UNIMINAS IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA MES PARA GESTÃO DA PRODUÇÃO ANTÔNIO CARLOS DE OLIVEIRA JÚNIOR

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1 UNIÃO EDUCACIONAL MINAS GERAIS S/C LTDA FACULDADE DE CIÊNCIAS APLICADAS DE MINAS Autorizada pela Portaria no 577/2000 MEC, de 03/05/2000 BACHARELADO EM SISTEMAS DE INFORMAÇÃO IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA MES PARA GESTÃO DA PRODUÇÃO ANTÔNIO CARLOS DE OLIVEIRA JÚNIOR Uberlândia 2008

2 1 ANTÔNIO CARLOS DE OLIVEIRA JÚNIOR IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA MES PARA GESTÃO DA PRODUÇÃO Trabalho de Final de curso submetido à como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação. Orientador: Prof. Dra. Kátia Lopes Silva Uberlândia 2008

3 2 ANTÔNIO CARLOS DE OLIVEIRA JÚNIOR IMPLANTAÇÃO DE SISTEMA MES PARA GESTÃO DA PRODUÇÃO Trabalho de Final de curso submetido à como parte dos requisitos para a obtenção do grau de Bacharel em Sistemas de Informação. Orientador: Prof. Dra. Kátia Lopes Silva Banca Examinadora: Uberlândia, 05 de julho de Prof. Dra. Kátia Lopes Silva Prof. Esp. Walteno Martins Parreira Júnior Prof. Dr. Mauro Hemerly Gazzani Uberlândia 2008

4 3 Dedico este trabalho primeiramente a Deus que sem Ele, nada seria possível, a minha família e a minha namorada que sempre me incentivaram, apoiaram e juntos a mim, acreditaram na realização desse sonho que agora se torna realidade.

5 4 AGRADECIMENTOS Em primeiro lugar, gostaria de agradecer aos meus pais Antônio Carlos e Leila, às minhas irmãs Daniela e Melissa, cunhado Juliano, e à minha namorada Juliana, pelo apoio e incentivo que, durante cinco anos e meio, foram fontes de energia essenciais para a conquista deste sonhado momento. Meus agradecimentos também aos professores desta instituição que participaram direta ou indiretamente da minha formação, e especialmente à Profa. Dra. Kátia Lopes Silva, pelas orientações e conhecimentos repassados durante o curso e principalmente na realização deste trabalho.

6 5 RESUMO Este trabalho tem por objetivo mostrar a aplicação de sistemas de integração entre chão-defábrica e ambiente corporativo. A discussão proposta sugere a aplicação de um modelo de integração denominado MES (Manufacturing Execution System). Sendo o MES um conjunto de funcionalidades compreendidas entre os sistemas de automação e gestão, também discute a evolução dos dispositivos, redes e sistemas de automação industrial, assim como a evolução dos sistemas de gestão desde o MRP (Material Requiriment Planning) até o ERP (Enterprise Resource Planning). Conceitos de CIM (Computer Integrated Manufacturing) também são abordados, e por fim é realizado um estudo de um projeto envolvendo algumas funcionalidades propostas no modelo MES. Palavras Chave: Sistemas de Automação, Gestão e Manufatura (MRP, ERP e MES).

7 6 ABSTRACT This monograph wishes aims to discuss the implementation of systems integration between floor-to-plant and corporate environment. The discussion proposal suggests implementing a model of integration called MES (Manufacturing Execution System). As the MES a set of functions between automation and management, also discusses the evolution of devices, networks and systems, industrial automation and the development of management systems from the MRP (Material Requiriment Planning) to the ERP ( Enterprise Resource Planning). Concepts of CIM (Computer Integrated Manufacturing) are also discussed, and finally is conducted a study of a project involving some features in the model proposed MES.

8 7 LISTA DE FIGURAS FIGURA 1: CLP de pequeno porte FIGURA 2: Segmentação dos níveis de redes industriais FIGURA 3: Fluxo primário de informações FIGURA 4: Segmentação em níveis proposta pela ISA FIGURA 5: As 11 funcionalidades do MES e as suas fronteiras FIGURA 6: Estrutura da solução SIMATIC IT FIGURA 7: Sistema de gestão da Produção FIGURA 8: Arquitetura de Redes FIGURA 9: Hierarquia da planta FIGURA 10: Modelo físico da planta FIGURA 11: Fluxo de produção na área FIGURA 12: Fluxo de produção na área FIGURA 13: Gerenciamento de ordens de produção... 59

