OTIMIZAÇÃO DA PROGRAMAÇÃO E SEQUENCIAMENTO DA PRODUÇÃO EM UM TRATAMENTO TÉRMICO COM A UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CAPACIDADE FINITA

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1 OTIMIZAÇÃO DA PROGRAMAÇÃO E SEQUENCIAMENTO DA PRODUÇÃO EM UM TRATAMENTO TÉRMICO COM A UTILIZAÇÃO DE SISTEMAS DE CAPACIDADE FINITA Izabel C. Zattar, Carlos M. Sacchelli, M. Eng. Instituto Superior de Tecnologia IST Rua Albano Schmidt Cep Joinville SC Fone: (47) Resumo. Este artigo tem o objetivo de demonstrar a otimização da programação e o sequenciamento da produção com a utilização de sistemas APS- Advanced Planning Scheduling, em uma unidade de tratamento térmico. Para isto será apresentado de forma sucinta a evolução dos sistemas de programação da produção com capacidade finita FCS/APS, seu surgimento e a tendência de utilização de sistemas híbridos que aproveitam as melhores características dos MRP II/FCS, para tornar a programação da produção cada vez mais rápida e precisa. É realizada assim uma breve introdução aos conceitos de cada sistema mencionado, apresentando em seguida um exemplo de aplicação de um sistema APS em uma área produtiva de processos sob encomenda. Ao final serão relatados os resultados obtidos até o momento. Palavras-chave: APS, Capacidade finita, Programação da produção. 1. INTRODUÇÃO Uma grande mudança no perfil da produção industrial vem ocorrendo em todo o mundo nas últimas décadas. Exige-se que, cada vez mais, as áreas de manufatura de bens e ou serviços sejam flexíveis e confiáveis, atuem dentro dos prazos pré-estabelecidos e possuam qualidade em seus produtos. Dentre os inúmeros softwares que surgiram para o auxilio na tomada de decisões produtivas dois são particularmente importantes: o MRP Material Requeriments Planning e posteriormente o MRP II Manufacturing Resource Planning. Com o passar do tempo e com o aumento da complexidade dos sistemas produtivos, estes sistemas apresentaram sérias limitações no que visa atender especificamente ao chão de fábrica, análise de capacidade produtiva e alternativas de seqüênciamento da produção. Procurando formas de contornar estes problemas aparecem os primeiros softwares de capacidade finita, FCS - Finite Capacity Scheduling e mais recentemente, em uma evolução natural, os softwares APS Advanced Planning Scheduling. Estes vieram tornar-se não concorrentes, mas complementos eficazes no auxílio para a previsão de capacidade produtiva e cálculo de matéria prima, além de tornarem os sistemas MRP II mais ágeis, adequando-os desta forma a nova realidade industrial. 2. SISTEMAS MRP/MRP II Os MRP/MRP II são sistemas hierárquicos de administração da produção, onde os planos a longo prazo são sucessivamente detalhados até chegar ao nível de planejamento de componentes e máquinas.

