Análise comparativa entre modelos conceituais de planejamento e controle da produção com foco nas restrições de capacidade

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1 Análise comparativa entre modelos conceituais de planejamento e controle da produção com foco nas restrições de capacidade Simone Cristina Kopak (UNICENTRO) skopak@unicentro.br Fábio Favaretto (PUCPR) fabiofav@rla01.pucpr.br Resumo Este artigo apresenta uma análise comparativa de quatro modelos conceituais de planejamento e controle da produção. Focaliza-se nas restrições de capacidade produtiva de cada modelo. Palavras chave: Restrições, Capacidade, Planejamento e Controle da produção. 1. Introdução A competição acirrada entre as empresas, em função de uma economia mundial cada vez mais turbulenta, impulsiona os gestores a tomarem decisões que maximizem os resultados da empresa e os conduza a gerenciar os seus recursos utilizando sistemas de produção de maneira cada vez mais eficaz e para isso, necessitando cada vez mais do suporte de ferramentas mais avançadas. Este artigo tem a finalidade de fazer uma análise comparativa entre modelos conceituais de Planejamento e Controle da Produção, focalizando nas restrições de capacidade produtiva. Serão analisados modelos conceituais de gestão da produção. São eles: Uma contribuição ao processo de Gestão da produção pelo uso da coleta automática de dados de chão de fábrica, desenvolvido por Favaretto (2001); Planejamento, Programação e Controle da Produção, desenvolvido por Corrêa et alli (2001); Modelo conceitual de componentes da estratégia organizacional, desenvolvido por Cox & Spencer (2002) e o Sistema Toyota de Produção, por Ohno (1997). Destaca-se o tratamento dado para as seguintes atividades do planejamento e controle da produção: Planejamento-Mestre da produção, Planejamento de capacidade, Planejamento das Necessidades de Materiais e a atividade de Programação da produção. 2. Síntese dos modelos conceituais de planejamento e controle da produção 2.1 Uma contribuição ao Processo de Gestão da produção pelo uso da coleta automática de dados de chão de fábrica (GP) Este modelo foi elaborado por Favaretto (2001) e serve de referência para utilização em ambientes de manufatura discreta. Neste artigo o modelo será designado por GP. Este modelo tem como foco principal relatar a forma de coleta e armazenamento de dados de produção e foi referência para a implantação das tecnologias de coleta automática de dados de chão de fábrica e seu tratamento. O modelo destaca a utilização das seguintes tecnologias e ferramentas: Data Warehouse, coleta de dados automatizada, sistemas ERP e outros sistemas de suporte. É composto por nove processos: Gerir demanda, Planejar produção, Programar compras, Programar produção, Controlar materiais, Produzir, Expedir, Controlar produção e Analisar dados de produção. ENEGEP 2003 ABEPRO 1

2 Todos os processos são detalhados em sub processos, atividades e eventos. Os processos Gerir demanda, Planejar a produção e Programar a produção salientam a análise das restrições. O processo Gerir demanda é responsável pela geração dos planos agregados de vendas e de produção, enquanto que, o processo Planejar a produção é dividido nos seguintes níveis: Planejamento-mestre da produção e Planejamento detalhado da produção. O processo Programar produção consiste na tarefa de programar as atividades de produção. Especificamente, é feito o seqüenciamento das ordens de produção geradas no planejamento detalhado da produção. Após, efetuados os planejamentos da produção, conforme os seus devidos horizontes de planejamento, é feito o planejamento de disponibilidades de capacidades. O autor destaca que a principal restrição a ser considerada nos processos é a capacidade produtiva. As restrições de capacidade produtiva são consideradas conforme a hierarquia do planejamento, por exemplo, para o planejamento agregado considera-se a capacidade produtiva também agregada. A unidade mais comum utilizada para fazer o cálculo da capacidade produtiva é a quantidade limite de unidades que podem ser produzidas em um período, usualmente um mês. Até que o plano possa chegar à sua versão final, deve ser confrontado com algumas restrições como as disponibilidades de produtos em estoques e de capacidade para produção. Os planejamentos são confrontados com a capacidade de produção necessária para atender os planos desenvolvidos com gargalos de produção e recursos produtivos chave. Este