9 8 LISTA DE ABREVIATURAS E SÍMBOLOS APICS CIM CLP - American Production and Inventory Control Society - Computer Integrated Manufactory - Controlador Lógico Programável CRP ERP GM ISA ISO LIMS MAP MES MRP MRPII MTBF OSI PAC PCP POM SDCD SPC - Capacity Resources Planning - Enterprise Resource Planning - General Motors - Instrumentation System and Automation - International Standartization Organization - Laboratory Information Management System - Manufacturing Automation Protocol - Manufactory Execution System - Material Requirement Planning - Manufatctory Resources Planning - Main Time Between Failure - Open System Interconnection - Production Activities Control - Planejamento e Controle de Produção - Production Order Manager - Sistema Digital de Controle Distribuído - Statistic Process Control TIA TOP UML - Totally Integrated Automation - Technical and Office Protocol - Unified Modeling Language

10 9 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO Cenário Atual Identificação do problema Objetivos do trabalho Objetivo específico Justificativa para a pesquisa Organização do trabalho FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE GESTÃO DA PRODUÇÃO Introdução Evolução dos sistemas de automação industrial e gestão Evolução dos Sistemas de Automação Industrial Evolução da comunicação dos dispositivos de chão-de-fábrica Nível de Informação Nível de Controle Nível de Dispositivo Evolução dos sistemas de gestão da produção MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM MES Definições do MES Resource Allocation and Status - Alocação de recursos e status Operations/Detail Scheduling Operações/Sequenciamento de Produção Dispatching Production Units Acompanhamento do fluxo de produção Document Control Controle de Documentos Data Collection/Acquisition Coleta de Dados/Aquisição Labor Management Gerenciamento da mão-de-obra Quality Management Gerenciamento da Qualidade Process Management Gerenciamento do Processo Maintenace Management Gerenciamento da manutenção Product Tracking and Genealogy Rastreabilidade e Genealogia Performance Analysis Análise de Performance ESTUDO DE CASO EMPRESA X Descrição de empresa O MES na empresa X Principais Objetivos do Sistema Escopo do projeto Arquitetura Redes - Computadores O modelo da planta da empresa X Funções Requeridas pelo Sistema...52

11 Receita Mestre - Batch Planejamento e Controle de Produção (PCP) Planejamento de Produção ÁREA Reprogramação em tempo de produção Acompanhamento on-line Execução das Ordens de Produção Acompanhamento das Ordens de Produção Definição de Materiais Rastreabilidade e Genealogia de Materiais Qualidade CONCLUSÃO...64 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...67

12 11 1 INTRODUÇÃO 1.1 Cenário Atual O dinamismo da economia globalizada, o desenvolvimento das tecnologias de informação e a busca cada vez mais acirrada por clientes que aumentam as suas exigências, seja em qualidade, tempo de atendimento e, sobretudo custo, cria um novo panorama em âmbito mundial no ambiente de negócios e transações realizadas pelas organizações. A satisfação das demandas dos clientes, a redução do tempo da inserção de novos produtos no mercado e a busca do equilíbrio ideal entre qualidade e custo são alguns dos principais ingredientes que fomentam a competitividade entre empresas. Numa visão um pouco mais expandida, estar bem nos quesitos citados já não é mais um diferencial, mas sim uma questão qualificadora. Neste sentido as organizações despenderam esforços e pesados investimentos em tecnologia para se tornarem competitivas. Para a operacionalização e padronização de processos, ou mesmo como uma ferramenta para a tomada de decisões, muitos investimentos foram direcionados aos Sistemas Integrados de Gestão. Neste cenário os ERP (Enterprise Resource Planning), que são sistemas que integram os processos de negócios internos de uma organização, se destacam. No que se refere à gestão, o fluxo de informações é melhor viabilizado com o emprego da Tecnologia da Informação. Conectividade, compatibilidade, interfaces voltadas à Web representam os viabilizadores da solução técnica. Além disso, o comprometimento da alta gerência e o engajamento de profissionais de informática contribuem de forma significativa em projetos de integração de dados corporativos. Já no chão-de-fábrica (via de regra, sempre carente de profissionais de TI), muito embora a compatibilidade entre plataformas ainda represente um fator ainda a ser vencido, pode-se observar um movimento claro das empresas fornecedoras de automação no sentido de buscar soluções de integração dos dados. Basta fazer uma análise, por exemplo, da evolução das redes para equipamentos de chão-de-fábrica, que antes usavam protocolos proprietários e hoje usam padrões abertos, como por exemplo, o TCP/IP. O surgimento de órgãos normativos, como a ISA (Instrumentation System and Automation), também contribuiu para a formação de padrões para o mercado de automação.

13 Identificação do problema A crescente importância que a Tecnologia da Informação tem representado às empresas, faz com que os negócios dependam cada vez mais da informática (CORRÊA, 2001). Frente à essa dependência, as empresas com atuação industrial requerem cada vez mais, de informações precisas e rápidas, que possam auxiliar gerentes e diretores nas tomadas de decisão. No âmbito da administração e planejamento da produção, surge a necessidade de integrar ferramentas mais avançadas que as existentes nos ERP s. Em um sistema de manufatura, toda vez que são formulados objetivos, é necessário formular planos de como atingi-lo, organizar recursos humanos e físicos necessários para a ação, comandar o processo produtivo, proporcionando uma utilização adequada dos recursos, de forma a satisfazer os consumidores com produtos de qualidade e os acionistas com lucro. Como alimentar níveis gerenciais estratégicos com informações rápidas e precisas que possam auxiliar na tomada de decisão. No capítulo 4 desta monografia, é mostrado um estudo de caso onde serão descritas as etapas de implantação de um sistema de manufatura, suas vantagens e também as principais dificuldades de consolidação de um projeto MES (Manufactory Execution System) em uma empresa.

