Evanielly Guimaraes Correia (UFG ) Felipe Rodrigues do Nascimento (UFG )

Transcrição

1 João Pessoa/PB, Brasil, de 03 a 06 de outubro de 2016 A APLICAÇÃO DE TÉCNICAS DE SEQUENCIAMENTO DA PRODUÇÃO PARA A MINIMIZAÇÃO DO MAKESPAN; ESTUDO DE CASO DE UMA EMPRESA DO SETOR DE CONFECÇÕES COM O AMBIENTE FLEXIBLE FLOW SHOP Evanielly Guimaraes Correia (UFG ) evaniellyguimaraes@gmailcom Felipe Rodrigues do Nascimento (UFG ) rodriguesengprod@gmailcom Programar e sequenciar tarefas pode parecer algo distante em nosso cotidiano, mas ao analisar nossos hábitos, nota-se que sequenciamos quase tudo o que fazemos, como por exemplo, o modo como guardamos nossos livros e organizamos nossas rouppas, estes sequenciamentos facilitam nossa vida e também viabiliza diversos processos fabris que podem ser encontrados atualmente e também no futuro Este estudo tem por objetivo aplicar técnicas de sequenciamento da produção para as atividades de uma empresa do setor de confecções, com o ambiente flexible flow shop, com o intuído de minimizar o makespan utilizando métodos clássicos de programação e um método heurístico para que posteriormente estes métodos possam ser comparados com o método empírico utilizado pela empresa Neste estudo conclui-se que é perceptível que em relação às regras comumente usadas para sequenciamento (SPT e LPT), o método empírico aplicado pelo gestor apresenta bons resultados, entretanto, através da análise sob uma ótica mais apurada dos dados é possível perceber que, para o problema proposto neste estudo, o método empírico não é eficaz Palavras-chave: flexible flow shop, sequenciamento, makespan, técnicas de sequenciamento

2 1 INTRODUÇÃO Programar e sequenciar tarefas pode parecer algo distante em nosso cotidiano, mas ao analisar nossos hábitos, nota-se que sequenciamos quase tudo o que fazemos, como por exemplo, o modo como guardamos nossos livros e organizamos nossas roupas, estes sequenciamentos facilitam nossa vida e também viabiliza diversos processos fabris que podem ser encontrados atualmente e também no futuro Para Pinedo (2010), o sequenciamento da produção é a habilidade de alocar e ordenar tarefas que são executadas em recursos fabris limitados Ainda para Slack et al (2002), a programação da produção é responsável pelo sequenciamento das ordens produtivas, definindo a ordem em que as tarefas deverão iniciar e terminar Planejar e programar a produção torna-se uma atividade cada vez mais necessária tendo em vista que qualquer atividade necessita de planos e de controles para que os objetivos de uma organização sejam atingidos, portanto, o objetivo do planejamento e controle é obter a programação e mantê-la (LOPES et MICHEL, 2007) A programação da produção é uma tarefa complexa, principalmente para empresas de manufatura, visto que as estruturas destas organizações têm se tornado cada vez mais multifacetadas Neste estudo será analisado o ambiente fabril denominado Flow shop flexível (Flexible Flow Shop) que para Pinedo (2010), é uma evolução do Flow shop contendo máquinas paralelas Ainda para Pinedo (2010), essas máquinas são agrupadas em centros de trabalho e as tarefas são processadas por uma ordem de máquinas já estabelecida por uma linha de montagem Uma tarefa é processada em uma máquina de um determinado centro de trabalho, porém poderia ser processada em qualquer outra máquina daquele centro Para Vianna et al (2010), em pequenas empresas o escalonamento da produção é executado de forma manual e sem a aplicação de técnicas mais avançadas, ainda ressaltam que para os olhos do planejador, as soluções podem parecer satisfatórias, mas ao analisar o método mais profundamente será notório que está distante de um resultado ótimo Diante do problema exposto, este estudo tem por objetivo aplicar técnicas de sequenciamento da produção para as atividades de uma empresa do setor de confecções, com o ambiente flexible flow shop, com o intuído de minimizar o makespan utilizando métodos clássicos de programação e um método heurístico para que posteriormente estes métodos possam ser comparados com o método empírico utilizado pela empresa Para fundamentar a pesquisa, preliminarmente foi realizada uma pesquisa de natureza bibliográfica de trabalhos clássicos e atuais que tratam de problemáticas envolvendo o ambiente flexible flow shop assim como Flow shop e Job shop tradicionais, a fim de entender quais as condições existentes nos sistemas que devem ser consideradas 2 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Planejamento e Controle da Produção (PCP) tem por objetivo a garantir que os processos de produção ocorram de forma eficaz e eficiente, para desta forma produzir pedidos de acordo com as necessidades dos clientes Assim, a otimização do sequenciamento 2

