operacional e é neste nível que ocorre a transformação das encomendas em ordens de produção dos produtos acabados. Contudo, cada artigo pode ser composto por mais do que um componente e/ou matéria prima, sendo assim necessária a criação do Material Requirement Planning (MRP), correspondente ao terceiro nível da hierarquia. Este tem como primordial objetivo determinar o número de componentes e matérias primas necessárias para cada um dos itens finais, bem como quando devem ser produzidos e/ou requisitados a fornecedores externos para que estejam disponíveis no tempo estipulado para a conceção do respetivo produto final (Jacobs & Chase, 2013). Em empresas com uma vasta diversidade de produtos, este plano torna-se imprescindível para o bom funcionamento operacional de toda a organização, de forma a evitar roturas no processo produtivo. Por fim, segue-se o controlo fabril, responsável pelo sequenciamento das ordens de fabrico e por todo o controlo do chão de fábrica. É aqui que se define a sequência de produção das ordens de fabrico e se controla o chão de fábrica, de forma a garantir uma boa performance dos outputs da produção (Jacobs & Chase, 2013).
Posto isto e segundo Slack et al. (2002) as decisões que são tomadas ao longo dos diferentes níveis hierárquicos devem considerar uma relação equilibrada entre a oferta e a procura, bem como uma coordenação entre as diversas áreas existentes na organização para que, dentro da capacidade máxima produtiva e dos recursos disponíveis, seja produzida a quantidade adequada, no tempo apropriado e com a qualidade desejada.
2.2 Sequenciamento da Produção
O sequenciamento é um processo de decisão que se tem tornado cada vez mais importante em empresas industriais, principalmente onde a variedade de produtos é muito vasta e a competição é significativa, apresentando-se assim como uma necessidade para a sobrevivência das próprias organizações. Este surge no último nível hierárquico das atividades de planeamento e controlo da produção e pode ser descrito como a alocação das diferentes tarefas às máquinas existentes no chão de fábrica, tendo em vista a maximização de um ou mais objetivos, bem como a consideração de um conjunto de restrições. Os objetivos podem tomar diferentes formas e estão dependentes do propósito da empresa. O cumprimento dos planos semanais, através da minimização do número de ordens e/ou o número de dias em atraso, como também a minimização do tempo de produção necessário para executar todas as ordens, são alguns exemplos de objetivos considerados pelas unidades fabris aquando da altura de sequenciar (Pinedo, 2008).
O problema de sequenciamento foca-se, desta forma, em determinar a melhor sequência em que as ordens de fabrico devem ser realizadas em cada uma das máquinas existentes, com os respetivos tempos de início e fim de processamento em cada máquina. No entanto, existem diferentes maneiras de sequenciar, que originam, por sua vez, diferentes soluções. Segundo Jacobs & Chase (2013), uma característica que influencia a sequência proposta pelo sequenciamento é a capacidade dos recursos que, em alguns casos, não é considerada e estes assumem-se com capacidade infinita. No entanto, estes sistemas na maioria dos casos não se aproximam da realidade, sendo que as soluções que consideram a capacidade dos recursos como finita, por noma, apresentam melhores resultados, apesar do maior grau de complexidade. De acordo com os mesmos autores, uma outra característica que influencia a solução gerada está relacionada com o tipo de alocação, i.e., se o sequenciamento é programado para trás ou para a frente, backward scheduling e forward scheduling, respetivamente. Se o sequenciamento é programado para trás, a produção é feita exatamente para a data de entrega da encomenda, ou seja, as ordens são atribuídas ao último intervalo de tempo disponível, estando terminadas apenas na data em que o produto acabado é necessário. Por outro lado, se o sequenciamento é programado para a frente, a produção é realizada o mais cedo possível, isto é, as ordens são alocadas ao primeiro intervalo de tempo disponível e a data de conclusão da ordem de fabrico é determinada tendo em consideração os tempos finais de processamento calculados à posteriori. A Figura 5 apresenta um esquema que retrata os dois tipos de sequenciamento, backward scheduling e forward scheduling.