14 Objetivos do trabalho O objetivo deste é mostrar os benefícios da implantação de um aplicativo MES (Manufacturing Execution System) integrando o chão de fábrica e a gestão corporativa Objetivo específico objetivos específicos: Para que o Objetivo Geral possa ser realizado, têm-se os seguintes Descrever a evolução dos sistemas de automação e gestão industrial (CLP, MRP, ERP); Apresentar as funcionalidades e recursos propostos do MES; Efetuar um estudo de caso referente ao desenvolvimento e a implantação de um projeto MES. Enumerar benefícios obtidos com a integração de dados entre gestão e chão-de-fábrica. 1.4 Justificativa para a pesquisa Já que existe um chão-de-fábrica produzindo dados, o próximo passo é agregar significado e relevância a estes dados, para que eles se transformem em informações que serão levadas aos consumidores de nível corporativo. Por exemplo, para se determinar a real capacidade de uma planta, para balizar futuros investimentos, deve-se agrupar e relacionar informações produzidas no chão-defábrica (eficiência das linhas de produção) e levá-las aos consumidores no nível corporativo, que munidos de informações terão maior assertividade na sua decisão. O abismo, do ponto-de-vista da integração de sistemas, entre o mundo do chão-defábrica e a gestão deve ser minimizado. Embora os ERPs tenham em sua proposição módulos voltados para as necessidades da produção, muitas vezes a sua eficiência é questionada (nos módulos de interface com a produção), pois não refletem o dinamismo com a qual as mudanças acontecem no processo. Esta lacuna de integração de hardware e fluxos de informação entre gestão e chão-de-fábrica hoje está sendo preenchida por uma camada de software denominada MES (Manufacturing Execution System).

15 Organização do trabalho Este trabalho está organizado da seguinte forma: O capítulo 2 descreve de um forma geral a evolução e os conceitos dos sistemas de automação industrial, gestão de produção. Apresenta as soluções de comunicação e dispositivos de chão-de-fábrica. O capítulo 3 apresenta os conceitos e as funcionalidades do MES (Manufactory Execution System). O capítulo 4 mostra um estudo de caso do MES de uma empresa X, descrevendo seus benefícios e suas etapas de implantação.

16 15 2 FUNDAMENTOS DE SISTEMAS DE GESTÃO DA PRODUÇÃO 2.1 Introdução O termo MES foi inicialmente utilizado 1990, e na sua proposição estabelecia que toda a empresa, independente do seu tamanho, do tipo de operação, complexidade e tipo de produto obteria benefícios com a implantação de Sistemas de Manufatura integrados (MESA, 1997). O MES tem sua existência relacionada com a função de viabilizar informações para a otimização da produção desde a consolidação do pedido (ordem de fabricação) até a entrega de produtos finais. Utilizando dados em tempo reais e precisos, o MES trabalha como um auditor do processo produtivo. O MES organiza informações de modo a oferecer uma poderosa ferramenta de visibilidade para os níveis de decisão de uma organização. Já pensando além das fronteiras das empresas, num ambiente de cadeia de suprimentos integrada, o MES tem um papel fundamental, pois funciona como mais um canal que agiliza a troca de informação entre ambientes (produção e gestão). Para fins didáticos e para a organização do trabalho, será utilizado o modelo de três camadas proposto por Corrêa (2001): Nível 1 Automação e Controle (Dispositivos de campo, CLP) Nível 2 Informação (MES) Nível 3 Gestão corporativa (ERP) 2.2 Evolução dos sistemas de automação industrial e gestão Para que se possa melhor compreender o conceito de MES e suas definições, é preciso entender a evolução do conceito e, sobretudo, da tecnologia. Os sistemas de automação e os sistemas de gestão foram concebidos de modo a atender necessidades específicas, sendo que a integração dos dois ambientes (gestão com chão de fábrica) não representava necessariamente um