3 da produção garante a melhor forma de cumprir o planejamento de modo que os pedidos sejam entregues no prazo e que os clientes fiquem satisfeitos (LOPES, 2008) Antes de sustentar quaisquer conceitos relativos ao problema de pesquisa, serão defendidas algumas das mais clássicas definições de scheduling, vejamos: BAKER, 1974: alocação dos recursos escassos à execução de um conjunto de processos em determinado período de tempo (BAKER, 1974) LAWLER et al, 1987: alocação ótima de recursos limitados a atividades no tempo (LAWLER et al, 1987) BURKE, 1994: problema relacionado a decisões do tipo o que fazer (operações), quando (durações e tempos) e onde (recursos), partindo de um objetivo primário da maximização do lucro corporativo (BURKE, 1994) Em resumo o sequenciamento da produção é um processo de tomada de decisões com o objetivo de otimizar um ou mais objetivos (PINEDO, 2010) 21 Sequenciamento da Produção No atual mercado competitivo o sequenciamento da produção tornou-se uma atividade crucial para a sobrevivência das empresas no mercado As corporações que falham no cumprimento de seus acordos acabam tendo suas imagens significantemente danificadas (PINEDO, 2010) Para a realização do pleno sequenciamento da produção é necessário alinhar este processo aos objetivos empresariais que podem ficar efetivamente demonstrados em indicadores de desempenho Fernandes e Godinho Filho (2010) definem Indicadores de desempenho como informações retiradas do processo de produção para acompanhar o progresso das ordens, avaliar o desempenho do processo de produção ou da mão de obra direta ou de qualquer outro objetivo Segundo Miyata; Boiko e Morais (2011) os mais importantes indicadores de desempenho para a área de Programação da Produção podem ser encontrados em French (1982), Bedworth; Bailey (1987), MacCarthy; Liu (1993), Moccellin (2005), Arenales et al (2007) e Lustosa et al (2008) Fuchigami (2013), demonstra os principais conceitos relevantes ao sequenciamento, seu trabalho tem como referencial grande gama de autores clássicos da área e veremos a seguir alguns destes conceitos apresentados pelo autor Jobs (Tarefas): elementos inter-relacionados por restrições de precedência a serem processados compostos por partes elementares (Operações) Operações: atividade elementar a ser processada Máquinas: recurso escasso capaz de processar a operação A Programação da Produção vem a ser portanto, a alocação das atividades elementares (Operações) nos recursos escassos (Máquinas) com determinações de prazos de início e término de cada operação (FUCHIGAMI, 2013) Contudo, a complexidade da análise da Programação da Produção é proporcional ao número de diferentes programas possíveis, segundo Kan (1976) para um problema geral com n processos e m máquinas haverá possibilidades de programas 3

