Conceitos Básicos Sobre Planejamento do Processo
1.1. Introdução
A produção em massa, a ferramenta que os capitalistas usavam para satisfazer as necessidades do consumidor, principalmente nos anos 60 e 70, não é mais efetiva como costumava ser. Como a manufatura tinha se tornado tão lucrativa, mais e mais fabricantes entraram neste mercado. Com o aumento no número de fabricantes, houve um aumento na competição. Mais fabricantes significa mais opções para os consumidores. O consumidor pode sempre encontrar um fornecedor que fabrica algum produto num preço razoável. Em suma, a relação fabricante-consumidor foi alterada, isto é, o mercado passou a ser voltado para o consumidor, em vez de ser voltado para o fabricante.
Além disso, quanto mais o consumidor encontra maiores opções de produtos, o desejo de ter mais opções torna-se mais forte. A necessidade de produzir-se diferentes tipos de produtos tem aumentado cada vez mais, e ao mesmo tempo o ciclo-de-vida do produto (figura 1.1) tem se tornado cada vez mais curto. Por exemplo, o ciclo-de-vida de um componente elétrico é de aproximadamente 18 meses.
Figura 1.1. O ciclo-de-vida da um produto [Alting e Legarth, 1995]
As empresas de manufatura não perceberam esta situação até a metade dos anos 70. De repente, elas descobriram que a demanda por um bem específico não pode mais justificar o investimento numa linha transfer (ver figura 1.2). Estas empresas se depararam com uma situação em que a
Figura 1.2. Uma linha transfer ! " # $% #& % ' " # ( ) % " * ) #" ) ! + ( ) % " * ) #" ) ! + & , - #& +
Figura 1.3. Volume de produção em países industrializados [Lorini, 1993]
A chave para uma implementação do CIM com sucesso é a palavra "integração". Cada componente num sistema de manufatura deve ser uma porção integrante do sistema. Os vários componentes de tal sistema, como CAD (Projeto Assistido por Computador), CAM (Manufatura Assistida por Computador), FMS (Sistema Flexível de Manufatura), CAPP (Planejamento do Processo Assistido por Computador), CAA (Montagem Assistida por Computador), CAT (Testes Assistidos por Computador), CAI (Inspeção Assistida por Computador), MRP (Planejamento de Requisitos de Materiais), MIS (Sistema de Gerenciamento de Informações), etc., devem ser integrados. Dentre eles, o planejamento do processo assistido por computador (CAPP) desempenha um papel extremamente importante.
Segundo Groover, o planejamento do processo pode ser definido como sendo “a atividade
responsável pela determinação dos processos e sua seqüência para a transformação da matéria-prima na peça acabada” [Groover, 1987].
O profissional que efetua o planejamento do processo chama-se “processista”, sendo que alguma vezes ele é chamado de “engenheiro de fabricação”. Tradicionalmente, o processista examina o desenho de projeto da peça a ser fabricada, e ele toma decisões sobre os procedimentos apropriados para a fabricação da peça, levando em conta os recursos disponíveis (que incluem os equipamentos e mão-de-obra). O planejamento do processo é uma tarefa bastante difícil, e alguns dos fatores que causam esta dificuldade são os seguintes:
• Existem diferentes maneiras de fabricar-se uma peça;
• O chão de fábrica é um sistema dinâmico que normalmente apresenta restrições à execução do documento resultante do planejamento do processo, chamado de “plano (ou folha) de processos”.
Tendo em vista a definição acima do planejamento do processo, pode-se identificar duas atividades importantes numa indústria que são diretamente relacionadas ao planejamento do processo, que são o projeto do produto e a sua manufatura.
A atividade de projeto do produto é responsável por decisões sobre “o quê” deverá ser fabricado (isto é, o produto). Tais decisões são importantes e muitas vezes complexas, pois busca-se através do processo de projeto chegar a um produto de custo reduzido e boa qualidade, e que venha a ser aceito pelo mercado. E deve-se lembrar que existem sistemas computacionais comerciais, denominados de sistemas CAD, que são amplamente utilizados nas indústrias visando o suporte às atividades de projeto.