17 16 objetivo. No que se refere à automação e manufatura a transição da linha de produção humana para os sistemas flexíveis de manufatura automatizados ocorreu nos anos 60, através do desenvolvimento de novas tecnologias representadas pelas máquinas de controle numérico e os Controladores Lógicos Programáveis - CLPs. Já os conceitos associados com o processo de gestão empresarial vêm evoluindo desde os primórdios do MRP Material Requirement Planning, na década de 60, passando pelo MRPII Manufatctory Resources Planning ou Planejamento dos Recursos da Manufatura, até o ERP Enterprise Resource Planning ou Planejamento de Recursos da Empresa, termo criado pelo Gartner Group em 1990 (NEVES, 2001). Ainda seguindo a evolução do ERP, o próximo grande passo é a dinamização dos processos compartilhados com outras empresas (NEVES, 2001). Hoje, há uma grande difusão dos Sistemas Integrados de Gestão, que objetivam tornar possível a gestão global da empresa, realizando o ERP e, na fronteira atual, procurando gerenciar toda a cadeia de suprimentos (Supply Chain) (CAMEIRA, 2006). 2.3 Evolução dos Sistemas de Automação Industrial O CLP é um dispositivo eletrônico que controla máquinas e processos. Utiliza uma memória programável para armazenar instruções e executar funções específicas que incluem controle de energização e desenergização, temporização, contagem, seqüenciamento, operações matemáticas e manipulação de dados. (ROCKWELL AUTOMATION, 2006) O desenvolvimento dos CLPs começou em 1968 em resposta a uma requisição da Divisão Hidramática da General Motors. Naquela época, a General Motors freqüentemente passava dias ou semana alterando sistemas de controle baseado em relês, sempre que mudava um modelo de carro ou introduzia

18 17 modificações na linha de montagem. Para reduzir o custo de instalação decorrente destas alterações, a especificação de controle da GM necessitava de um sistema de estado sólido, com a flexibilidade de um computador, mas que pudesse ser programado e mantido pelos engenheiros e técnicos da fábrica. Também era preciso que suportasse o ar poluído, a vibração, o ruído elétrico e os extremos de umidade e temperatura encontrados normalmente num ambiente industrial. (ROCKWELL AUTOMATION, 2006) Os primeiros CLPs foram instalados em 1969, fazendo sucesso quase imediato. Funcionando como substituto de relês, até mesmo estes primeiros CLPs eram mais confiáveis do que sistemas baseados em relês, principalmente devido à robustez de seus componentes de estado sólido quando comparados às peças móveis dos relês eletromecânicos. Os CLPs permitem reduzir os custos de materiais, mão de obra, instalação e localização de falhas ao reduzir a necessidade de fiação e erros associados. Os CLPs ocupavam menos espaço do que os contadores, temporizadores e outros componentes de controle anteriormente utilizados. E a possibilidade de serem re-programados permitiu uma maior flexibilidade para trocar os esquemas de controle. Talvez a razão principal da aceitação dos CLPs pela indústria foi que a linguagem inicial de programação era baseada nos diagramas ladder e símbolos elétricos usados normalmente pelos eletricistas. A maior parte do pessoal de fábrica já estava treinada em lógica ladder, adotando-a rapidamente nos CLPs. Na verdade, a lógica ladder ainda tem um papel importante na programação e localização de falhas, mesmo com o surgimento de linguagens de programação mais avançadas.

19 18 Nos anos 70 e 80, muitos engenheiros, gerentes de fábricas e projetistas de sistemas de controle dedicaram grande parte de seu tempo discutindo a viabilidade do emprego de CLPs. (ROCKWELL AUTOMATION, 2006) Atualmente, se aceita como regra geral que os CLPs se tornam economicamente viáveis nos sistemas de controle que exigem mais de três relês. Considerando-se o baixo custo dos micro-clps e o fato dos fabricantes colocarem grande ênfase na produtividade e qualidade, a questão deixa praticamente de existir. Seja qual for a aplicação, o uso de CLPs permitiu aumentar de forma contundente a flexibilidade na produção. Os processos que usam CLPs incluem empacotamento, engarrafamento e enlatamento, transporte e manuseio de materiais, usinagem, geração de energia, sistemas de controle predial e de ar condicionado, sistemas de segurança, montagem automatizada, linha de pintura e tratamento de água. Os CLPs foram rapidamente difundidos nas mais diversas atividades industrias, incluindo alimentos e bebida, automotiva, química, plásticos, papel e celulose, farmacêutica, siderurgia e metalurgia. Basicamente qualquer aplicação que exija um controle elétrico pode utilizar um CLP (ROCKWELL AUTOMATION, 2006). Desde o seu aparecimento até hoje, muita coisa evoluiu nos controladores lógicos. Esta evolução está ligada diretamente ao desenvolvimento tecnológico da informática em suas características de software e de hardware. A seguir, a figura 1 mostra um módulo CLP para aplicações de pequeno porte.