4 Para analisar os diferentes programas de produção, será utilizada durante a pesquisa a ferramenta visual Gráfico de Gantt que proporciona uma representação visual simples do que deveria e do que está realmente acontecendo na operação (SLACK, CHAMBERS, JOHNSTON, 2002) Figura 1- Exemplo de Gráfico de Gantt 22 Flexible Flow-Shop Scheduling Fonte: Os próprios autores Segundo Pinedo (2010) os problemas do tipo Flow-Shop Scheduling consideram as seguintes proposições: Existem m máquinas em série; Cada trabalho tem que ser processado em cada uma destas máquinas; Todos os trabalhos têm que seguir o mesmo caminho; Depois de ser concluído em uma máquina, um trabalho é inserido na fila da próxima máquina 23 Notação Para representar o problema de pesquisa em questão, será utilizada a Notação de 3 campos expressa, segundo Fuchigami (2013) da seguinte forma α β γ, onde α se refere ao ambiente das máquinas, β denota as restrições do problema e γ expressa a 24 Função Objetivo Como já dito anteriormente o campo α se refere ao ambiente das máquinas, seguem abaixo algumas das principais expressões contidas neste campo apresentadas por Fuchigami (2013): Máquina Única (l): apenas uma máquina disponível ao processamento Máquinas Paralelas (Pm, Qm, Rm): várias máquinas disponíveis ao processamento, porém 1 tarefa precisa passar por apenas 1 das máquinas do estágio de produção Flow Shop (Fm): existe uma sequência pré-definida de máquinas onde as tarefas necessitam passar por cada uma das m máquinas Job Shop (Jm): cada operação possui sua própria sequência prédefinida de máquinas, não necessitam passar por cada uma m máquinas e ainda podem passar mais de uma vez pela mesma máquina 4

5 Open Shop (Om): similar ao Job-Shop, entretanto as tarefas não necessitam de uma sequência própria pré-definida, podem algumas vezes seguir qualquer ordem de máquinas Algumas das principais restrições apresentadas no campo β podem ser encontradas na monografia de Lopes (2008) Já quanto ao campo γ caberão inúmeros modelos matemáticos de função objetivo, contudo, as principais geralmente são maximizações ou minimizações de medidas e indicadores de desempenho do sequenciamento da produção Para o problema em questão utilizaremos, portanto a seguinte notação: 3 ESTUDO DE CASO A empresa estudada foi fundada em 2001, está no segmento de confecções de lingeries femininas, possui uma loja interna para vendas à atacado e uma fábrica, ambas instaladas em um mesmo local Neste tipo de indústria há uma demanda sempre crescente por produtos diferenciados, portanto, para atender essa demanda a empresa possui o ambiente produtivo denominado flexible flow shop A programação da produção é realizada pela gerente com base em seus conhecimentos empíricos, diante disto, pretende-se com este trabalho propor novas formas de sequenciamento visando minimizar o tempo total de processamento dos lotes de produção Para simplificar a análise do problema os lotes de produtos serão agrupados em duas famílias principais: Calcinha e sutiã Veja a seguir o diagrama ilustrativo que representa o problema tratado 5

6 C M-O5 M-P2 M-G1 M-R2 M-B1 M-Z1 M-T3 L2 INS/ET/ EM-2 S M-O3 M-P2 M-G1 M-I1 M-PE2 M-B1 M-Z1 M-T3 L3 INS/ET/ EM-2 n número de máquinas no posto de trabalho M-On Máquina overloque M-Pn Máquina persa M-Gn Máquina galoneira M-Rn Máquina reta M-BTn Máquina BT M-In Máquina interloque M-PEn Máquina pespontadeira M-Zn Máquina zigue zague M-Tn Máquina travete Ln Processo de limpeza da peça INS/ET/EMn Pessoas para inspeção, etiquetagem e embalagem das peças Figura 2 - Fluxo dos produtos dentro da empresa Fonte: Os próprios autores O Grupo C compõe a família de calcinhas, o grupo S compõe a família de sutiãs Ambas as famílias são subdivididas em dois subgrupos: D, subgrupo de itens de fabricação mais complexa, ou seja, exigem mais tempo de operação e o subgrupo F que é composto pelos itens de fabricação mais simples As tabelas a seguir dispõem os tempos médios de operações de cada subgrupo dentro de suas respectivas famílias de produtos, dados estes fornecidos pela empresa ORDE M Tabela 1 - Tempo unitário das operações da família C Subgrupo CF CD MÁQUINDA TEMPO (min) TEMPO (min) 1 OVERLOCK 2,02 4,43 2 PERSA 0,96 1,92 3 GALONEIRA 0,97 1,32 4 RETA 1, BT 0,64 1,73 6 ZIGUE- ZAGUE 2,28 0,37 6