2.3 O Problema do Sequenciamento
Ao longo dos últimos anos, são vários os estudos realizados em torno dos problemas de sequenciamento, com inúmeros modelos estudados e criados. A verdade é que nem todas as empresas e respetivos processos produtivos são iguais, e nem sempre os modelos existentes se enquadram na sua totalidade com a realidade. Assim, consoante as características em análise, existe, quase sempre, a necessidade de adaptar os modelos já existentes na literatura à realidade das instituições.
2.3.1 Principais Notações Utilizadas
De uma forma geral os problemas de sequenciamento utilizam sempre a mesma notação. O número de ordens de fabrico, bem como o número de máquinas assumem-se como infinitos, sendo que n diz respeito ao número de ordens a sequenciar e m ao número de máquinas. Normalmente o índice j refere-se às ordens e o índice i às máquinas. Desta forma, pi,j representa o tempo de processamento da ordem j na máquina i, enquanto que rj e dj representam a data de
entrada e de entrega da ordem j, respetivamente. A data de entrega corresponde à data em é esperada a entrega da encomenda ao cliente. O fator de prioridade ou peso atribuído a cada ordem é representado por wj e reflete a importância da ordem j face às restantes ordens presentes no sistema (Pinedo, 2008).
Segundo Pinedo (2008), convencionalmente, os problemas de sequenciamento são expressos pela forma α | β | γ, onde α descreve a configuração das máquinas, β as restrições adicionais e, por fim, γ representa a função objetivo.
Assim, referente ao campo α seguem-se as seguintes notações:
Máquina única (1) – Representa o caso onde existe apenas uma máquina e todas as tarefas são
alocadas à mesma, sendo assim o caso mais simples. Pode ser também um caso especial de problemas mais complexos.
Flow shop (Fm) – Nos problemas de flow shop existem m máquinas em série e cada ordem tem
que ser processada em cada uma das máquinas. Assim, todas as ordens apresentam a mesma
Figura 5 - Programação para a frente e para trás (adaptado de https://www.wisdomjobs.com/e-university/production-and-operations-management-tutorial-295/scheduling-9619.html, Maio de 2019)
rota e para este tipo de problemas, normalmente adota-se a filosofia de FIFO (First In First Out) nas filas de espera entre máquinas.
Job Shop (Jm) – Representa o caso onde existem m máquinas e cada ordem tem a sua própria
sequência de operações.
Relativamente às restrições adicionais, campo β, são analisadas:
Restrições de precedência (prec) – Estas restrições normalmente aparecem nos casos de uma
única máquina, ou então, em configurações com máquinas paralelas, onde uma ordem só pode começar a ser processada quando as ordens anteriores estiverem completas.
Dependência do tempo de setup (sjk) – Este é o caso onde podem existir tempos de preparação
entre o processamento de diferentes ordens e, por norma, estes tempos estão dependentes da sequência imposta. Assim, sjk representa o tempo de setup incorrido entre o processamento da ordem j e a ordem k. Se o tempo de setup para além da sequência depende também da máquina onde está a ser feito o processamento utiliza-se a notação sijk, onde i representa o índice da máquina. Os tempos de arranque e limpeza das máquinas poderão ser nulos, dependendo dos casos.
Famílias de trabalho (fmls) – Neste caso existem n ordens pertencentes a F famílias diferentes.
A criação de famílias acontece quando existe uma vasta variedade referente às características das ordens a serem processadas. Assim sendo, as ordens pertencentes à mesma família possuem todas as mesmas características, existindo apenas tempos de setup quando se troca de família. Se o tempo de setup depende apenas da família que vai iniciar o seu processamento, este é notado como sg, i.e., o tempo incorrido para o processamento da família g. Por outro lado, se o tempo de setup, para além da família também depende da sequência, este é representado como sgh, i.e., o tempo incorrido entre o processamento da família g e a família h.
Paragens (brkdwn) – As paragens pressupõem que uma máquina não está continuamente
disponível devido a avarias.
Permutação (prmu) – Esta é uma restrição muito comum em ambientes flow shop, onde cada
máquina opera de acordo com a política FIFO. Desta forma, a sequência que é ditada na primeira máquina da rota é transmitida às restantes máquinas do sistema.
Recirculação (rcrc) – Esta restrição tem tendência a acontecer num ambiente job shop, quando
uma ordem visita uma determinada máquina mais do que uma vez.