20 19 Figura 1 - CLP de pequeno porte (ROCKWELL AUTOMATION, 2006) O que no seu surgimento era executado com componentes discretos, hoje utiliza microprocessadores e micro controladores de última geração, usando técnicas de processamento paralelo, inteligência artificial, redes de comunicação Evolução da comunicação dos dispositivos de chão-de-fábrica À medida que o uso do CLP era difundido, o nível de exigência e complexidade na qual ele era exigido nas aplicações também aumentou. Primeiramente, os CLPs controlavam máquinas e depois passaram a ser exigidos em aplicações de controle de linhas e, até mesmo, fábricas inteiras. Isto fez surgir uma necessidade de integração entre CLPs e destes com uma série de dispositivos de campo. Neste contexto, tecnologias de rede de comunicação passaram a ser empregadas também nos CLPs. Nos meados dos anos 80, a mesma General Motors, diante das dificuldades encontradas na informatização da empresa, resolveu desenvolver um padrão para a comunicação na automação fabril. Este padrão foi batizado como MAP (Manufacturing Automation Protocol) e seu objetivo era a interconexão de múltiplas redes locais, desde terminais utilizados na manufatura, CLPs e dispositivos de campo, bem como a conexão de redes de longa distância ou PABXs digitais.

21 20 No ano de 1986, o projeto TOP (Technical and Office Protocol), voltado para a comunicação de dados no ambiente técnico-administrativo das empresas, foi incorporado ao MAP gerando o projeto MAP/TOP. Toda a arquitetura MAP foi construída dentro do Modelo OSI (Open System Interconnection), que por sua vez foi criado no final da década de 70 como um modelo padrão para implementação de protocolos. A partir de então todos os protocolos deveriam buscar uma série de objetivos, pois a heterogeneidade de padrões existentes praticamente impossibilitava a interconexão entre sistemas de fabricantes distintos. Um modelo padrão de protocolo deveria oferecer interoperabilidade e interconectividade. O modelo OSI foi uma padronização criada pela ISO (International Organization for Standardization). Mas, apesar de todos os esforços no sentido de encontrar soluções para o problema da padronização da comunicação no chão-de-fábrica, não se conseguiu criar um standard universalmente aceito. Parte deste problema deve-se a razões econômicas, uma outra parte deve-se ao fato de nenhum dos sistemas ser suficientemente genérico e adequado para a generalidade das situações a solucionar, e a outra parte deve-se ainda à grande difusão de alguns sistemas que não permitem ser integrados, são incompatíveis com alguns dos protocolos. Já na segunda metade dos anos 90 os principais fornecedores de equipamentos para automação industrial passaram a ser organizar em entidades com a finalidade de mais uma vez definir determinados padrões para a comunicação do chão-de-fábrica. Ainda assim, o objetivo não era criar um padrão universal, já que existiam mais de um grupo trabalhando nas definições de padrões para uma mesma camada de atuação. Surgem os movimentos para a criação de redes abertas de

22 21 mercado, contrapondo à situação anterior, onde as redes eram proprietárias, o que de certa forma obrigava aos clientes a casar com o fornecedor, já que somente o fornecedor específico fornecia equipamentos que se conectavam na sua rede. Em função da própria evolução dos equipamentos de chão-de-fábrica, as redes industriais passaram a serem estratificadas em níveis de operação. Como mostrado na figura 2, atualmente se aceita para as redes industriais um modelo de três camadas, de acordo com a classificação do ARC Adivisory Group (2003). Neste modelo, as redes industriais tradicionais são dispostas em três níveis: Nível de Informação Nível de Controle Nível de Dispositivo Figura 2 - Segmentação dos níveis de redes (ARC ADIVISORY GROUP, 2003)

23 Nível de Informação O nível de informação representa atualmente o nível mais alto dentro de uma arquitetura de redes. Neste caso a rede dever ter como principais características a grande largura de banda, capacidade de troca de informações, velocidade e segurança. Neste nível são ligados os sistemas de Gestão, ERP, os sistemas legados corporativos e o MES. Este backbone, atualmente pode ser representado por uma rede ATM ou GigaEthernet ou mesma uma Ethernet 100- BaseT Nível de Controle Já no nível de controle, uma rede deve proporcionar desempenho em tempo real, ou seja, a transmissão de informações necessita ser feita da forma otimizada. Determinismo, ou seja, a garantia em termos de tempo, que um certo nó da rede será acessado, também é uma característica desejável. Repetibilidade, ou seja, transferência cíclica de dados também contribui para o desempenho da rede. Mensagens coletadas por dispositivos de campo, são transmitidas entre controladores. Determinados dados, por exemplo de medição, localizados em uma determinada área da planta, são analisados e enviados para outro controlador em outra parte da planta, para que a ação de controle seja tomada. Uma rede de controladores normalmente disponibiliza um conjunto de ferramentas para diagnóstico, ou seja, existe a possibilidade de checar a integridade funcional de cada nó. Por meio de software pode-se configurar e determinar as características de funcionamento da rede. Assim como nas redes de informação, a rede Ethernet (protocolo TCP/IP) vem avançando também nas redes de controle. O paradigma do uso de