confronto mostra a viabilidade de cada plano, e caso os limites de capacidade sejam excedidos, o plano deve ser refeito. O autor relata que geralmente existem sistemas ou módulos de sistemas especializados na consideração de restrições agregadas de capacidade, o que permite que o plano agregado de produção seja realizado em conjunto com a consideração desta restrição, permitindo que seja refinado e se aproxime da realidade, evitando que sejam gerados planos que não considerem a ocupação da capacidade de produção de forma efetiva (sobrecarga ou sub utilização dos recursos). Outras restrições que podem ser consideradas: volumes (de matérias-primas, produtos intermediários e acabados) máximos permitidos durante o processo de produção, por questões tecnológicas; volumes de armazenagem; capacidade de transporte (interno e externo); disponibilidade de matéria-prima; disponibilidade de recursos (pessoal, ferramentas, moldes e outros) e importância estratégica dos clientes e pedidos. No planejamento detalhado das necessidades de materiais, a capacidade de produção limita a quantidade que pode ser produzida em determinados recursos, retratando o turno efetivo de funcionamento ou disponibilidade destes recursos. Neste nível de planejamento, a capacidade é considerada geralmente em horas disponíveis do recurso por dia, que deve ser confrontada com a necessidade em horas para se processar determinada operação de um lote de componentes. Além de ser considerada a restrição da capacidade disponível de uma forma geral (disponibilidade nominal), deve ser considerada a ocupação destes recursos que já está comprometida no momento de realização deste planejamento. 2.2 Planejamento, programação e controle da produção (MRP II) Este modelo foi desenvolvido por Corrêa et alli (2001). Parte do princípio da hierarquia de decisões, em que as decisões de maior inércia, vão hierarquicamente restringindo as decisões ENEGEP 2003 ABEPRO 2

3 de menor inércia, para que haja coerência entre os diversos níveis hierárquicos de decisão e, dessa forma, garantir coesão de todo o processo de planejamento. Dentro desse contexto, apresentam-se alguns módulos do MRP II: Material Requirements Planning (MRP), Capacity Requirements Planning (CRP), Master Production Schedule (MPS), Rough Cut Capacity Planning (RCCP), Gestão de demanda, Shop Floor Control (SFC), Compras e Sales and operations planning (S&OP). O planejamento de vendas e operações (S&OP), é o plano de produção agregado. O planejamento de capacidade de longo prazo, no nível do S&OP, é o Resource Requirements Planning (RRP). Esse planejamento está inserido no S&OP. A informação básica para o cálculo de capacidade é o número de horas de cada departamento que são necessárias para a produção de um item de determinada linha ou família de produtos. Para obter um único número que represente o tempo de produção de cada família de produtos por departamento é necessário calcular uma média ponderada que leve em conta os volumes produzidos de cada um dos produtos da família. Uma vez calculada a capacidade necessária, é preciso compará-la com a capacidade efetivamente disponível dos centros produtivos. Quando a necessidade excede o disponível, pode-se adotar várias alternativas, entre outras: alterar o plano de produção; ampliar a disponibilidade de capacidade; deixar de atender parte do plano de vendas, sendo relevante nesse caso, analisar as prioridades entre as famílias de produtos. O Planejamento-Mestre de Produção (MPS) é um módulo essencialmente para tomada de decisão. O dado de entrada para esse plano é o Planejamento das necessidades de materiais (MRP). O Planejamento-Mestre de Produção (MPS) através de uma visão acurada do balanço entre suprimento e demanda permite oferecer aos clientes um adequado nível de serviços, respeitando as restrições impostas pelos níveis de estoques, recursos produtivos e tempos disponíveis. Depois que o Planejamento-Mestre de Produção (MPS) tenha feito o balanço entre a demanda e os suprimentos, o próximo passo é verificar a sua viabilidade em termos de disponibilidade de capacidade produtiva, por meio do Planejamento grosseiro de capacidade (RCCP). O planejamento de médio prazo, no nível do Planejamento-Mestre de Produção, é o planejamento grosseiro de capacidade (RCCP). Seu principal objetivo é garantir que o Planejamento-Mestre (MPS) seja ao menos aproximadamente viável em termos de capacidade, permitindo um cálculo rápido, ainda que grosseiro. Geralmente