A manufatura é responsável pela execução da fabricação propriamente dita do produto, e ela também é uma atividade de elevada complexidade. E existem os chamados sistemas comerciais de CAM que dão suporte à atividade de manufatura, sendo que tradicionalmente tais sistemas efetuam a geração das trajetórias das ferramentas para a usinagem de peças, e em sua maioria permitem a simulação das trajetórias para a verificação da correção ou não das trajetórias. Estes sistemas também geram o código “G” (programa NC) para a fabricação da peça no comando numérico da máquina específica existente na empresa.
A comunicação entre o CAD e o CAM é fundamental no CIM, o que pode até certo ponto determinar o sucesso do CIM. O CAPP pode ser considerado a ponte entre o CAD e o CAM. O CAPP determina “como” o projeto será feito num sistema de manufatura. Num ambiente de manufatura integrada por computador, voltado para a fabricação de pequenos e médios lotes, se não estiver presente um bom sistema CAPP, torna-se difícil transformar a informação de projeto em manufatura.
Os sistemas CAD e CAM passaram por um período relativamente longo de desenvolvimento. Alguma de suas técnicas, como computação gráfica, programação de máquinas de comando numérico, etc. foram desenvolvidas com sucesso. Entretanto, somente em meados dos anos 70 é que pesquisas na área de CAPP começaram a ser efetuadas (figura 1.4). A importância do CAPP não havia sido percebida pela indústria de manufatura em geral até a metade da década de 80.
Apesar de muitos problemas técnicos complicados surgirem em CAD e CAM, e muitos deles difíceis de serem resolvidos, a maioria deles são determinísticos e envolvem um número limitado de
de 80. Entretanto, estes sistemas não são mais do que sistemas CAD/NC ou CAD/APT1, que armazenam a definição geométrica da peça para pós-processamento.
Figura 1.4. Histórico de CAD, CAM, hardware e sistemas de manufatura
Portanto, é importante o desenvolvimento de pesquisa em assuntos relacionados a técnicas de CAPP. Estes assuntos envolvem alguns problemas cruciais que impedem a melhoria dos sistemas CAPP. Nota-se portanto que o desenvolvimento do CAPP satisfaz as necessidades de implementações de CIM, e também os desafios cada vez maiores da indústria de manufatura.
É claro que a implementação de um sistema CAPP depende do desenvolvimento e da aplicação de várias técnicas, como lógica de decisão, inteligência artificial, computação gráfica, gerenciamento e estruturação de bancos de dados, etc. Entretanto, são os princípios e metodologias do planejamento do processo que fornecem a base para o desenvolvimento de sistemas CAPP.
Alguns pesquisadores enfatizam demasiadamente a importância do código de computador em sistemas CAPP. Eles concentraram-se no desenvolvimento de sistemas CAPP, sem prestar muita atenção aos princípios e metodologias. Neste caso, o sucesso no desenvolvimento de um sistema CAPP de alto nível é bastante difícil. A discussão nesta apostila focaliza-se nas teorias, princípios e métodos de planejamento do processo, para proporcionar a importante base tecnológica para o CAPP.
1.2. Processos de Fabricação e Planejamento do Processo
O processo de manufatura de uma fábrica, num sentido amplo, é a combinação dos processos envolvidos na conversão de matérias-prima ou produtos semi-acabados em produtos finais. As matérias-prima ou produtos semi-acabados usados na manufatura de produtos são freqüentemente
1
APT = “Automatic Programming Tools”: Através desta técnica as trajetórias das ferramentas são geradas em função da geometria dos contornos das superfícies que devem ser usinadas. Decisões tecnológicas como “ligar fluido de corte” também podem ser tomadas usando-se esta técnica. Um programa em APT é considerado como sendo um programa “em alto nível”, e após concluído ele é pós-processado para a linguagem do CNC da máquina específica.
produzidos e fornecidos por outras fábricas. Algumas vezes os produtos da fábrica necessitam sofrer ainda outros processos antes de tornarem-se produtos finais.
Os processos, atuando diretamente sobre as peças sendo fabricadas, alteram a forma, dimensões e propriedades das matérias-primas ou produtos semi-acabados, ou então efetuam a montagem das peças nos produtos finais.
Existem vários processos de manufatura usados para converter matérias-prima em peças acabadas. Dentre estes processos incluem-se: fundição, forjamento, soldagem, puncionamento, estampagem, usinagem, tratamentos térmicos, tratamentos químicos etc. (ver alguns destes processos no Apêndice I). Dentre estes, os processos de usinagem desempenham um papel muito importante na fabricação de peças.