Por fim, no que diz respeito às funções objetivo possíveis (γ), seguem-se alguns exemplos habitualmente usados nos problemas de sequenciamento:
Makespan (Cmax) – Um dos objetivos mais usuais é a minimização do makespan, i.e., a minimização do tempo em que a última ordem é concluída e sai do sistema. Geralmente uma minimização do makespan implica uma boa utilização das máquinas presentes no chão de fábrica.
Tempo Total Executado (∑Cj) – Diz respeito à minimização do somatório dos tempos
necessários para a execução de todas as ordens. Uma extensão deste objetivo pode ser a incorporação do fator de prioridade, caso exista, tomando a forma de ∑wjCj.
Lateness (Lmax) – Refere-se à minimização da pior violação dos prazos de entrega. O cálculo
do lateness de cada ordem (Lj) poder ser definido como Lj = Cj - dj.
Tardiness (∑Tj) – Corresponde à minimização da soma dos atrasos de cada ordem. À semelhança da notação referente ao tempo total executado, também neste caso pode existir a incorporação do peso atribuído a cada ordem, tomando a forma de ∑wjTj. O cálculo da tardiness de cada ordem (Tj) poder ser definido como Tj = max (Cj - dj,0) = max (Lj,0).
Realça-se que a diferença existente entre lateness e tardiness reside no facto de tardiness nunca tomar valores negativos.
2.3.2 Métodos de Resolução
Face aos diferentes problemas de sequenciamento, são inúmeros os métodos existentes na literatura que dão resposta aos objetivos propostos. Contudo, e apesar das diversas alternativas existentes, a escolha do método mais adequado nem sempre é uma decisão fácil. Tudo depende das características do problema em análise e de como estas se enquadram nas diferentes metodologias. A complexidade inerente aos problemas de sequenciamento faz com que o tempo disponível para a obtenção de soluções seja um dos fatores primordiais a ter em consideração. A busca por métodos rápidos, mas ao mesmo tempo eficazes, é assim uma premissa em qualquer indústria pois, na verdade, a famosa citação de Benjamin Franklin, “Tempo é dinheiro”, é sempre aplicável.
Segundo Simon French (1982), os problemas de sequenciamento podem ser classificados como determinísticos ou estocásticos, bem como estáticos ou dinâmicos. O que diferencia um problema de ser determinístico ou estocástico é o nível de incerteza e aleatoriedade existente. De acordo com Simon French (1982), um problema é determinístico caso os tempos de processamento e todos os outros parâmetros sejam fixos e conhecidos atempadamente, caso contrário, o problema é considerado estocástico. Por sua vez, um problema é considerado estático quando a sequência na qual as tarefas devem ser processadas é determinada de uma só vez e permanece inalterável, contrariamente aos problemas dinâmicos, que têm em consideração as modificações que ocorrem ao longo do tempo (Laha, 2008).
Posto isto, são vários os métodos existentes na literatura que visam a resolução de problemas de sequenciamento. Estes podem ir desde simulações, utilização de métodos exatos ou então métodos aproximados (Zhu & Wilhelm, 2006).
Os métodos exatos utilizam algoritmos que garantem a solução ótima, no entanto, para problemas de dimensão considerável a complexidade pode ser demasiado elevada, o que requer um enorme esforço computacional na obtenção de soluções (Moghaddas & Houshmand, 2008). Desta forma, garantir uma solução ótima nestes casos pode ser um processo bastante demorado e nem sempre é compatível com aquilo que as indústrias pretendem. A programação inteira e o algoritmo de branch-and-bound são dos métodos de otimização mais utilizados nos problemas de sequenciamento(Błażewicz et al., 1996).