não é feito o cálculo de necessidades para todos os recursos, centros produtivos ou departamentos, mas sim, focaliza-se a atenção apenas nos recursos considerados críticos. Caso exista falta de capacidade dos recursos, as alternativas a serem adotadas são similares àquelas apresentadas para o Planejamento de vendas e operações (S&OP). Os módulos do Planejamento das necessidades de materiais (MRP) e do Planejamento das necessidades de recursos (CRP) trabalham separadamente. Fica implícito que o Planejamento das necessidades de materiais (MRP) não considera limitações de capacidade, pois serão posteriormente verificadas no Planejamento das necessidades de capacidade (CRP). Logo, ajustes podem ser necessários. O planejamento de curto prazo, no nível do Planejamento das necessidades de materiais (MRP) é o Planejamento das necessidades de capacidade (CRP). Caso o Planejamento das necessidades de materiais (MRP) esteja inviável em função das capacidades de recursos de produção, o programador deve tomar algumas providências como, ENEGEP 2003 ABEPRO 3

4 por exemplo: adiamento de ordens, provisão da capacidade necessária, subcontratação de serviços, solicitação de horas extras, dentre outras. Para que o Planejamento das necessidades de materiais (MRP) e o Planejamento das necessidades de capacidade (CRP) sejam coerentes, um com o outro, algumas vezes, é necessário voltar ao plano de produção de produtos finais. O módulo de gestão da capacidade de curtíssimo prazo (SFC) permite que sejam informados os tempos efetivamente gastos nas operações, os materiais efetivamente utilizados e os momentos de término de cada operação, para que se possa fazer o controle de utilização dos recursos e comparar o real com o planejado. Depois que o programa de produção tiver sido considerado viável, por meio do Planejamento das necessidades de capacidade (CRP), cabe à fábrica executá-lo. Quando da execução desse programa podem ocorrer diversos problemas que exijam ações por parte do planejador para ajustar o programa em termos de capacidade. 2.3 Modelo conceitual de componentes da estratégia organizacional (GR) Proposto por Cox & Spencer (2002). Neste artigo o modelo será designado por GR. O gerenciamento de restrições é tratado como o elo de ligação com outros sistemas para adequar-se às necessidades particulares de uma fábrica. Tem sido utilizado para descrever as aplicações da Theory of constraints (TOC). Parte do princípio de que, uma estratégia de manufatura bem sucedida, depende do sistema de planejamento e controle da produção bem como da seleção do processo de manufatura em relação à sua estratégia. É uma combinação dos sistemas de planejamento e controle de produção em uma estratégia global da manufatura, tendo como foco principal o Gerenciamento das restrições (GR). O modelo possui oito componentes que são: características das demandas dos clientes, estratégia, estrutura e indicadores organizacionais, estruturas lógicas do produto, características físicas do produto, características físicas das instalações, o sistema de planejamento e controle da produção, funções de planejamento e controle da produção e a relação produto-processo. A estratégia rejeita a idéia de que um sistema é superior a todos os outros em qualquer ambiente. A estratégia combinada será chamada de Síntese do gerenciamento de restrições. Neste modelo o planejamento-mestre de produção e a função de planejamento de capacidade estão entrelaçados a ponto de tornar-se apenas uma única função. O Planejamento-mestre da produção programa a produção utilizando a contribuição por minuto de restrição para cada produto a fim de determinar a prioridade da utilização do recurso com restrição de capacidade. O entrelaçamento da produção resulta em uma taxa de produção base, tanto para o planejamento-mestre de produção como para o planejamento de capacidades. A taxa indicada, reportada em termos de unidades de tempo, é comumente adotada em todas as atividades de planejamento de produção. Este fluxo se aproxima daquele de uma imensa linha de montagem através de, todo o processo de manufatura. O fluxo de material tem seu ritmo determinado pelo plano mestre de produção como uma taxa de produção. A capacidade global da fábrica é determinada por essa taxa de produção. Se ela for modificada, a capacidade se modifica. Apenas quando a administração autoriza a modificação da taxa de produção é que o planejamento de capacidades se modifica, como é comunicado pelo novo plano-mestre de produção e reportando em um nível diferente ENEGEP 2003 ABEPRO 4