Dentre os processos de usinagem de uma peça incluem-se torneamento, fresamento, furação, retificação, brochamento, geração de engrenagens, etc., dependendo da forma desejada, dimensões, precisão e qualidade superficial da peça (ver Apêndice II). Para que se alcance a qualidade desejada de uma peça, são necessários planos de processo bem planejados.
Depois que um novo produto é projetado, deve-se efetuar o planejamento do processo para a fabricação dos seus componentes (algumas atividades efetuadas no planejamento do processo são ilustradas na figura 1.5). Como mencionado anteriormente, o documento resultante, chamado “plano de processo”, serve de base para várias atividades, que incluem a preparação de máquinas, preparação de ferramentas, programação da produção, etc. Dois exemplos de planos de processo são ilustrados nas figuras 1.6 e 1.8, sendo que este último foi elaborado para a fabricação da peça ilustrada na figura 1.7.
A qualidade dos planos de processo influencia diretamente no grau de complexidade do trabalho preparatório para a manufatura (e conseqüentemente na sua duração), na qualidade das peças e produtos fabricados, no grau de complexidade da programação da produção e nos custos de produção. Portanto o planejamento do processo é fundamental para a manufatura.
Frequentemente existe mais de uma alternativa de plano de processo para a fabricação de uma única peça. A qualidade de um plano de processo deve ser avaliada dos pontos de vista tecnológico e econômico. Um bom plano de processo não somente proporciona a qualidade desejada das peças fabricadas, mas também reduz o custo de produção. No planejamento do processo, uma análise pormenorizada da estrutura da peça, especificações do material, volume de produção e condições de fabricação devem ser feitos, para que se tome de forma apropriada as decisões referentes à fabricação da peça.
Dentre as decisões que são tomadas no planejamento do processo incluem-se:
• Seleção da matéria-prima e seu método de fabricação
• Seleção dos processos de usinagem das superfícies das peças
• Determinação da seqüência de operações
• Determinação do método de fixação da peça para cada operação
• Seleção dos equipamentos e ferramentas para as operações de usinagem
• Determinação das cotas e tolerâncias de fabricação para as operações de usinagem
• Seleção das condições de usinagem e determinação dos tempos padrões para cada operação
Figura 1.5. Algumas das atividades no planejamento do processo (no contexto de usinagem)
Figura 1.6. Um exemplo de plano (ou folha) de processo
Pr ojeto (incluindo a seleção da
m at éria -pr ima )
Mat er ia l a ser usina do, incluindo a seqüência Seleção de Má quina s Seleção de Dispositivos de Fixaçã o Seleção de Fer r a m enta s Cá lculo da s Condições de Usina gem As Condições de Usina gem podem ser Melhor a da s?
Ma nuf at ur a
(incluindo a Ger ação do Pr ogra ma de Coma ndo Num ér ico
Pla nejam ento do Pr ocesso sim
Figura 1.7. Uma peça exemplo, para a qual será mostrado um plano de processo para a sua fabricação
1.3. Composição dos Processos de Usinagem
Um processo de usinagem é composto de um número de operações através das quais as matérias-prima são transformadas em peças acabadas.
Os componentes básicos de processos de usinagem são as operações. Uma operação é uma porção completa de um processo (p.ex. furação, retificação) para usinar uma peça (ou várias peças simultaneamente) numa única fixação.
Uma operação é caracterizada pela utilização do mesmo equipamento e mesma peça. Por exemplo, se um lote de peças é usinado primeiramente num torno paralelo, e então numa fresadora, obviamente dois operadores estarão envolvidos. A figura 1.9 ilustra a usinagem do furo axial e do rebaixo numa flange. Se o lote de peças é usinado na seguinte seqüência: furação →mandrilamento
do furo → mandrilamento do rebaixo, com três ferramentas diferentes na mesma máquina (p.ex. num
torno), esta é considerada uma única operação. Se a furação é executada num torno e os processos de mandrilamento são executados numa mandriladora, ter-se-á duas operações ao invés de uma.