Por sua vez, os métodos aproximados, muitas vezes designados por métodos heurísticos, apesar de não garantirem a solução ótima, conseguem produzir soluções aproximadas num intervalo de tempo menor. Do ponto de vista prático e empresarial, onde a obtenção de soluções tem que ser imediata, os métodos heurísticos acabam, portanto, por prevalecer comparativamente com os métodos exatos. No que diz respeito às heurísticas construtivas, as regras de prioridade são das técnicas mais utilizadas neste tipo de problemas, devido à fácil implementação e ao baixo nível de complexidade (Błażewicz et al., 1996). Contudo, apesar de serem dos métodos mais utilizados, torna-se difícil avaliar a performance das soluções geradas por este tipo de heurísticas, uma vez que os resultados dependem apenas da sequência inicial e pequenas alterações nos parâmetros podem originar soluções bastante diferentes (Hoitomt, Luh, & Pattipati, 1993). A heurística desenvolvida por Adam el al. (1988), shifting bottleneck heuristic,
é também uma das metodologias mais poderosas nos problemas de sequenciamento, onde estes são concentrados numa única máquina, neste caso o bottleneck. Relativamente a meta-heurísticas, Tabu Search, Genetic Algorithm e Simulated Annealing, são as abordagens mais utilizadas. A ideia por detrás deste tipo de metodologias é melhorar as soluções obtidas nas heurísticas de construção, através da criação de soluções vizinhas. Um vizinho é gerado sempre que acontece uma modificação na solução atual, sendo que o objetivo visa a obtenção de
inúmeras soluções capazes de melhorar a função objetivo tida em consideração (Błażewicz et al., 1996).
A Tabela 1 ilustra as regras de prioridade elementares mais utilizadas na literatura.
Tabela 1 - Regras de prioridade elementares (adaptado de Pinedo (2008))
Regra de prioridade Descrição
SPT “Shortest processing time”. Prioriza a ordem de produção (OP)
com menor tempo de processamento.
LPT “Longest processing time”. Prioriza a OP com maior tempo de
processamento.
SRPT “Shortest remaining processing time”. Prioriza a operação com
menor tempo restante de processamento da OP.
LRPT “Longest remaining processing time”. Prioriza a operação com
maior tempo restante de processamento da OP.
FIFO “First in First out”. Prioriza a primeira operação da fila de espera
da máquina.
LOS “Longest operation sucessor”. Prioriza a operação com maior
tempo de processamento da operação subsequente.
SNRO “Smallest number of remaining operations”. Prioriza a OP com
menor número de operações subsequentes.
LNRO “Largest number of remaining operations”. Prioriza a OP com
maior número de operações subsequentes.
EDD “Earliest due date”. Prioriza as operações por ordem crescente das
datas de entrega.
LWKR “Least work remaining”. Prioriza a OP com o menor valor da soma
das durações das operações por realizar.
MWKR “Most work remaining”. Prioriza a OP com o maior valor da soma
das durações das operações por realizar.
MS “Minimum Slack”. Prioriza a OP cujo tempo de folga até à data de
entrega é menor.
SST “Shortest Setup Time”. Prioriza a OP com menor tempo de setup.
2.4 Sequenciamento na Vida Real
Tal como já foi referido nas secções anteriores, nem sempre os métodos existentes atualmente têm em consideração todas as restrições dos problemas de sequenciamento, o que faz com que as soluções obtidas se desviem da prática comum. No entanto, e apesar dos inúmeros estudos realizados, ainda não é muito claro como é que o conhecimento presente na literatura pode ser aplicado ao mundo real (Pinedo, 2008). Segundo Pinedo (2008) são várias as diferenças existentes entre a realidade do sequenciamento da produção e os métodos desenvolvidos ao longo dos últimos anos, destacando-se as seguintes:
Por norma as metodologias desenvolvidas não retratam o dinamismo inerente à entrada de novas ordens no sistema, uma vez que consideram um número fixo de encomendas. No entanto, na maioria das empresas, a entrada de novas encomendas acontece continuamente ao longo do tempo;
Os métodos existentes muitas vezes não enfatizam o re-sequenciamento que, na prática, acontece com alguma regularidade. O re-sequenciamento acontece quando algum evento inesperado surge e obriga a modificações na solução obtida;
As configurações das máquinas existentes no mundo real são mais complicadas do que as que são retratadas nos métodos existentes. Muitas vezes o fluxo do material não é um processo contínuo e o layout das máquinas não está racionalizado;
Na teoria, as prioridades atribuídas às ordens assumem-se como fixas, o que nem sempre acontece na prática. Na realidade, uma ordem com baixa prioridade pode tornar-se, repentinamente, numa urgência;
Muitas vezes a disponibilidade das máquinas não é tida em consideração nos modelos existentes, assumindo-se que estas se encontram continuamente disponíveis. Na verdade, isso raramente acontece, uma vez que existem inúmeras paragens que podem pôr em causa a disponibilidade das linhas de produção;
A maioria dos métodos existentes retrata modelos com um único objetivo; todavia, a combinação de objetivos é algo que acontece frequentemente nos processos industriais. Para este tipo de casos existe a necessidade de se criar uma função múltipla, onde são atribuídos pesos dinâmicos a cada um dos objetivos;
O sequenciamento na prática utiliza com alguma frequência horas extra, o que não é tido em consideração nos modelos teóricos.
