ANÁLISE DAS DECISÕES DE POLÍTICA DE MANUTENÇÃO CONJUNTA COM BUFFER

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1 João Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016 ANÁLISE DAS DECISÕES DE POLÍTICA DE MANUTENÇÃO CONJUNTA COM BUFFER Daiane de Oliveira Costa (UFPE ) daiane_oliveirac@hotmailcom Rodrigo Sampaio Lopes (UFPE ) rodrigoengep@hotmailcom O ambiente competitivo onde estão inseridos os sistemas de produção modernos criam uma interdependência natural entre as atividades de produção e de manutenção, no entanto, sabe-se que essas duas funções podem ser conflitantes, uma vez que ações de manutenção preventiva provocam a indisponibilidade da unidade de produção Para satisfazer então a demanda durante o período de indisponibilidade da instalação de fabricação, um estoque buffer pod ser definido com antecedência para evitar a interrupção do processo de produção Dessa forma, este trabalho objetiva realizar uma análise geral dos modelos de políticas de manutenção conjunta com estoques buffer que vem sendo desenvolvidos no âmbito acadêmico, demonstrando a evolução da aplicação dos mesmos e as suas características The competitive environment where modern production systems are inserted creates a natural interdependence between production and maintenance activities; however, it is known that these two functions may conflict, since preventive maintenance actions cause an unavailability of the production line For this reason, in order to meet demand during the period where the production system is stopped, a stock buffer might be previously set to avoid the interruption of the production process In this context, this article aims to analyze the models of joint maintenance policies with stock buffer that has been developed in academies, demonstrating the progress of their application and their characteristics Palavras-chave: Manutenção, produção, política de manutenção, buffer

2 1 Introdução Pinjala et al (2006), coloca que a manutenção, vista primeiramente como um fator dispendioso dentro das organizações, assume hoje um papel estratégico no setor produtivo da empresa, apoiando e suprindo as necessidades por confiabilidade, disponibilidade e qualidade dos equipamentos e produtos, bem como reduzindo custos associados a defeitos e falhas de equipamentos cruciais ao processo produtivo Para garantir tal sucesso do sistema de produção, Jin et al (2009) afirma que o planejamento de produção e agendamento da manutenção se fazem necessários, uma vez que a integração entre os dois setores pode contribuir de forma significativa para o aumento de desempenho dentro de uma empresa no contexto do mercado atual Para Aghezzaf et al (2015), o ambiente competitivo onde estão inseridos os sistemas de produção modernos criam uma interdependência natural entre as atividades de produção e de manutenção Fitouhi & Nourelfath (2012) defende que o planejamento da manutenção deve ser feito simultaneamente com o planejamento e programação da produção, pois a sincronização entre ambos pode evitar o fracasso, atrasos na produção e problemas de replanejamento Xiao et al (2015), destaca a integração entre manutenção e produção sob a ótica dos tempos e dos custos do processo de produção, que são influenciados pela confiabilidade e manutenção da máquina, ou seja, as decisões pertinentes a estes dois setores estão inter-relacionadas e juntas determinam o custo total No entanto, sabe-se que pode haver conflitos entre produção e manutenção, uma vez que ações de manutenção preventiva provocam a indisponibilidade da unidade de produção Para satisfazer então a demanda durante o período de indisponibilidade da instalação de fabricação, um estoque buffer pode ser definido com antecedência quando a capacidade de produção extra está disponível (Zequeira et al 2008) Sabendo-se então que a manutenção interrompe o processo de produção, o importante é entender como o sistema deve ser mantido de forma que incorra nos menores custos possíveis Portanto, o objetivo do presente trabalho é realizar uma análise geral dos modelos de políticas de manutenção conjunta com estoques buffer que vem sendo desenvolvidos no âmbito acadêmico Para tal, o estudo é dividido da seguinte forma: a próxima seção trata dos conceitos básicos da integração entre manutenção e produção Na Seção 3, é discutida a importância da integração entre manutenção e estoques dentro desses sistemas Na seção 4, é 2