Figura 1.9. Conceitos de "operação" e "operação elementar"
Uma operação elementar, a qual compõe uma operação, é efetuada sem alterar a ferramenta (ou grupo de ferramentas usadas simultaneamente), a superfície usinada da peça, a velocidade e o avanço. Se um destes é alterado, tem-se uma outra operação elementar. Por exemplo, a operação de furação ilustrada na figura 1.9 consiste de três operações elementares que são: 1-fazer furo; 2-mandrilar furo; 3-mandrilar rebaixo. Isto é porque em cada uma destas operações elementares, altera-se a ferramenta ou a máquina-ferramenta. Se fosse efetuado primeiramente o mandrilamento grosseiro (isto é, desbaste), e então depois de alterar-se a velocidade de corte e o avanço, fosse efetuado o mandrilamento fino (isto é, acabamento), a operação consistiria de quatro operações elementares.
Para obter uma maior eficiência na usinagem, várias operações elementares simples são combinadas algumas vezes numa operação elementar complexa. Nesta última, várias ferramentas são utilizadas simultaneamente para usinar diferentes superfícies da peça. A figura 1.10(a) ilustra a usinagem de duas superfícies planas usando-se duas fresas, enquanto que na figura 1.10(b) ilustra-se a usinagem de uma peça num torno equipado com um castelo de múltiplas ferramentas. Estas técnicas têm sido comumente aplicadas em tornos com castelos, tornos automáticos e centros de torneamento CNC para aumentar a produtividade.
Quando é necessário remover uma camada profunda de material da peça, e tal não puder ser efetuado num passe simples, uma operação elementar pode ser subdividida em vários passes. Um passe é o movimento único da ferramenta na direção de avanço ao longo da superfície sendo usinada, sem alterar a fixação da ferramenta ou a velocidade de corte ou o avanço. Por exemplo, se houver uma grande diferença entre os diâmetros do furo e do rebaixo ilustrados na figura 1.9, o mandrilamento do rebaixo deverá ser feito em vários passes. Entretanto, todos esses passes fazem parte da operação elementar mandrilamento do rebaixo, pois não há alteração na ferramenta, na superfície sendo usinada, na velocidade ou no avanço.
Figura 1.10 Operações elementares complexas
Existem muitas atividades necessárias para o operador efetuar uma operação, uma operação elementar ou um passe (p.ex. fixar ou retirar a peça, trocar a ferramenta, ligar a máquina ferramenta, aproximar a ferramenta da peça, medir a superfície usinada). Dentre elas, a fixação da peça desempenha um papel muito importante.
A fixação consiste do posicionamento e sujeição da peça. Depois de ser posicionada, a peça deve estar na posição correta em relação à máquina ou ao dispositivo de fixação. A sujeição consiste da fixação da peça naquela posição. Se uma operação contém um único posicionamento e uma sujeição, diz-se que esta operação é efetuada numa única fixação ("setup"), como ilustrado na figura 1.10(a), onde duas fresas são usadas simultaneamente no fresamento de dois lados da peça.
A figura 1.11(a) ilustra uma situação na qual os lados da peça são fresados seqüencialmente sem que se utilize uma mesa giratória. Neste caso, depois que um lado é fresado, o operador retira a peça, gira a mesma de 180° e a sujeita para o fresamento do outro lado. Portanto, como ocorrem duas fixações, tem-se duas operações.
A ocorrência de diferentes fixações da peça acarreta maiores erros e um maior tempo gasto na sua fabricação. Por esta razão, quando uma peça deve ser usinada em posições diferentes numa máquina-ferramenta, recomenda-se utilizar apenas um dispositivo de fixação, permitindo-se assim a alteração da posição da peça sem retirá-la do dispositivo. Neste caso, poderá haver diferentes posições, porém apenas uma fixação, aumentando-se assim a precisão de usinagem.
No exemplo anterior, se uma mesa giratória fosse utilizada, a qual pode alterar a posição da peça sem retirá-la do dispositivo (ver figura 1.11(b)), então o fresamento das superfícies é efetuado em duas posições.
Para ilustrar com mais detalhes a composição de processos de usinagem, a figura 1.12 e a tabela 1.1 ilustram os processos de usinagem de um parafuso e a composição dos processos. Estes processos de usinagem são ilustrados graficamente na figura 1.13 (apenas aqueles executados no torno).