Posto isto, muitas vezes o problema de sequenciamento na vida real não recorre a heurísticas muito sofisticadas, devido à existência dos eventos anteriormente enumerados, que acontecem com alguma regularidade nas indústrias, mas que não são retratados nos métodos. Estes eventos causam constantes modificações nas soluções obtidas, o que leva as empresas a sacrificarem da solução obtida através de heurísticas mais complexas e a adotarem metodologias mais abrangentes (Pinedo, 2008).
2.4.1 A Importância dos Tempos de Setup
Com a intensificação da competição nos mercados e as indústrias a apostarem na diversificação dos seus produtos, os tempos de setup são cada vez mais um objeto de estudo. Contudo, não são muitos os métodos de resolução de problemas de sequenciamento que retratam esta realidade. Várias metodologias existentes na literatura consideram o tempo de setup como insignificante, sendo assim incluído como parte do tempo de processamento das ordens de fabrico (Ebrahimi et al., 2014).
Tempo de setup pode ser definido como o tempo necessário para preparar uma máquina para a execução de uma determinada tarefa. Por sua vez, o custo de setup é o custo para configurar o recurso antes da execução da tarefa. Geralmente quando o tempo e o custo são proporcionais, o que tipicamente ocorre quando apenas o tempo de paragem é a única preocupação, é suficiente a consideração de apenas um dos parâmetros, tempo de setup ou custo de setup (Allahverdi & Soroush, 2008). No que diz respeito aos diferentes tipos de setup, estes podem ser dependentes ou independentes da sequência. Se o tempo de setup apenas depende da tarefa que vai ser executada, independentemente daquilo que foi processado antes, diz-se que o tempo de setup é independente da sequência, caso contrário, é considerando dependente (Ebrahimi et al., 2014).
Devido à importância deste parâmetro nas indústrias e o desafio que os tempos de preparação criam na obtenção de soluções, o número de estudos realizados em torno deste tipo de problemas tem aumentado. Com a redução dos tempos de setup consegue-se aumentar a capacidade produtiva das máquinas, como também, a redução dos tempos de entrega, entre outros benefícios (Allahverdi & Soroush, 2008).
Contudo, a maioria dos problemas de sequenciamento da produção com setups lida com conflitos entre a eficiência das máquinas e os tempos de entrega das encomendas. Este trade-off apresenta, desta forma, um desafio para qualquer procedimento de sequenciamento, uma vez que se torna impossível atingir todos os objetivos pretendidos. Por um lado, a elevada eficiência está relacionada com lotes de processamento maiores dentro do mesmo setup. No entanto, de forma a que os tempos de entrega das encomendas sejam respeitados, existe tendência a que os lotes de processamento sejam menores, originando um maior número de setups (Baker, 1999).
Seguidamente serão apresentados alguns métodos existentes na literatura que retratam metodologias de sequenciamento da produção mais adaptadas à realidade das indústrias, nomeadamente heurísticas que englobem os tempos de preparação das máquinas.
Métodos construtivos com setups dependentes da sequência
Tal como já foi referido em secções anteriores, as regras de prioridade são das heurísticas mais utilizadas em ambiente empresarial para a obtenção de soluções de sequenciamento, devido à simplicidade matemática e eficiência quando comparadas a outras técnicas, normalmente complexas e dependentes de grande esforço computacional. Estas podem tomar diferentes formas e classificações.
Segundo Pinedo (2008), as regras podem ser classificadas como estáticas ou dinâmicas. As regras dinâmicas têm em consideração as alterações que vão acontecendo ao longo do tempo, contrariamente às regras estáticas, que permanecem inalteráveis. Uma outra maneira de classificar as regras de prioridade é de acordo com a informação em que estas se baseiam. Uma regra local tem apenas em consideração informação relativa à máquina onde está a ser aplicada, contrariamente à regra global, que tem também em atenção informação relativa a outras máquinas, como por exemplo, o tempo de processamento da ordem de fabrico nas outras linhas de produção.