7 ORDE M 7 TRAVETE 0,7 0,7 8 LIMPEZA 0,33 0,61 9 INS/ET/EM 0,53 0,53 Fonte: Os próprios autores Tabela 2 - Tempo unitário das operações da família S Subgrupo SF SD MÁQUINDA TEMPO (min) TEMPO (min) 1 OVERLOCK 3,21 5,36 2 PERSA 0,84 1,68 3 GALONEIRA 2,06 2,52 4 INTERLOCK 1,4 1,4 5 PRESPONTADEI RA 0,35 1,18 6 BT 0,58 1,16 7 ZIGUE-ZAGUE 0,9 1,02 8 TRAVETE 1,42 1,42 9 LIMPEZA 1,03 1,49 10 INS/ET/EM 0,66 0,66 4 Métodos de Solução Propostos Fonte: Os próprios autores A empresa adota o sistema de lote mínimo de 10 unidades, portanto, os tempos citados anteriormente deverão ser considerados para 10 unidades em cada lote Para solucionar o problema, foram coletados e analisados os pedidos realizados durante 5 horas de trabalho, portanto, as soluções propostas serão comparadas com o método de sequenciamento utilizado pela empresa durante essas 5 horas de análise O número de pedidos programados pelo gestor no tempo analisado estão dispostos na tabela a seguir Tabela 3 - Pedidos programados no intervalo de 5 horas analisadas PEDIDOS PROGRAMADOS Subgrupo SF SD CF CD QUANTIDA DE Fonte: Os próprios autores Para determinar o melhor sequenciamento serão propostos dois métodos clássicos e um método heurístico, as soluções serão representadas pelo software Lekin, (Lekin, 2001) No 7

8 software, foram aplicadas duas regras de prioridade ao problema com a função objetivo de minimização do maskespan, definidas em Fuchigami (2013), além de do método heurístico General SB Routine que também tem suporte fornecido pelo software Lekin SPT (Shortest Processing Time): sequenciar pelo menor tempo de processamento (menor pj); LPT (Longest Processing Time): sequenciar pelo maior tempo de processamento (maior pj); General SB Routine (General Shifting bottleneck) - O algoritmo de adiamento de ponto crítico Este método é resolvido para cada máquina ainda não sequenciada e o resultado é usado para encontrar um ponto crítico na máquina de maior makespan Toda vez que uma nova máquina é sequenciada toda a sequência anterior deve ser submetida novamente à otimização (ADAMS; BALAS; ZAWACK,1988) 5 Resultados Assim como dito anteriormente as análises foram realizadas separadamente para cada família de produtos Os gráficos de Gantt estão em anexo 51 Resultados para a família C (CF e CD) Os resultados obtidos através das regras aplicadas essa classe de problemas estão dispostos nas figuras a seguir Figura 3 Resultados para a família C (CF e CD) Fonte: Os próprios autores 8

9 Figura 4 - Gráfico de resultados para a família C (CF e CD) Fonte: Os próprios autores 52 Resultados para a família S (SF e SD) Os resultados obtidos para a família S estão dispostos nas figuras a seguir Figura 5 - Resultados para a família S (SF e SD) Fonte: Os próprios autores Figura 6 - Gráfico de resultados para a família S (SF e SD) 9