3 realizada uma classificação e análise das publicações ao longo dos anos A seção 5 traz algumas conclusões e apresenta uma visão para o futuro da manutenção integrada a estoques como uma questão estratégica para as organizações 2 Manutenção e produção A função manutenção, quando integrada à função produção, pode contribuir de forma significativa para o aumento de desempenho dentro de uma empresa Pandey, et al (2010) explica que devido à automatização e modernização dos equipamentos, que elevam o custo de processos de fabricação, as empresas precisam se concentrar na eficiência do chão de fábrica para atingir a excelência operacional e, para isso, é necessário que haja uma manutenção adequada dos sistemas de produção Segundo Blann (1997), para que a manutenção forneça uma contribuição relevante em termos de produtividade e qualidade é necessário, primeiramente, reconhecer que esta atividade é parte integrante da estratégia de produção da empresa Bamber et al (2004) afirma que é possível generalizar que a manutenção atualmente não tem papel separado da produção, estando essa comprometida em contribuir com os lucros da organização, deve então adequar o seu planejamento com tais propósitos Para Cui et al (2014), as atividades de programação de produção e manutenção estão interrelacionadas umas com as outras através do impacto que ambas possuem sobre a capacidade da máquina e a sua confiabilidade: enquanto a produção esgota a confiabilidade da máquina e manutenção a restaura Isso reforça a afirmação de Nourelfath & Châtelet (2012), que descreve o planejamento da produção e a manutenção preventiva como atividades mutuamente conflitantes O autor ressalta ainda que, na prática, as atividades de produção e planejamento de manutenção são geralmente realizadas de forma independente, isso faz com que os resultados obtidos possam não ser ótimos no que diz respeito ao objetivo de minimizar o custo total de manutenção e produção Melhores soluções podem então ser obtidas quando o planejamento de manutenção é integrado com algumas atividades da produção, como por exemplo, o controle e dimensionamento de estoques A importância da integração entre ambos é descrita no tópico a seguir 3 Importância da integração entre manutenção e estoque Salameh & Ghattas (2001) consideram os estoques como uma maneira de evitar perdas econômicas devido à indisponibilidade de produção causada por ações de manutenção 3

4 preventiva No entanto, ele ressalta que segurar produtos em estoque também implica em custos devido à alocação de espaço, equipamentos necessários para apoiar e movê-lo e deterioração Assim, manter os níveis de estoque mínimos é de interesse prático Além disso, demonstrou-se que a confiabilidade do processo pode ser melhorada mantendo baixos níveis de estoque, juntamente com o aumento dos níveis de qualificação dos trabalhadores, por isso, algumas pessoas adotaram a noção equivocada de que os estoques são de nenhum valor e devem ser totalmente eliminados Dessa forma, um sistema de produção bem projetado requer algum estoque para operar eficientemente Durante a manutenção preventiva, um estoque buffer é necessário para que as operações normais não sejam interrompidas Gan et al (2015) explica que o estoque buffer corresponde a um estoque que é armazenado em cada fase do processo Estes são mantidos unicamente para proteger contra falhas de alguma fase que podem ocorrer durante a operação do sistema Jensen & Wilson (1991) ressaltam que, principalmente em um sistema do tipo fila, a inexistência do buffer torna os estágios do sistema de produção altamente interdependentes, ou seja, se qualquer uma etapa no sistema falhar, gera consequência em todo o sistema O tempo de inatividade resultaria então em perda de produção ou retardamento da mesma Esta consequência indesejável pode ser medida em termos de custo, geralmente referido como o custo de escassez Com o buffer, se uma etapa falhar, a produção pode então continuar ininterrupta enquanto o equipamento falho está sendo reparado Dada a importância desta integração, o próximo tópico buscar apresentar um levantamento da bibliografia existente acerca dessa temática 4 Classificação dos modelos de manutenção com buffer Nessa seção é apresentada uma visão geral da literatura relevante acerca do tema, disponível na Science Direct, contemplando publicações entre 1995 e 2015 Esta análise tem como propósito apoiar um esquema de análise do estado atual das pesquisas e identificar as direções que as mesmas estão tomando, para isso, um conjunto de 25 publicações a partir de 13 revistas Os trabalhos acadêmicos foram analisados de acordo com as revistas em que foram publicados, ano de publicação, país da instituição dos autores, critérios mais comuns para formulação dos problemas, as variáveis de decisão relacionadas a estes e os métodos de resolução utilizados, como mostram os subtópicos a seguir 4