As regras de prioridade tendem a estar relacionadas com um único objetivo, no entanto, no mundo real, os objetivos são muito mais complicados e os problemas realísticos pretendem funções combinatórias. Assim, a criação de regras compostas baseia-se na junção dos objetivos tidos em consideração nas regras mais elementares, ilustrados na Tabela 1. Dentro deste contexto, Apparent Tardiness Cost (ATC) é uma regra que combina as heurísticas Weighted Shortest Processing Time (WSPT) e Minimum Slack (MS) e tem como objetivo a priorização das atividades com menor tempo de processamento e elevada prioridade, a par das atividades com menor folga (Pinedo, 2008). No entanto, apesar da sua ampla utilização, esta regra não contempla os tempos de setup. De forma a atender às necessidades impostas pelos processos produtivos, Kim et al. (1995) e Lee et al. (1997), desenvolveram uma nova heurística de sequenciamento, Apparent Tardiness Cost with Setups (ATCS), onde é incorporado o fator setup na formulação da heurística ATC. Esta combina, assim, a regra WSTP, MS e SST (Shortest Setup Time) num único índice (Pinedo, 2008). A formulação da ATCS é apresentada na equação (2.1), onde wj representa o peso da ordem j, pj o tempo de processamento da ordem j, dj o prazo de entrega da ordem j e sjk o tempo de setup gerado pela transição da ordem j para a ordem k; k1p e k2s representam parâmetros empiricamente definidos.
𝐼𝑗(𝑡) = 𝑤𝑗 𝑝𝑗exp( − max(𝑑𝑗−𝑝𝑗−𝑡,0) 𝑘1𝑝 ) exp(− 𝑠𝑗𝑘 𝑘2𝑠) (2.1)
Por outro lado, a heurística desenvolvida por Adam et al., shifting bottleneck heuristic, é também uma das heurísticas mais utilizadas em problemas de sequenciamento, tendo como objetivo a simplificação dos problemas mais complexos. As máquinas possuem variadas características, originando assim, diferentes tempos de processamento consoante a função e/ou o tipo de material que está a ser processado. O bottleneck, ou gargalo, é caracterizado como a máquina que limita a capacidade produtiva, i.e., a máquina com o maior tempo de processamento. Assim, tal como o próprio nome sugere, shifting bottleneck heuristic, sequencia sempre em primeiro lugar o gargalo (Błażewicz et al., 1996). Seguidamente dá-se o sequenciamento nas restantes máquinas onde, geralmente, é transmitida a sequência que foi determinada inicialmente.
A junção de vários métodos construtivos pode ser uma abordagem mais prática para retratar os problemas reais, nomeadamente a combinação das heurísticas descritas anteriormente. Muitas vezes as regras de prioridade são aplicadas apenas nas máquinas mais críticas do ponto de vista produtivo, i.e., o bottleneck, e a sequência obtida é transmitida às restantes linhas de produção. Segundo Pinedo (2008), a estrutura do algoritmo pode ser dividida nas seguintes fases:
Fase 1: Identificação do bottleneck;
Fase 2: Computação dos parâmetros para o bottleneck; Fase 3: Sequenciamento no bottleneck;
Fase 4: Sequenciamento nas restantes máquinas.
2.4.2 Representação de Soluções
A representação de soluções em problemas de sequenciamento são uma parte muito importante dos sistemas. Estas dependem do nível de detalhe retratado nos métodos de resolução, bem como no horizonte temporal considerado (Pinedo, 2008).
O Gantt chart é talvez a forma de representação existente mais popular. É um método gráfico de fácil interpretação, constituído por dois eixos. O eixo horizontal representa o tempo, enquanto que o eixo vertical diz respeito aos recursos, i.e., as máquinas existentes. As atividades são representadas por retângulos e geralmente são distinguidas através de cores. As cores podem também ser utilizadas para indicar uma determinada característica, como por exemplo, a utilização da cor vermelha para indicar as ordens que são completas após a respetiva data de entrega prevista. Realça-se que em problemas com um elevado número de ordens a processar e um grande número de recursos, a leitura do Gantt chart pode-se tornar complicada (Pinedo, 2008). A Figura 6 representa um exemplo do mapa de Gantt chart.