24 23 uma rede determinística interligando estações foi vencido mais uma vez por uma tecnologia padrão e nascida no meio da informática (SEIXAS, 2006). Atualmente os equipamentos de automação já vêm aptos a se comunicarem no padrão Ethernet 10Base-T. O padrão Ethernet 100Base-T também vem sendo bastante difundido neste nível Nível de Dispositivo No nível do dispositivo são tomadas as ações de acionamento de inversores, seccionamento de chaves de partida, leitura de sensores, acionamentos de válvulas e outros dispositivos. Essas redes são classificadas pelo tipo de equipamento conectado a elas e o tipo de dados que trafega pela rede. Os dados podem ser bits, bytes ou blocos. As redes com dados em formato de bits transmitem sinais discretos contendo simples condições liga/desliga. As redes com dados no formato de byte podem conter pacotes de informações discretas e/ou analógicas e as redes com dados em formato de bloco são capazes de transmitir pacotes de informação de tamanhos variáveis. 2.4 Evolução dos sistemas de gestão da produção Hoje em dia, em função da acirrada competitividade existente, conhecer e controlar de maneira eficiente as variáveis de produção é uma questão que desafia recursos humanos (gestores, supervisores, operadores) e também sistemas. Sabe-se que os diferenciais que fazem as empresas (de atividade industrial) serem mais competitivas que as outras estão na forma com que elas transformam a matéria-prima em produtos acabados. Tomando como base as empresas de atividade industrial, e analisando a cadeia de suprimentos, vê-se que de um lado existem os fornecedores que fornecem a matéria-prima a preços regulados pelas leis de marcado, e do outro lado existem os clientes que exigem um

25 24 produto de qualidade e sobretudo com baixo custo. Ou seja, a eficiência no processo produtivo é cada vez mais requerida para que as empresas possam sustentar suas vantagens competitivas. Pelo fato do setor de manufatura das empresas operar com grandes números de variáveis, cálculos, análises e principalmente possibilidades, faz bastante sentido que as áreas de Planejamento e Controle da Produção façam uso de um sistema que lhes dê apoio na tomada de decisão. A programação e controle da produção consistem em um conjunto de funções inter-relacionadas que tem como objetivo comandar o processo produtivo e coordená-los com os demais setores administrativos da empresa (ZACCARELLI, 1987). Numa fábrica, o dinamismo com o qual os planos de produção se alteram tanto por motivos internos quanto externos, exige um intercambio de informações desde o chão-de-fábrica até as áreas de planejamento. A informação é o combustível para se possa fazer programações mais eficazes. Neste sentido um sistema de planejamento e controle da produção é um sistema de transformação de informação. Informações sobre estoques existentes, previsão de vendas, lista de produtos, estrutura de produtos, capacidade produtiva são relacionadas, processadas e analisadas de modo a transformar estas informações em ordens de produção. (ZACCARELLI, 1987). A figura 3 ilustra o fluxo de informações da cadeia produtiva.

26 25 Figura 3 Fluxo primário de informações (ROLT, 1995) Para citar uma tarefa de PCP (Planejamento e Controle da Produção), pode-se considerar a emissão da ordem de produção de um determinado produto, que por sua vez irá desencadear todo um processo de cálculo de necessidades pela estrutura do produto, checando os subitens até chegar na matéria prima e gerando a solicitação de compra. Neste pequeno exemplo é possível enxergar o grau de complexidade e o alto volume de dados a serem considerados na produção. Sendo assim, o apoio de uma ferramenta computacional se faz necessário. Até meados dos anos 50, qualquer fábrica supria suas necessidades de compra de matéria-prima e materiais diversos fazendo uma estatística de consumo que, associada ao tempo levado para suprir o estoque, determinava a quantidade e o tempo para se encomendar mais material. Após a segunda metade da década de 50 é que se passou a utilizar

27 26 estruturas de produto (listas de materiais), para calcular necessidades de suprimento. O método de cálculo baseado na consulta de estatísticas de consumo passado foi substituído. Com o novo método calculava-se a quantidade necessária de materiais partindo-se da quantidade de produtos que se desejava produzir no futuro e explodindo estas quantidades através das estruturas do produto. Neste cenário o primeiro sistema que surgiu com o objetivo de auxiliar o planejamento na manufatura foi o MRP (Material Requirement Planning). O MRP, é uma tecnologia de administração da produção que foi inicialmente utilizada nos Estados Unidos nos anos 60. Basicamente esta foi uma técnica desenvolvida para planejar a aquisição de materiais de produção com o auxílio do computador. Desde 1960, quando surgiram os pioneiros em MRP havia cerca de 150 empresas utilizando o sistema MRP nos EUA. Após 1971, foi desenvolvido um programa nacional de publicidade e educação pela APICS (American Production and Inventory Control Society) e em 1974, cerca de 700 empresas utilizavam o MRP, conforme pesquisa realizada no meio oeste dos EUA (ROLT, 1995). Segundo a análise de ROLT (1995), com o transcorrer do tempo houve uma evolução dos recursos da área de informática e um aumento das exigências ditadas pela própria evolução da economia. Para que o MRP pudesse atender às demandas algumas funções suplementares foram adicionadas: MPS (Master Production Scheduling) - Plano Mestre de Produção. Este módulo é o responsável pelo gerenciamento do plano de produção, fazendo o acompanhamento em curto prazo das vendas, carteira de pedidos, cronograma de suporte de recursos estabelecidos, a eficiência da produção, metas de estoque de produto, etc.