5 41 Distribuição de publicações As revistas incluídas neste estudo foram acessadas através da base de dados Science Direct Foram pesquisados artigos cujo tema envolve a integração entre manutenção e produção Para atender o objetivo deste trabalho, foram selecionadas as pesquisas que consideram a decisão conjunta entre política de manutenção e estoque buffer Dessa forma, foram consideradas todas as revistas com pelo menos um artigo acerca do tema em questão, resultando em 25 artigos para consideração, distribuídos como mostra a Tabela 1 Tabela 1 Distribuição de Publicações por Jornal/Revista Jornal/Revista Nº de % Publicações European Journal of Operational Research 7 28 International Journal of Production Economics 5 20 Applied Mathematical Modelling 2 8 Eksploatacja i Niezawodnosc Maintenance and Reliability 2 8 Computers & Operations Research 1 4 WSEAS Transactions on Business and Economics 1 4 Expert Systems with Applications 1 4 Mathematical Problems in Engineering 1 4 Journal of Intelligent Manufacturing 1 4 International Journal of Computer Integrated Manufacturing 1 4 Journal of Decision Systems 1 4 International Journal of Production Research 1 4 International Journal of Industrial and Systems Engineering 1 4 Fonte: Os autores (2016) A maioria das publicações está concentrada nas duas primeiras revistas, que apresentam 12 dos 25 trabalhos pesquisados, reunindo 48% do total Outro aspecto que é interessante notar é que, embora os primeiros trabalhos sobre Política de Manutenção com Buffer encontrados nesta pesquisa tenham sido publicados em 1995 e 1996 (Schouten, 1995; Meller & Kim, 1996), a grande maioria das pesquisas se deu nos últimos 10 anos (Figura 1) Figura 1 Distribuição dos artigos por década 5

6 Fonte: Os autores (2016) Essa diferença entre os dois períodos indica que a percepção da relevância de pesquisa em Política de Manutenção conjunta com Buffer aumentou na última década A distribuição de trabalhos por país da instituição dos autores é outro ponto identificado Foi observado que as pesquisas integrando estes temas se espalham por 14 países A figura 2 ilustra esta distribuição em um mapa, onde um indicador mais escuro designa a região onde há uma maior quantidade de trabalhos encontrados Figura 2 Distribuição das pesquisas pelo mundo Fonte: Os autores (2016) China, Tunísia, França e Grécia são os países com maior número de publicações (5 cada), seguido do Canadá, com 3 publicações Tanto os EUA quanto Cuba apresentam a quantidade de 2 trabalhos publicados, enquanto nos demais países marcados consta-se apenas 1 publicação 6

7 Uma vez realizada a avaliação temporal e geográfica, dar-se-á agora uma análise acerca das características dos artigos pesquisados (variáveis, critérios e métodos de resolução) 42 Variáveis de decisão consideradas na formulação dos problemas Sabe-se que a disponibilidade no processo de produção e os custos inerentes a este são influenciados pela confiabilidade da manutenção, impactando diretamente no desempenho econômico da organização A depender do objetivo estratégico da empresa, diferentes critérios, dependentes de algumas variáveis, podem ser analisados Dentre os artigos analisados nesta pesquisa, todos utilizaram o mínimo custo como critério para otimização do modelo proposto, com exceção de Ribeiro et al (2007), cujo modelo tem como função objetivo a maximização do lucro total Ainda assim, as variáveis consideradas em cada modelo dependem das particularidades do sistema de produção no qual este é implementado Nas publicações avaliadas foram encontradas 11 variáveis com diferentes denominações, sendo nível de buffer e grau de deterioração da máquina/instalação as mais utilizadas A distribuição destas é apresentada na Tabela 2 Tabela 2 Distribuição das variáveis de decisão Variáveis de Decisão Nº de Publicações % - Grau de deterioração da máquina/instalação Idade da máquina/instalação Período de realização da manutenção preventiva Momento que inicia acúmulo de buffer; - Tempo de chegada de peças de reposição; - Idade da máquina/instalação Nível de buffer Grau de deterioração da máquina/instalação; - Idade da máquina/instalação - Nível de Buffer; - Grau de deterioração da máquina/instalação; - Tempo de chegada de peças de reposição