Figura 1.12 Um parafuso
Tabela 1.1 Processos de usinagem para fabricar o parafuso da figura 1.12 No da Operação Operação Fixação No de Fixações Operação Elementar N°° de passes 1 Torneamento Placa de 3 castanhas 1 1. Facear sup. A
2. Tornear sup. E 3. Tornear sup. D 4. Facear sup. B 5. Chanfrar sup. F 6. Tornear rosca 7. Sangrar 1 1 3 1 1 6 1
2 Torneamento Placa de 3 castanhas 1 1. Facear sup. C 2. Chanfrar sup. G
1 1
3 Fresamento Morsa 3 1. Fresar sextavado
(operação elementar complexa)
3
1.4. Exigências para o Planejamento do Processo
• Um plano de processo deve proporcionar uma melhoria nas condições de trabalho, e promover o desenvolvimento da tecnologia de manufatura.
Figura 1.13. Processos de usinagem do parafuso da figura 1.12 ilustrados graficamente (apenas as executadas no torno)
A qualidade do produto, eficiência da produção e custos de produção são as principais considerações tecnológicas e econômicas no planejamento do processo.
No planejamento do processo, o problema de maior importância a ser resolvido é como atingir a precisão especificada no projeto. Quando um plano de processo é implementado, ele deve proporcionar que todas as exigências de qualidade sejam atingidas, sem depender da habilidade do operador.
Outros problemas tecnológicos e econômicos devem também ser resolvidos. Por exemplo, é apropriado adotar matérias-prima de precisão (fundidos ou forjados)? É melhor utilizar novos métodos de usinagem, máquinas ou ferramentas (p.ex. máquinas NC, centros de usinagem, usinagem de alta precisão, ferramentas de novos materiais, etc.), ou processos de usinagem não convencionais (p.ex. ECM, EDM, laser)? Todas estas perguntas devem ser respondidas racionalmente para que se atinja uma boa eficiência e um baixo custo de produção.
Várias alternativas de planos de processos, ou algumas de suas operações, são avaliadas e comparadas para que o melhor plano seja selecionado. A melhor alternativa não é necessariamente aquela que emprega as máquinas mais avançadas, nem aquela que resulta na mais elevada eficiência de fabricação. A avaliação das alternativas deve consistir de uma análise dos pontos de vista tecnológico e econômico. Na maioria dos casos, o custo total é a base da decisão. Mas é importante que as alternativas satisfaçam as exigências de qualidade e produção imediata.
1.5 Informações Básicas para o Planejamento do Processo
O planejamento de um processo de usinagem baseia-se no desenho e especificações da peça a ser fabricada, no desenho da matéria-prima que originará a peça, no volume de produção, nos equipamentos disponíveis e ferramentas, e nos "handbooks" e padrões de engenharia.
1.5.1. Desenho e Especificações da Peça
O desenho da peça e especificações técnicas são informações básicas para o planejamento do processo. A informação pode estar num desenho propriamente dito ou num arquivo de CAD. Alguns detalhes deves estar explicitados, como:
(a) Configuração da peça → Esta deve consistir das projeções, cortes, seções e cotas, para ilustrar a forma e o tamanho da peça (por exemplo, a peça ilustrada na figura 1.7)
(b) Especificações técnicas → Todas as cotas e tolerâncias, os acabamentos superficiais para todas as superfícies, e especificações especiais (por exemplo, o peso) devem ser claramente indicados
(c) Material → O material do qual a peça é feita deve ser especificado, incluindo o tratamento térmico exigido, a dureza do material, os defeitos (se presentes), e tipo de matéria-prima (fundido, forjado, etc.). Alguns métodos para determinar certas propriedades de materiais são ilustrados na figura 1.14. Na figura 1.15 mostra-se exemplos de matérias-prima, sua fabricação e inspeção.
Todas as informações da peça devem ser entendidas completamente pelo processista. Informações incompletas, incorretas ou indefinidas poderão resultar em decisões tecnologicamente ruins, e conseqüentemente em planos de processo ruins.
1.5.2. Desenho da Matéria-Prima
A matéria-prima é selecionada de acordo com o desenho da peça, levando em consideração as exigências de propriedades mecânicas e o custo da peça. É necessário conhecer como a matéria-prima foi fabricada, bem como a sua forma, tamanho e precisão. Estes fatores determinam os sobre-materiais de todas as superfícies da peça que devem ser removidos, e os métodos de fixação da peça nos estágios iniciais do processo de usinagem.