5 por período. O Planejamento de capacidades global não pode mudar a não ser que a taxa de produção seja alterada, como é comunicado pelo novo plano-mestre de produção (COX & SPENCER, 2002). 2.4 O Sistema Toyota de Produção (STP) Este modelo foi desenvolvido por Ohno (1997). O Sistema Enxuto de produção é também chamado de Produção Enxuta ou ainda Sistema Toyota de Produção. Os dois pilares necessários à sustentação do sistema são just in time (JIT) e a automação com um toque de inteligência, ou seja, um toque humano. Simplesmente porque produzimos just-in-time em resposta às necessidades do mercado, não significa que podemos operar sem planejar. Para se obter uma operação tranqüila, o programa de produção da Toyota e o sistema de informação devem estar estreitamente relacionados (OHNO, 1997). O planejamento é baseado em previsões de demanda mensais e o horizonte de planejamento depende de vários fatores característicos da empresa, como as incertezas associadas ao processo de previsão e os lead time de produção, sendo três meses um valor típico (CORRÊA et alli, 2001). A programação mensal é efetuada com base no processo de planejamento mensal da produção que resulta em um Programa-Mestre de Produção, expresso em termos da quantidade de produtos finais a serem produzidos a cada mês. Esse programa fornece, também os níveis médios de produção diária de cada estágio do processo, garantindo que haja recursos suficientes para a execução do programa, além da reserva de capacidade necessária (CORRÊA et alli, 2001). Ohno (1997) relata ainda que a Toyota Motor Company tem um plano anual e faz a programação mensal da produção. Com base nestes planos, a programação diária da produção é determinada em detalhe e inclui o nivelamento da produção. No STP a capacidade produtiva sub-utilizada (ou em excesso) é realmente o custo incorrido pela eliminação de estoques como um amortecimento no sistema. Dessa forma o STP, prefere trabalhar com excesso de capacidade produtiva. Com o JIT, a mão-de-obra e capacidade de máquina proporcionam uma barreira em lugar do estoque. Contudo os planejadores estão agora reconhecendo que capacidade em excesso seja ela, na forma de mão-de-obra e equipamentos é geralmente bem menos custosa que a manutenção de estoque em excesso. Depois de estabelecido o Programa-Mestre de produção e balanceada a linha de montagem final para atingi-lo, é necessário puxar a produção dos componentes necessários para a montagem dos produtos. Corrêa et alli (2001) destaca que a programação mensal [...] fornece, também os níveis médios de produção diária de cada estágio do processo, garantindo que haja recursos suficientes para a execução do programa, além da reserva de capacidade necessária. A manufatura do STP é sincronizada com a demanda. A sincronização é feita utilizando-se os cartões Kanban e o balanceamento. Segundo Shingo (1996), balanceamento significa que cada processo tem o mesmo volume de produção. Equilibrar os volumes às capacidades de processamento estão relacionadas com o balanceamento. Assim, se cada processo tiver toda a sua capacidade de processamento utilizada, certamente haverá esperas de processo e esperas de máquina. ENEGEP 2003 ABEPRO 5

6 Ohno (1997) relata que hoje, numa era de lento crescimento econômico no mundo inteiro, este sistema de produção representa um conceito em administração que funcionará para qualquer tipo de negócio. 3. Análise comparativa entre os modelos apresentados O Quadro 1 apresenta uma comparação entre os modelos conceituais apresentados. Objetivo MPS GP MRP II GR STP Dar suporte às Unificar os informações de o elementos que, quanto, quando construtivos de um e como produzir. sistema produtivo. Relatar a forma de coleta e armazenamento de dados de produção Composto pela estimativa de produtos finais a serem produzidos Composto pela estimativa de produtos finais a serem produzidos Composto pelos componentes que são processados pela restrição Planejamento de Paralelo aos planos Paralelo aos planos Entrelaçado com os capacidades de produção de produção * planos de produção Sistema de Sistema empurrar Sistema empurrar Programa a produção produção (TPC) Controle Coleta automática de SFC Gerenciamento dos dados pulmões * O planejamento de capacidades está inserido no planejamento agregado. Quadro 1 Comparação entre os modelos Eliminar o desperdício Composto pela estimativa de produtos