8 - Capacidade do sistema; - Tempo de processamento das máquinas Tempo para usar a capacidade de produção extra disponível Tempo de produção de um lote Nível de buffer - Quantidade de unidades defeituosas 1 4 Fonte: Os autores (2016) Observa-se que vários pesquisadores investigaram o uso de mais de uma variável em modelos de manutenção Vale ressaltar que, teoricamente, a complexidade da modelagem torna-se maior quando o número de variáveis abordadas no modelo é aumentado, assim a grande maioria das publicações (80%) utilizou apenas uma ou duas variáveis; os outros de 20% consideraram em seus modelos três ou quatro variáveis, dentre estes, a maioria foi publicada nos últimos anos, o que mostra uma tendência para que nos próximos anos uma maior quantidade de variáveis sejam analisadas Foi realizada também a avaliação dos termos que foram usados conjuntamente (Figura 3), permitindo ilustrar a composição dos modelos em maior detalhe do que a frequência das variáveis separadamente Figura 3 Intersecção das variáveis de decisão 8

9 Fonte: Os autores (2016) A figura mostra a predominância do cruzamento dos 10 artigos que usam as variáveis "Nível de buffer" e "Grau de deterioração da máquina/instalação", representando 27 % do número total de intersecções Nesses modelos, a manutenção preventiva depende do estado de funcionamento de uma máquina/instalação e da quantidade de buffer que é construído de modo a evitar interrupções frequentes do processo de produção quando a máquina falha Tanto a capacidade de buffer quanto o grau de deterioração podem ser assumidos fixos ou variáveis Se considerado o primeiro caso, então, a política ótima inicia uma manutenção preventiva se, e somente se, o grau de deterioração da unidade de produção exceder um certo nível crítico, ou, no caso do buffer, se atingir a sua capacidade Caso sejam considerados variáveis, o problema consiste em encontrar, sob uma estrutura de custos adequados, o estado da máquina/instalação em que se é preferível realizar uma manutenção preventiva, o nível de buffer ideal para tal, ou ambos (Chelbi & Rezg, 2006) Outra interação que aparece em grande proporção é aquela que se dá entre Nível de buffer e Idade da máquina/instalação, com pouco mais de 19% do total de intersecções Esses são os casos onde a otimização se dá pela política de substituição por idade, onde uma unidade de produção é submetida a uma operação de manutenção logo que ele atinge uma certa idade limite ou pela falha, o que ocorrer primeiro Esses valores podem ser obtidos a partir da 9

10 aplicação de diferentes métodos, a depender da natureza do problema Os métodos encontrados nos artigos pesquisados são descritos no tópico seguinte 43 Métodos utilizados para otimização dos problemas A análise dos métodos de otimização do problema utilizados nos artigos desta pesquisa resultou em um total de 10 diferentes tipos de aplicação envolvendo 10 métodos, como mostra o Quadro 1 Método de Otimização do Problema Quadro 1 Distribuição dos métodos utilizados Nº de Publicações % Referências Modelo de Markov 8 32 (Schouten, 1995; Meller & Kim, 1996; Kyriakidis & Dimitrakos, 2006; Pavitsos & Kyriakidis, 2009; Karamatsoukis & Kyriakidis, 2010; Karamatsoukis & Kyriakidis, 2012 Gan & Shi, 2014; Zhou & Zhang, 2015) Modelo Analítico 7 28 (Salameh & Ghattas, 2001; Chelbi & Ait-Kadi, 2003; Chelbi & Ait- Kadi, 2004; Zequeira, et al, 2004; Gharbi et al, 2007; Zequeira et al, 2008; Sana, 2012) Método do Algoritimo Genérico 2 8 (Gan, et al, 2013; Gan et al, 2015) Simulação; Modelo Numérico Analítico Simulação; 2 8 (Rezg et al, 2005; Chelbi & Rezg, 2006); 1 4 (Radhoui et al, 2010) Projeto Experimental Simulação; 1 4 (Lee et al, 2013) Modelo de Bernoulli; Modelo de Markov Simulação 1 4 (Murino et al, 2009) 10