Existem diferentes tipos de matérias-prima, como por exemplo fundidos, forjados, peças soldadas, laminados, etc. Uma das tendências principais no desenvolvimento de técnicas de usinagem é a melhoria na precisão e acabamento da matéria-prima, isto é, tem-se procurado
(a)
(b) (c)
Figura 1.15. Exemplos de matérias-prima, e a sua fabricação e inspeção
É necessário ter um desenho da matéria-prima bem como as especificações de fabricação. Ao considerar-se estas especificações, a seleção da forma de fixação da peça pode ser feita de maneira adequada.
1.5.3. Volume de Produção
O volume de produção de uma peça determina o seu tipo de produção, e por conseguinte o seu plano de processo. Para que se alcance as exigências de eficiência e custo da manufatura, métodos alternativos de usinagem, máquinas-ferramenta e ferramentas devem ser selecionados. É de grande importância no planejamento do processo conhecer a exata quantidade de peças a serem fabricadas num intervalo de tempo definido, e a data de entrega.
Existem basicamente três tipos de produção, que são: produção de uma única peça, produção em lote e produção em massa. A produção de uma única peça caracteriza-se pela pequena quantidade de
Figura 1.16. Layouts celular (tecnologia de grupo) X funcional (departamental) [Davis et al., 1999] Operadores neste tipo de fábrica devem ser bastante habilidosos para efetuarem as diversificadas operações. Em muitos casos, máquinas e seus componentes são fabricadas neste tipo de produção, e o projeto destes componentes não são freqüentemente padronizados, estando sujeitos a mudanças freqüentes. Portanto, o princípio de completa intercambiabilidade não pode ser aplicado neste tipo de produção.
Num produto com vários componentes, normalmente as peças maiores, mais caras e mais complicadas são fabricadas primeiro, seguidas das menores, mais baratas e mais simples.
A produção em lote caracteriza-se pela fabricação de peças em lotes que são repetidos periodicamente. A produção em lote pode ser classificada em pequenos, médios e grandes lotes, dependendo do tamanho do lote, da complexidade das peças, e da freqüência na qual um lote é repetido num certo período de tempo.
Na produção em grandes lotes, o volume de produção é relativamente elevado, enquanto a variedade de peças é limitada. Este tipo de produção é comparável à produção em massa em que máquinas e ferramentas de alta eficiência e pouco flexíveis são comumente empregadas. Máquinas e outros equipamentos são posicionados normalmente em função da seqüência de operações de fabricação, visando formar um layout celular (figura 1.16). Isto proporciona uma alta eficiência e capacidade de produção, com uma grande redução na mão-de-obra e no custo de produção.
Na produção em pequenos e médios lotes, como o volume de produção é pequeno e as alterações nas operações em cada máquina é freqüente, a maioria dos equipamentos usados são máquinas com
significativa flexibilidade, equipadas com dispositivos de fixação universais e ferramentas padronizadas. Máquinas especiais são raramente adotadas.
A tendência atual no layout da fábrica consiste em incorporar flexibilidade ao sistema de manufatura, para atender a variedade e mudanças freqüentes nos produtos a serem fabricados. O sistema de manufatura projetado com uma elevada flexibilidade chama-se "sistema flexível de manufatura" (FMS), que representa a tendência da manufatura, especialmente na produção em pequenos e médios lotes (ver figura 1.17). Um FMS é composto por máquinas-ferramenta NC ou centros de usinagem, robôs industriais, máquinas de inspeção, sistemas automatizados de armazenamento e manuseio de materiais, etc. FMS combina os benefícios de uma altamente produtiva, porém inflexível linha transfer, e uma flexível, porém ineficiente fabricação artesanal.
Figura 1.17. Gráfico Produtividade x Flexibilidade de sistemas de manufatura
A produção em lote é o tipo de produção mais amplamente utilizada na indústria da manufatura em todo o mundo. Exemplos de produtos produzidos por este tipo de produção incluem-se: aviões, locomotivas, geradores elétricos.
A produção em massa é caracterizada pelo volume de produção em larga escala e estável. Atribui-se a cada estação a mesma tarefa repetidamente, na qual o equipamento de manufatura é posicionado estritamente de acordo com a seqüência de operações da linha. Exemplos deste tipo de produção são: bicicletas, rolamentos, etc.
em cada operação deve ser igual a, ou um múltiplo do tempo do ciclo2. Isto proporciona uma boa "carga" para cada estação, para evitar (ou reduzir) os estoques intermediários em frente da máquina.