28 27 CRP (Capacity Resources Planning) - Planejamento da Capacidade dos Recursos O CRP gerencia as capacidades produtivas das máquinas ou estações de trabalho. Neste módulo é feito o detalhamento do plano de produção de produtos acabados em programas de fabricação (setor a setor, máquina a máquina) para cada componente fabricado, e em programas de suprimento para cada matériaprima ou componente comprado (MRP). O CRP auxilia a determinar quais são os recursos necessários, incluindo pessoal e máquinas, para atender os objetivos traçados no plano mestre de produção. PAC (Production Activities Control) - Controle das Atividades de Produção Uma vez determinada a programação da produção, a próxima fase é a execução. No que se refere à aquisição de materiais, qualquer atraso que possa prejudicar o plano de produção deve ser reportado. Já na produção, a execução das tarefas de produção deve ser acompanhada, no chão-de-fábrica. 0 status da ordem de produção é realimentado para o sistema através do módulo de PAC. A combinação destes novos módulos com o MRP, além da incorporação de módulos financeiros, fez com que o MRP fosse reinventado e denominado MRPII (Manufacturing Resources Planning), a partir dos anos 80. A função do MRP II consiste em calcular e analisar de forma integrada todos os parâmetros que determinam a produção de um determinado material, e também verificar os recursos técnicos e humanos disponíveis para o pronto atendimento da produção, portanto, apresentou-se como um sistema de gestão, um modelo de planejamento e controle industrial.

29 28 Mesmo com um propósito muito mais abrangente que sua versão anterior o MRPII ainda manteve, do ponto de vista da integração de sistemas, um distanciamento muito grande do chão-de-fábrica. O MRPII pela quantidade de variáveis manipuladas apresenta um tempo de resposta muito longo e ignorando por muitas vezes eventos não planejados (ocorridos no chão-de-fábrica), como defeitos no material, quebra de máquina, etc. O MRPII enxerga a produção como um conjunto de recursos infinitos, o que na prática não é verdade. Ainda assim no que se refere à evolução dos sistemas de gestão, o MRPII cumpriu seu papel. Há pouco tempo atrás, menos até de 10 anos, as supostas limitações nos sistemas de MRPII eram preocupantes. Por gerenciar um grande número de informações, e por ser exigido em situações que necessitavam de um satisfatório tempo de resposta, os MRPII deveriam se apropriar de uma grande estrutura de informática, o que, em função do custo, limitaria o seu sucesso. Hoje em dia sabe-se que a exigência é ainda maior, e devido à grande evolução da Tecnologia da Informação nos últimos anos, os Sistemas de Gestão atendem requisitos de processamento, armazenamento e comunicação muitas vezes maiores que anteriormente (CAMEIRA, 2006). Já por volta dos anos 90 surge um novo conceito de sistema de gestão que substituiria o MRPII. O ERP (Enterprise Resource Planning) aparece não só com o propósito de atender o processo de manufatura como também os demais departamentos e suas respectivas integrações. Com a utilização do ERP as áreas de produção, contabilidade, financeira, vendas, marketing, engenharia, etc., passaram a trabalhar de forma integrada e as empresas conseguiram otimizar processos facilitando o fluxo de informações ao longo dos processos e conseqüentemente ao longo de todos os níveis hierárquicos. Conforme Corrêa e

30 29 Gianesi (2001) o ERP pode ser definido como: sendo basicamente composto de módulos que atendem as necessidades de informação para apoio à tomada de decisão de setores outros que não apenas aqueles ligados à manufatura: distribuição física, custos, recebimento fiscal, faturamento, recursos humanos, finanças, contabilidade, entre outros, todos integrados entre si e com os módulos de manufatura, a partir de uma base de dados única e não redundante. Com a onda de reformulação de processos (reengenharia), com o advento do bug do milênio, e conseqüentemente com a necessidade de migração para plataformas de sistemas mais modernas, os Sistemas Integrados de Gestão tiveram uma explosão de vendas no final da década de 90. No início em função do alto custo envolvido apenas as empresas de porte podiam ter um Sistema Integrado de Gestão. Atualmente existem empresas que atendem o mercado de grande porte, outras empresas que focam suas soluções de ERP no mercado de médio porte, e outras em empresas de pequeno porte. São empresas fornecedoras de Sistemas de Gestão: SAP AG, Oracle, Baan, JDEdwards, Datasul, PeopleSoft, Microsiga, entre outras. Em função da sua abrangência e propósito de integrar todos os processos de negócio da empresa, a implantação do ERP sem dúvida alguma impacta a cultura, estrutura organizacional e a estratégia. Em muitos casos os processos devem ser redesenhados, para que se possam extrair mais benefícios da integração. (CAMEIRA, 2006). Embora os ERPs tenham em sua proposição módulos voltados para as necessidades da produção, muitas vezes a sua eficiência é questionada (nos módulos de interface com a produção), pois não refletem o dinamismo com a qual as