11 Programação Inteira Mista; 1 4 (Ribeiro et al, 2007) Programação Linear Programação Dinâmica 1 4 (Zhou et al, 2010) Modelo Semi-Markov 1 4 (Dimitrakos & Kyriakidis, 2008) Nota-se que para a otimização do problema formulado, a maioria dos autores fizeram uso do Modelo de Markov, utilizando-o juntamente com outros modelos ou de forma isolada, sendo esta última forma a de maior predominância (32%) Outro modelo bastante utilizado foi o Modelo Analítico (28%), sendo também utilizado, em alguns casos, em conjunto com outros métodos A melhor adequação de um método a um determinado problema irá depender das hipóteses que este assume 5 Conclusão Este estudo demonstrou a evolução da aplicação de modelos para otimização de políticas de manutenção que consideram o estoque buffer dentro do problema contextualizado A revisão apresenta uma análise teórica e estatística de 25 artigos em 13 revistas da área Um quadro é desenvolvido para resumir a distribuição entre os jornais e realizar uma análise temporal Uma maior quantidade de trabalhos desenvolvidos na última década reflete a importância dos problemas de manutenção com buffer e o reconhecimento de que estes podem ter impacto no objetivo estratégico da organização Para atingir tais objetivos, foi visto que mais de uma variável de decisão pode ser considerada na formulação do problema proposto, a depender também das particularidades de cada sistema Outro ponto discutido diz respeito aos métodos utilizados para a otimização dos problemas de manutenção com buffer, que ajudam a encontrar os valores ótimos das variáveis abordadas Apesar da crescente na última década, é notável que ainda existem, relativamente, poucas pesquisas que envolvam política de manutenção com buffer, o que reforça a necessidade de se trabalhar o tema Percebe-se também que esse número cai mais ainda se for considerado trabalhos envolvendo três variáveis ou mais Portanto, uma direção interessante a ser tomada pode ser a introdução de várias variáveis dentro dessa temática REFERÊNCIAS AGHEZZAF, E H; KHATAB, A; TAM, P LE Optimizing production and imperfect preventive 11

12 maintenance planning s integration in failure-prone manufacturing systems Reliability Engineering & System Safety, 145, , 2015 BAMBER, C J; SHARP, J M; CASTKA, P; SHARP, J M; CASTKA, P Third party assessment : the role of the maintenance function in an integrated management system Journal of Quality in Maintenance Engineering, 2004 BLANN, D R Proactive maintenance as a Strategic business advantage Greater Chicago Plant Maintenance Show and Conference, 1997 CHELBI, A; AIT-KADI, D Joint Optimal Buffer Inventory and Preventive Maintenance Strategy for a Randomly Failing Production Unit Journal of Decision System 12(1), 21-30, 2003 CHELBI, A; REZG, N (2006) Analysis of a production / inventory system with randomly failing production unit subjected to a minimum required availability level International Jornal Production Economics, 99, , 2006 CUI, W; LU, Z; PAN, E Computers & Operations Research Integrated production scheduling and maintenance policy for robustness in a single machine Computers and Operation Research, 47, 81 91, 2014 DIMITRAKOS, T D; KYRIAKIDIS, E G A Semi-Markov decision algorithm for the maintenance of a production system with buffer capacity and continuous repair times International Jornal Production Economics, 111, , 2008 FITOUHI, M; NOURELFATH, M Integrating noncyclical preventive maintenance scheduling and production planning for a single machine International Jornal Production Economics, 136, , 2012 GAN, S; SHI, J Maintenance optimization for a production system with intermediate buffer and replacement part order considered Eksploatacja i Niezawodnosc Maintenance and Reliability, 16(1), , 2014 GAN, S; ZHANG, Z; ZHOU, Y; SHI, J Intermediate buffer analysis for a production system Applied Mathematical Modelling, 37, , 2013 GAN, S; ZHANG, Z; ZHOU, Y; SHI, J Joint optimization of maintenance, buffer, and spare parts for a production system Applied Mathematical Modelling, 39(19), , 2015 KENNE, JP; GHARBI, A; BEIT, M Age-dependent production planning and maintenance strategies in unreliable manufacturing systems with lost sale European Journal of Operational Research 178, , 2007 JENSEN, P A; PAKATH, R; WILSON, J R Theory and Methodology Optimal buffer inventories for multistage production systems with failures, European Journal of Operational Research, 51, , 1991 JIN, X; LI, L; NI, J Option model for joint production and preventive maintena nce system International Journal of Production Economics, 119(2), , 2009 KARAMATSOUKIS, C; KYRIAKIDIS, E G Optimal maintenance of two stochastically deteriorating machines with an intermediate buffer, European Journal of Operational Research, 207, , 2010 KARAMATSOUKIS, CC; KYRIAKIDIS, E G Optimal Maintenance of a Production System with L Intermediate Buffers Mathematical Problems in Engineering, 2012 KYRIAKIDIS, E G; DIMITRAKOS, T D Optimal preventive maintenance of a production system with an intermediate buffer European Journal of Operational Research, 168, 86 99, 2006 LEE, S; GU, X; NI, J Expert Systems with Applications Stochastic maintenance opportunity windows for 12

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