Como complemento à representação gráfica, uma outra maneira de representar a solução obtida é através da criação de uma lista de despacho para cada um dos recursos, onde são tidos em consideração os tempos de início e fim de processamento, como também todos os tempos de
3 Contextualização do Problema
A primeira fase do projeto consistiu em identificar e perceber o problema de sequenciamento da produção na Amorim Revestimentos, S.A., na unidade fabril de Oleiros.
O presente capítulo tem assim como objetivo apresentar em detalhe a situação atual da empresa, com a identificação dos principais problemas que afetam diretamente o sequenciamento da produção.
3.1 A Situação Atual
A análise da situação atual consistiu na observação, recolha e tratamento de dados. Desta forma, estudou-se o processo produtivo da unidade de Oleiros da Amorim Revestimentos, S.A., bem como os fluxos de informação existentes entre as diversas áreas ligadas à produção. Houve também um seguimento mais detalhado no sequenciamento das linhas de produção, de forma a identificar as restrições inerentes ao mesmo. Dado o âmbito do projeto, as unidades de Acabamentos Finais 1 (AF1) e Acabamentos Finais 3 (AF3) foram as analisadas.
Atualmente a empresa encontra-se numa fase de reestruturação, quer a nível organizacional, quer a nível produtivo, com a implementação de diversas alterações que se enquadram no âmbito do projeto. Assim, serão também apresentadas, em modo resumo, as principais mudanças que estão a ser implementadas na organização.
3.1.1 Os Produtos
De acordo com o âmbito do projeto, apenas cinco famílias de produtos serão analisadas, sendo elas Hydrocork, Wise, Authentica, LVT e ArtComfort, o que perfaz um total de 835 (oitocentos e trinta e cinco) artigos. A Figura 7 representa o volume de produção para cada uma das famílias em análise, em 2018 e 2019 até final de maio. A descrição do produto e respetivos componentes de cada uma das famílias pode ser consultada na Tabela 1A do Anexo A. Realça-se que os termos dos componentes correspondem aos termos correntes utilizados diariamente na empresa. A Tabela 2A do Anexo A apresenta alguns exemplos dos artigos de fabrico existentes no portefólio da empresa e as respetivas características associadas a cada artigo, demonstrando a diversidade existente.
3.1.2 O Processo Produtivo
O processo produtivo da Amorim Revestimentos, S.A. em Oleiros está subdividido em várias fases, estando o fornecimento das matérias primas maioritariamente a cargo da unidade de Lourosa e da unidade de Componentes em Oleiros, sendo categorizadas como fornecedores internos das unidades de Acabamentos Finais.
O processo produtivo inicia-se assim com a limpeza e trituração da matéria prima utilizada, a falca1, a fim de se obter os granulados de cortiça necessários para a aglomeração, responsável pela conceção das bases utilizadas na montagem dos produtos. A aglomeração pode ser feita apenas com os granulados de cortiça, dando origem às bases mais tradicionais, ou então, pode haver a junção de polímeros durante este processo, produzindo-se outro tipo de aglomerados, destacando-se o caso do NRT2 e do Subertech3. Os vários tipos de bases, bem como o respetivo
local de produção podem ser consultados na Tabela 1A do Anexo A.
Após o fabrico das matérias primas internas necessárias, tanto em Componentes, como na Unidade de Lourosa, o processo é transferido para a respetiva área de Acabamentos Finais, consoante o tipo de produto. Esta área é assim responsável pela conceção do produto final até este estar pronto a expedir.
As unidades de AF1 e AF3 apresentam algum grau de complexidade. Para além da existência de mais do que um tipo de família em cada unidade, existe também uma diversidade referente ao tipo de produtos dentro das próprias famílias, tal como já foi referido na Secção 3.1.1. Para além disso, estas não podem ser tratadas como unidades independentes, uma vez que, em alguns casos, o fabrico do produto final está sob a responsabilidade de ambas. Desta forma, a sequência de operações está sempre dependente do tipo de produto que se quer produzir e esta é ditada pela gama operatória de cada artigo. Seguidamente apresenta-se, com maior detalhe, as unidades de AF1 e AF3, bem com o processo produtivo das famílias de produtos enquadradas no âmbito do projeto.