1.5.4. Equipamento de Produção
O planejamento do processo pode ser efetuado sob duas condições diferentes:
• para uma nova fábrica, ou
• para uma fábrica já existente
No primeiro caso, deve-se selecionar somente as máquinas mais razoáveis, de acordo com as necessidades de manufatura. No segundo caso, as máquinas devem ser selecionadas do equipamento existente disponível na fábrica, a menos que se planeje a compra de algum novo equipamento. Algumas vezes a modernização de algumas máquinas é necessária, visando melhorar as suas funções e aumentar a sua produtividade.
Em qualquer destes casos, o processista deve possuir o conhecimento necessário sobre o equipamento disponível ao planejar o processo. Catálogos de máquinas são muito úteis. Portanto, baseado nas exigências dos processos, e nos dados das máquinas, o equipamento mais apropriado pode ser corretamente selecionado.
1.5.5. Outras Informações sobre a Manufatura
Além das informações mencionadas acima, um processista deve possuir dados sobre o ferramental (p.ex. ferramentas e dispositivos de fixação) disponível para a produção. Estas informações consistem de catálogos de fabricantes nos quais encontra-se dispositivos e ferramentas padronizadas, ou uma lista de ferramentas.
Quando efetua-se o planejamento do processo para uma oficina ou fábrica existente, é importante para o processista conhecer o layout da fábrica, o nível de habilidade dos operadores, e os meios de transporte adotados na fábrica.
1.6. Documentação no Planejamento do Processo
Depois que o planejamento do processo estiver efetuado, documentos descrevendo o processo devem ser preenchidos e guardados. Estes documentos servem como um guia para a organização da produção no chão-de-fábrica (inclusive a programação da produção), e para o operador executar as operações.
Estes documentos estão na forma de tabelas chamadas “folha” ou “plano” de processos (ou operações). Estes planos podem conter informações sobre (i) operações, ou então (ii) um detalhamento das operações elementares.
O primeiro contém uma descrição genérica do processo de manufatura a ser executado. Os ítens incluídos no plano são as operações no processo, o equipamento a ser utilizado em cada operação, o ferramental para cada operação e o tempo padrão estimado para cada operação. Na figura 1.18 ilustra-se um exemplo de um plano de processo referente às operações.
O plano de operações elementares contém o detalhamento de cada operação, e é utilizado para direcionar o operador para executar corretamente a operação. Neste plano inclui-se as seguintes informações: método de fixação da peça, conteúdo e sequência das operações elementares, equipamento e ferramental utilizado, condições de usinagem, estimativas de tempos padrões, etc. Com o objetivo de descrever claramente cada operação elementar, é desejável que haja um desenho de fabricação da peça neste plano de processo. O desenho deve mostrar a forma final da peça após a operação atual. As superfícies de fixação da peça à maquina devem ser claramente indicadas. Todas
2
“Tempo do ciclo” = tempo de transporte de um lote de peças + tempo de processamento da mais longa estação de trabalho (ou mais longo processo). Não leva em consideração o tempo de máquina parada.
as dimensões, tolerâncias e especificações técnicas devem ser alcançadas pela operação atual. A figura 1.19 ilustra um exemplo de plano de processo para operações elementares de usinagem.
EMPRESA No. do Produto Página ____
XYZ PLANO DE PROCESSOS No. da Peça de _____ Noma da Peça Material Matéria-Prima Número de Peças por Unidade Quantidade No. da Operação Nome da Operação Equipamento Disp. de Fixação Ferramenta Instr. de Medição Tempos Padrões Obs. Processista Aprovação Data Data No. da Alteração
Aprovação Data No. da alteração Data da alteração Figura 1.18. Exemplo de um plano de processo (operações)
Para operações como inspeção, tratamento térmico, etc., outros tipos de plano de processo devem ser utilizados.
EMPRESA No. do Produto Página ____
XYZ PLANO DE PROCESSOS No. da Peça de _____ Noma da Peça
No. da Operação
Nome da Operação
Material Dureza Equipamento Disp. de Fixação
Tempos Padrões
(DESENHO DE FABRICAÇÃO DA PEÇA)
No. da Sequência Operação Elementar Ferramenta Instr. de Medição Rotação N (rpm) Avanço f (mm/rev) Prof. ap (mm) Obs. Processista Aprovação Data Data No. da Alteração
Aprovação Data No. da alteração
Data da alteração
Figura 1.19. Exemplo de um plano de processo detalhando as operações elementares
O custo unitário de produção é a soma total de todas as despesas com a fabricação de uma única peça ou produto. Ele pode ser subdividido em duas partes: custos relacionados ao processo de manufatura, e custos não relacionados ao processo. Na análise econômica de planos de processo, somente o primeiro, chamado "custos do processo", são analisados e comparados.