31 30 mudanças acontecem no processo. Esta lacuna de integração de hardware e fluxos de informação entre gestão e chão-de-fábrica hoje está sendo preenchida por uma camada de software denominada MES (Manufacturing Execution Systems). O MES surge com a tarefa de criar uma camada de software com função de auxiliar a execução da produção. No capitulo seguinte será abordada uma discussão do modelo MES.

32 31 3 MANUFACTURING EXECUTION SYSTEM MES O CIM (Computer Integraded Manufactory) representa a integração das tecnologias computacionais de apoio à manufatura dentro de uma filosofia unificada que objetiva a otimização do negócio da empresa como um todo. Essa integração é muito mais lógica do que física e se viabiliza através de recursos de informação. Assim, são partes fundamentais do CIM: Sistema de automação e controle de processos produtivos; Sistema de informações, que agilize o processo de tomada de decisão nos diversos setores da empresa. Numa análise bastante interessante proposta por Rolt (1995), a operação de manufatura pode ser tratada como duas plantas. Uma delas produz produtos físicos e a outra processa informações. A saída para harmonizar o fluxo de produtos é a informação das operações. Exemplos de informação incluem relatórios de realização, análise de certificado, scheduling, mensagens, registros de operações, processamento de dados etc. Tipicamente a produção é um grupo de procedimentos e processos que operam de acordo com informações históricas. Pessoas traduzem, coletam, resumem e passam informações e dados de departamento em departamento e de processo em processo. Velocidade é fator muito importante no mercado atual. O tempo gasto na coleta de dados, na organização, na sumarização e análise dos resultados, afeta a velocidade da decisão. A otimização da velocidade, na qual os processos físicos ocorrem, assim como na velocidade do processo de informação deveriam ser igualmente priorizados.

33 32 Talvez o maior desafio para o planejamento da produção seja o de programar o chão-de-fábrica de maneira coerente para os cumprimentos dos Planos Mestres de Produção sem atrasos, de reagir a mudanças de necessidades de clientes em curto prazo e de diminuir os tempos de ciclo de produção, identificando e gerenciando os gargalos da produção. Para superar este desafio, a lacuna entre o planejamento e o controle da produção deve ser preenchida com funcionalidades voltadas à execução. O ERP, sem dúvida, trouxe benefícios operacionais, quer pela padronização dos processos de negócio, quer pela integração das informações ao longo dos processos. Entretanto no que se refere à manufatura, e principalmente integração com o chão-de-fábrica há uma lacuna a ser preenchida. Os sistemas de planejamento apresentam um ciclo de atualização muito grande (diário), ao passo que os sistemas de chão-de-fábrica, representados pela automação e controle operam em tempo real. O MES é inserido neste contexto, com o objetivo de processar os dados provenientes do planejamento (ERP) e coordenar as ações de controle (chãode-fábrica), de modo a garantir a fabricação do produto. O MES basicamente é composto por um conjunto de softwares e serviços dedicados a controlar as operações de chão-de-fábrica, de modo a integrálas a todas as outras operações de manufatura existentes. 3.1 Definições do MES Para que possa entender melhor o papel e abrangência do MES, cabe uma divisão em níveis, no qual o MES é classificado como um sistema de nível 3. De acordo com a norma ANSI/ISA S Enterprise/Control System Integration

34 33 (redigida para estabelecer os padrões de integração de sistemas MES), existem quatro níveis de funções que definem o escopo de responsabilidade para as operações de manufatura, como mostrado na figura 4: Figura 4: Segmentação em níveis proposta pela ISA (ISA 2006) Ainda numa nomenclatura um pouco mais comercial, mas que respeita as divisões de escopo, o MES pode ser considerando um sistema de nível 2, conforme apresentado no início desta monografia Os sistemas da execução da manufatura (MES) fornecem a informação que permite a otimização das atividades da produção, desde lançamento da ordem de produção até a entrega do produto final. Usando dados atuais e precisos, MES se apresenta como uma ferramenta de visibilidade em tempo real. Ou seja, através do MES é possível analisar as informações da planta à medida que elas são geradas. Segundo a definição da Manufacturing Execution System Association MESA, o MES possibilita resposta rápida resultante às circunstâncias do contínuo ambiente de mudança, acopladas com um foco em reduzir atividades que não agregam valor a produção. Além disso, dirige operações de planta e os processos de modo a torná-

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