10 6 Conclusão Fonte: Os próprios autores Através das regras aplicadas pode-se perceber que o método utilizado atualmente para programar a fábrica não é o mais eficiente para ambas as famílias de produtos, entretanto, vale ressaltar que dentre as regras aplicadas para a programação o método empírico apresenta dados pouco discrepantes das regras e heurística aplicadas demonstrando assim que há certa qualidade na forma com que o gestor programa e planeja a produção Para a família de calcinhas a melhor programação encontrada foi através da heurística General SB Routine, pois apresentou o menor makespan com 293 minutos de operação, as regras SPT e LPT e o método aplicado atualmente apresentaram resultados bem piores que a heurística, porém a regra LPT se destaca, pois apresenta um resultado levemente melhor dentre as piores classificadas Para a família de sutiãs a heurística também se destacou diante as regras aplicadas apresentando um makespan de 355 minutos, as demais regras apresentaram resultados piores, porém similares entre si, isto é, não apresentaram diferenças grandes em seus resultados Ante o exposto é perceptível que dentre as regras comumente usadas para sequenciamento (SPT e LPT) o método empírico aplicado pelo gestor apresenta bons resultados, entretanto, através da análise sob uma ótica mais apurada dos dados é possível perceber que para este problema o método empírico não é eficaz A principal contribuição deste estudo foi inferir que programar uma produção sob a ótica de métodos comuns pode não ser a melhor maneira de sequenciar e comparar os resultados, portanto, é válido destacar a importância de estudar a fundo todas as opções disponíveis (através de heurísticas e regras existentes ou não) de se programar uma produção antes de adotar um método, ou seja, vislumbrar novas possibilidades é necessário para que o melhor método seja escolhido com base em uma ótica que não seja míope Estudar este problema englobando mais regras de sequenciamento, adicionando mais restrições ao sistema, sempre em busca de novas heurísticas, torna-se um ótimo caminho para a realização de trabalhos futuros Referências Adams, J, Balas, E, Zawack, D (1988), The shifting bottleneck producer for job shop scheduling, Management Science, Vol 34, pp Arenales, M, Armentano, V, Morabito, R, Yanasse, H (2007), Pesquisa Operacional para Cursos de Engenharia Rio de Janeiro: Elsevier Baker, K R (1974), Introduction to Sequencing and Scheduling New York, John Wileys & Sons, Inc Bedworth, DD & Bailey, J E (1987), Integrated Production Control Systems: management, analysis, design 2 ed New York: John Wiley & Sons, Inc 10

11 Burke, P; Prosser, P The Distributed Asynchronous Scheduler, in: Intelligent Scheduling, Zweben, Monte; Fox, Mark S (eds), Cap1, San Francisco, Morgan Kaufman, 1994 Fernandes, FCF, Godinho Filho, M (2010), Planejamento e Controle da Produção: dos fundamentos ao essencial São Paulo: Atlas French, S (1982), Sequencing and scheduling: an introduction to the mathematics of the job shop New York: Wiley Fuchigami, H Y (2013), Introdução ao Sequenciamento da Produção Catalão Lawler, EL, Lenstra, JK, Rinnooy Kan, AHG, Shmoys, DB (1989), Sequencing and Scheduling: Algorithms and Complexity, Report BS-R8909, Centre for Mathematics and Computer Science - Dep of Oper Research, Statisctics and System Theory Lekin software (2001), Version 24 [Sl]: Feldman & Pinedo 1 CD-ROM Lopes, J (2008), Análise e Otimização do Sequenciamento de Produção de uma Empresa de Médio Porte de Embalagens Plásticas Juiz de Fora: Universidade Federal de Juiz de Fora (monografia) Lopes, R, Michel, M (2007), Planejamento e controle da produção e sua importância na administração Revista científica eletrônica de ciências contábeis Ano V Número 09 Lustosa, L, Mesquita, MA, Quelhas, OLG & Oliveira, RJ (2008), Planejamento e controle da produção Rio de Janeiro: Elsevier Maccarthy, BL & Liu, JY (1993), Adressing the gap in scheduling research: a review of optimization and heuristic methods in production scheduling International Journal of Production Research, 31, n1, p Miyata, H; Boiko, T; Morais, M (2011), Métodos de solução para o problema de programação da produção em flow shop tradicional com tempos de setup separados dos tempos de processamento In: Encontro de produção científica e tecnológica Campo Mourão Moccellin, JV (2005), Técnicas de Sequênciamento e Programação de Operações em Máquinas 74p, Publicação Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo, São Carlos Pinedo, M (2010), Scheduling: theory, algorithms and systems New Jersey, Prentice-Hall 4ª ed 11

12 Slack, N, Chambers, S, Johnston, R (2002), Administração da Produção 2ª Edição São Paulo, Atlas Vianna, D S, Franco, I S, Dianin, M F, Algoritmos genéticos híbridos para o problema de escalonamento de tarefas job shop flexível In: SPBO, 2010, Bento Gonçalves XLII Simpósio Brasileiro de Pesquisa Operacional, 2010 v 1 p