Os custos do processo consistem de: (i) custo variável e (ii) custo fixo. O custo variável compõe-se do custo de material, salários dos operadores, custo de consumo de energia, custo de depreciação e manutenção das máquinas mais flexíveis, dispositivos de fixação universais e ferramentas padronizadas. Estes custos são proporcionais ao volume de produção do produto. O custo fixo inclui os salários dos preparadores da máquina, depreciação e manutenção de máquinas pouco flexíveis, dispositivos de fixação e ferramentas, que são independentes do volume de produção. O custo fixo permanece inalterado quando o volume de produção aumenta. Portanto, o custo anual do processo pode ser expresso pela fórmula abaixo:
C = ⋅ +V N B (1.1)
onde:
C = custo anual do processo para produzir um tipo de peça (ou uma operação), $/ano V = custo variável de cada peça, $/peça
B = custo fixo num ano, $
N = volume de produção, número de peças
Similarmente, o custo unitário do processamento de uma peça (ou uma operação) é ilustrado abaixo:
C V B
N
i = + (1.2)
onde
Ci = custo unitário do processo de uma peça (ou uma operação), $/peça
Da equação 1.1 conclui-se que o custo anual do processo é proporcional ao número de peças produzidas num ano (figura 1.20(a)). Da equação 1.2 pode-se notar que existe uma relação hiperbólica entre o custo unitário do processo e o volume de produção anual (ver figura 1.20(b)). Quando N é pequeno, a carga-máquina é pequena, e portanto o custo unitário do processo é elevado, e uma pequena variação de N resulta numa grande alteração no custo unitário do processo Ci. Entretanto, quando o valor de N é alto, a variação de N causará somente uma pequena alteração em
pequeno. Neste caso, um efeito econômico melhor pode ser alcançado somente pela redução do custo variável V através de medidas tecnológicas apropriadas.
Se os investimentos básicos exigidos pelas diferentes alternativas de planos de processo são próximos, então os custos do processo de cada plano podem ser usados como critério para avaliação econômica. Quando os investimentos básicos necessários variam, e alguns dos planos podem atingir um custo do processo mais baixo através da adoção de uma alta eficiência porém mais caros equipamentos e ferramental, o período de retorno de investimento deve ser considerado. Além disso, deve ser mencionado que na análise econômica, o aumento da produtividade e a melhoria das condições de trabalho e segurança devem ser levados em consideração.
Uma outra análise pode ser feita relacionando-se o volume de produção com a seleção da matéria-prima, visando a redução do custo de fabricação. Por exemplo, para produzir-se um bloco de motor, qual das seguintes alternativas seria a mais econômica?
(a) usinar diretamente de um bloco ?
(b) fundir o material numa forma próxima à forma desejada, desbastar e dar acabamento? (lembrar que o investimento inicial para a fabricação do molde é elevado).
Para responder esta pergunta, veja a figura 1.21. Nota-se que para um volume de produção elevado (N > N*), é mais econômico fundir e depois usinar, enquanto que para um volume de produção baixo (N < N*), é mais econômico usinar diretamente de um bloco.
N* Custo Cm N ponto de equilíbrio usinagem fundição + usinagem
Figura 1.21. Gráfico Custo x Volume de Produção para a fabricação de blocos de motor através de dois métodos diferentes.
1.8. Referências Bibligráficas
[Alting e Legarth, 1995] L. Alting e J.B. Legarth, “Life Cycle Engineering and Design”, Annals of the CIRP, Vol 44, No 2, 1995, págs 569-580
[Davis et al., 1999] M.M. Davis, N.J. Aquilano e R.B. Chase, “Fundamentos da Administração da Produção”, 3a Edição, Bookman, 1999
[Groover, 1987] M.P. Groover, “Automation, Production Systems and Computer Integrated Manufacturing”, Prentice-Hall International, 1987
[Lorini, 1993] F.J. Lorini, “Tecnologia de Grupo e Organização da Manufatura”, Editora da UFSC, 1993