Acabamentos Finais 1
A unidade de AF1 é composta por seis linhas de produção diferentes, sendo elas: Corona, Colagem 9, Corte Final 1, Corte Final 2, Envernizamento 1 e Embalagem 1. O fluxo dos materiais nesta unidade difere consoante o tipo de produto, onde apenas será analisado em detalhe o processo produtivo das duas principais gamas, Hydrocork e Wise.
O Hydrocork inicia o seu processo na Corona, uma linha auxiliar à colagem, que tem como objetivo fazer o tratamento tanto do top layer, como do bottom layer. Esta linha auxiliar é a mais recente da unidade e surgiu com o âmbito de preparar o material para a colagem, aumentando assim a sua eficiência face a problemas encontrados no passado. A linha de Colagem 9 tem a função de colar à base de NRT, o bottom layer e o top layer, seguindo-se o processo de prensagem durante 3h20 (três horas e vinte minutos). Após esta etapa, o material tem que estabilizar durante 24h (vinte e quatro horas) e só depois é que pode passar para a linha seguinte, Corte Final 2 ou Corte Final 1. Por fim, o material já cortado é embalado e etiquetado na Embalagem 1, chegando ao fim o seu processo.Contrariamente ao Hydrocork, o processo do Wise não se inicia em AF1. Primeiramente tem que haver a formação da “sandwich”4 na Colagem 6 (AF3), seguida de uma prensagem de 1h30 (uma hora e trinta minutos). Se estivermos perante o Wise PET, o material tem que ir a Componentes lixar e só depois é que é
1 A falca é uma variante da cortiça, sendo a matéria prima utilizada no processo produtivo da UN Revestimentos.
2 Aglomerado de cortiça e polímeros utilizado na montagem do Hydrocork.
transferido para a Colagem 9, responsável pela incorporação do decorativo PET ou PP. Seguidamente e à semelhança do que acontece no Hydrocork, existe uma prensagem de1h40 (uma hora e quarenta minutos) antes do material prosseguir para as restantes linhas de produção, Corte Final 1 e Embalagem 1. Contudo, se estivermos perante o Wise Cork, o material tem que ir a Componentes para a colocação do decorativo de cortiça e posterior lixagem e só depois destes processos é que é transferido para o Envernizamento 1, Corte Final 1 e Embalagem 1. Finalmente, se estivermos na presença do Wise Printed e à semelhança do Wise PET, depois da Colagem 6, o material é transferido para Componentes onde é lixado, seguindo-se o Corte Final 1. Após o corte, o produto é reencaminhado para AF3 para a impressão na Pintura 3 e envernizamento no Envernizamento 4, sendo direcionado novamente para AF1 para o embalamento na Embalagem 1.
O processo produtivo de ambas as gamas descritas anteriormente encontra-se esquematizado na Figura 8.
Salienta-se o facto de o layout da unidade não estar racionalizado de forma a que o fluxo dos materiais seja feito continuamente ao longo das linhas, estando sob o encargo do empilhador, em muitos casos, o reabastecimento das linhas de produção. A disposição das linhas de produção de AF1 encontra-se visível na Figura 1B no Anexo B.
Acabamentos Finais 3
A unidade de AF3 é composta por sete linhas de produção, sendo elas: Colagem 6, Colagem 7, Colagem 8, Pintura 2, Pintura 3, Envernizamento 4 e Corte Final 5. À semelhança do que acontece em AF1, também nesta unidade a sequência de operações difere consoante o tipo de produto, sendo que as principais famílias são LVT, Authentica e ArtComfort.
O processo do LVT inicia-se na Colagem 6, responsável pela junção das bases de cortiça ao composto de HDF, seguido de uma prensagem de 50 (cinquenta) minutos. Após a Colagem 6, o material é transferido para a Colagem 7, encarregue pela incorporação do vinyl, seguido de uma prensagem de 1h10 (uma hora e dez minutos) e uma estabilização de 24h (vinte e quatro horas). Terminado o período de estabilização, o material é encaminhado para a linha de produção final, o Corte Final 5, responsável não só pelo corte, como também pelo embalamento.