finais e fornece os níveis médios de produção diária de cada processo Amaciamento da produção Sistema puxar Kanban Ressalta-se inicialmente o conceito de restrição como: qualquer elemento ou fator que impede que um sistema conquiste um nível melhor de desempenho no que diz respeito a sua meta. As restrições podem ser físicas, como por exemplo, um equipamento ou a falta de material, mas elas podem ser também de ordem gerencial, como procedimentos, políticas e normas (APICS Dictionary, citado por COX e SPENCER, 2002). Cada modelo possui um objetivo distinto, mas, observa-se a similaridade entre eles em fornecerem subsídios para o gerenciamento da produção considerando um conjunto de restrições. Sejam elas restrições físicas ou gerenciais. A principal restrição a ser considerada nos modelos é a restrição de capacidade produtiva. Percebe-se que os modelos que efetuam o planejamento de capacidades paralelamente aos planos de produção deixam de considerar a devida importância para as restrições de capacidade e dessa forma algumas vezes inviabiliza todo o processo de planejamento; gerando retrabalho e resultando em custos para a empresa. No modelo STP, o Planejamento-mestre (MPS) fornece os níveis médios de produção diária de cada processo a fim de considerar as restrições de capacidade produtiva. Para isso, utilizase da técnica do amaciamento da produção, que inclui duas dimensões: a distribuição homogênea da produção mensal e a distribuição homogênea da produção mensal de cada produto, a cada dia ao longo do mês. Para o modelo GR, ressalta-se que, quando a restrição estiver localizada na linha de produção, o planejamento de capacidades é entrelaçado com os planos de produção. O MPS é baseado no tempo total de processamento de cada componente, que tem como roteiro o recurso com restrição de capacidade. O seqüenciamento dos componentes é feito com base na contribuição por minuto de restrição para cada produto. Inclusive a quantidade de estoques em processo deve ser examinada. ENEGEP 2003 ABEPRO 6

7 Portanto, outra restrição gerencial que pode ser considerada no sistema produtivo é a prioridade dos produtos e/ou famílias. Quanto ao tratamento dado ao MRP para os modelos GP e MRP II, utiliza-se do sistema empurrar (os produtos são movidos para frente ao longo da produção pelo passo antecedente na produção). Neste planejamento considera-se a restrição de estoques, que são subtraídos da necessidade bruta para se obter as necessidades globais. As restrições referentes a datas de início e término dos produtos devem ser consideradas para que o produto final possa chegar em tempo real para o cliente. No STP o sistema puxar conforme Cox & Spencer (2002), o material é utilizado na linha de montagem final para atender as exigências do plano mestre de produção, um gatilho visual, usualmente a existência de um contêiner vazio, sinaliza o reabastecimento do estoque. A função controle é bastante abrangente, segundo Favaretto (2002) o Kanban consiste em um sistema de controle via cartões, que permite sincronizar o fluxo de materiais entre as diversas células de produção e a linha final de montagem, de forma essencialmente visual e simplificada. Para o caso do STP, o que restringe a liberação de materiais é o uso dos Kanban. No caso do modelo GP segundo Favaretto (2001), o volume de informações a serem registradas caso exista alguma forma de monitoramento ou coleta de dados automatizados tende a ser grande. Neste caso, devem ser usadas ferramentas compatíveis, como por exemplo, de Data Warehouse, que além de suportar um grande volume de informações, ainda possui funcionalidades para a geração de relatórios e execução de consultas de forma simples. O Sistema Data Warehouse é uma solução para impedir que a restrição referente à capacidade de informações dos sistemas instale-se nas empresas. O modelo MRP II contém o módulo MES/SFC que segundo Corrêa et alli (2001) é responsável pela realimentação do realizado para que comparações com o planejado possam ser feitas e ações corretivas em caso de não conformidade possam ser tomadas. É com este módulo também que as ordens de produção podem ser rastreadas e gerenciadas durante sua execução (ao longo das várias operações pelas quais tenha de passar). Sistemas de programação com capacidade finita substituem pelo menos em parte os módulos do MES/SFC do MRP II. O MRP, para o modelo GR, é responsável pela programação de liberação de material e deve fornecer um pulmão de tempo entre a liberação de material e a restrição. Isto é realizado usando-se uma programação para trás (backward) a partir da programação do MPS. Gupta et alli (2002) relatam que a programação tambor-pulmão-corda e o gerenciamento dos pulmões são utilizados para fazer a programação do recurso com restrição de capacidade e gerenciar os estoques. Os pulmões devem ser gerenciados a fim de evitar o excesso ou a falta de estoques em processo. 4. Conclusões O Planejamento-mestre de produção (MPS), para o modelo GR apresenta um tratamento bastante diferenciado dos demais modelos. Ressalta-se que, quando a restrição for a capacidade produtiva, ou seja, estiver localizada na linha de produção, o MPS programa a produção baseado no ganho/tempo no recurso com restrição de capacidade, recomendado pela Theory of Constraints (TOC) e classifica os produtos conforme as maiores contribuições com o lucro da empresa. Se considerarmos que podem existir outros tipos de restrições, de mercado, por exemplo, nesse caso, o critério de comparação entre os produtos deve ser apenas o ganho unitário, pois não temos nenhum recurso físico que impede a empresa de prosseguir em direção à sua meta. ENEGEP 2003 ABEPRO 7

8 De qualquer forma, o ganho/tempo no recurso com restrição de capacidade ou ganho unitário de cada produto não devem ser considerados isoladamente na avaliação. Diversas restrições devem ser consideradas, tanto físicas quanto gerenciais, quando do planejamento, programação e controle da produção (PCP). Vale ressaltar que, Lanzenauer et alli (2002), relatam que a variedade de elementos interdependentes entre si, devem ser considerados simultaneamente e muitas vezes ocorre o conflito de critérios e de medidas, esses elementos constituem a complexidade do processo de planejamento e constituem o desafio para a formulação e evolução das estratégias. Diante disso, é fundamental a formulação e a execução de estratégias de produção que contemplem alternativas para que os seus sistemas de produção possam ultrapassar limites, quebrar restrições, oferecer informações cada vez mais confiáveis e fornecer o suporte de que necessitam durante o processo decisório. Por isso, urge a integração de outras ferramentas e outros sistemas de apoio. A coleta automática de dados e o armazenamento desses dados coletados pelo Data Warehouse (DW) permitem que os gestores sejam mais eficazes na obtenção de informações específicas aos diversos processos de produção e ainda possam configurar os relatórios de acordo com a sua preferência e necessidade. Quanto maior o volume de informações, desde que bem estruturadas, e que possam ser rapidamente recuperadas e bem analisadas, melhor será a inteligência do sistema. Portanto, o encontro dos gestores com alternativas para integração dos sistemas de produção e com o alinhamento da estratégia com as diversas áreas organizacionais, contribuem fortemente para que os resultados financeiros almejados no planejamento estratégico sejam alcançados e a perfeição, tão almejada pelos orientais, seja um processo contínuo nas empresas. Referências CORRÊA, H.L.; GIANESI, I.G.N.; CAON, M. (2001) Planejamento, programação e controle da produção. 4. ed. São Paulo: Atlas. COX III, J.F.; SPENCER, M.S. (2002) Manual da teoria das restrições. Trad. Fernanda K. Dietrichi. Bookman. FAVARETTO, F. (2001) Contribuição ao Processo de Gestão da Produção pela utilização da coleta de dados de chão de fábrica: tese de doutorado. Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos. FAVARETTO, F., ESPÍRITO SANTO, M. S., MARTINS, V. & BREMER, C. F. (2002) Considerações sobre a utilização de dados de controle da produção no contexto da filosofia lean production. XXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, Curitiba, Brasil. GUPTA, M.; KO, H-J.; MIN, H. (2002) TOC-based performance measures and five focusing steps in a job-shop manufacturing environment. International Journal of Production Research, vol. 40, n. 4, p LANZENAUER, C.H.v.; ESCHEN,E.; PILZ-GLOMBIK, K. (2002) Capacity planning in a transitional setting with simulation-based modeling: A case study. International transactions in operational research societies, 9, p OHNO, Taichi. (1997) O Sistema toyota de produção: além da produção em larga escala; trad. Cristina Schumacher. Porto Alegre: Artes Médicas. SHINGO, S. (1996) Sistemas de produção com estoque zero: o Sistema Shingo para melhorias contínuas; trad. Lia Weber Mendes. Porto Alegre: Bookman. ENEGEP 2003 ABEPRO 8