2 Possibilitam o cálculo dos recursos de manufatura a partir da previsão de vendas, tendo como finalidade o planejamento da compra de matéria prima e componentes ou a produção de itens que serão necessários à demanda produtiva Estrutura dos sistemas MRP II De um modo geral os sistemas de MRP II se apresentam com sua estrutura hierárquica conforme e divisão de tarefas conforme Fig. 1. RCCP Figura 1 Estrutura hierárquica MPS Faz a checagem do dos sistemas plano quanto a sua MRP II Planejamento das quantidades de validade em termos de itens de demanda capacidade de independente a produção; serem produzidos; Planejamento Níveis de estoque grosseiro da produção. a serem mantidos. CRP Planejamento da capacidade ; Considera os dados sobre os centros produtivos, capacidades produtivas, roteiros de produção dos itens e o consumo de recursos por operação; Calcula as necessidades da capacidade produtiva período a período, de forma detalhada, permitindo verificar a ociosidade ou excesso de demanda nos postos operativos COMPRAS SOP Previsão vendas MRP Calcula as necessidades de compra ou produção de itens SFC A partir de um plano viável de produção, descreve o seqüenciament o dos itens nas máquinas, seguindo prioridades pré-definidas Figura 1 Funções dos níveis hierárquicos Porém devido ao crescente aumento da complexidade produtiva em virtude da busca constante de flexibilização, os sistemas MRP II começaram a apresentar limitações no nível do planejamento fino da produção. Conforme o artigo publicado na revista eletrônica APS Insight [2], entre os principais problemas podemos citar: Não permitem modelar o sistema produtivo, impedindo a simulação de alternativas de seqüênciamento de produção; Consideram os roteiros de produção fixos, ignorando possíveis roteiros alternativos; O processo de realimentação da produção em caso de alterações de seqüênciamento, leva um tempo considerável, muitas vezes superior ao tempo de resposta necessário ao chão de fábrica; Trabalham com o conceito de capacidade infinita, o que não detecta gargalos produtivos; Consideram os lead times fixos. Além dos problemas já citados, a maioria dos sistemas MRP/MRP II em seu módulo CRP -cálculo da necessidade produtiva, não leva em consideração quebras, atrasos ou ordens de serviços inesperadas. Todos estes aspectos contribuíram para o surgimento dos sistemas de programação da produção com capacidade finita - FCS, que substituíram em parte os módulos SFC controle do chão de fábrica, ou, em alguns casos, trabalham de forma híbrida MRP II / FCS. De fato hoje já se reconhece que os sistemas MRP trabalham com materiais e alguns níveis de programação de médio e longo prazo, enquanto os sistemas FCS resolvem problemas de seqüênciamento a curto prazo. Com isto estabelecemos que não há conflitos em sistemas MRP/FCS, Kirchmier e Plenert [3]. 3. SISTEMAS DE PROGRAMAÇÃO DA PRODUÇÃO COM CAPACIDADE FINITA - FCS

3 São sistemas que têm como característica considerar a capacidade do sistema produtivo como a restrição principal para a tomada de decisão, buscando garantir que a programação da produção seja viável. Conforme Ref. [1],...os sistemas de programação da produção com capacidade finita tem vocação para tratar de problemas complexos de alocação e programação detalhada da produção, principalmente em sistemas produtivos com as seguintes características : Que tenham roteiros complexos e não repetitivos; Que tenham as chamadas matrizes de setup; Que necessitem de overlapping (sobreposição de ordens) e split (divisão de ordens); Que tenham problemas complexos de alocação de recursos como diferentes combinações de recursos para a produção de um mesmo serviço. Os sistemas de capacidade finita não apresentam um desenho básico predominante uma vez que existem conceitos diferentes na sua concepção e no escopo das decisões apoiadas por esse. A Tabela 1 traz um resumo da classificação dos sistemas de programação da produção com capacidade finita, Ref. [1]. Tabela 1. Classificação dos sistemas FCS Segundo o método de solução do problema Segundo o grau de interação com o usuário Segundo o suporte às funções do planejamento da produção Baseados em regras de liberação; Matemáticos otimizantes; Matemáticos heurísticos; Sistemas especialistas puros; Apoiados em redes neurais. Sistemas abertos; Sistemas semi-abertos; Sistemas fechados; Sistemas semi-fechados. Plano mestre de produção; Programação da produção; Gestão dos materiais integrada a capacidade; Controle de produção. Os sistemas classificados segundo o suporte às funções do planejamento da produção são hoje chamados de sistemas APS sistemas de planejamento e programação avançados, que nada mais são do que a evolução natural dos sistemas FCS Sistemas de planejamento e programação avançados - APS Os sistemas APS estendem o poder dos sistemas de capacidade finita para além da questão da capacidade produtiva x demanda. Eles também reconhecem e consideram as restrições provenientes da matéria prima, em outras palavras, planejam as futuras entregas de matéria prima para o cumprimento das ordens de produção. São o resultado da convergência de nova tecnologia que envolve teoria de gerenciamento com técnicas matemáticas. Seu primeiro passo foi a adoção do conceito de capacidade finita. Material e capacidade produtiva agora são planejados simultaneamente enquanto são seqüenciados, isto garante que o resultado do planejamento da demanda seja suportado pelo estoque ou entrega dos materiais, conforme publicado em artigo na revista eletrônica APS Insight [4]. Tem como principais características: Modelar o sistema produtivo; Informar a demanda; Informar as condições reais do sistema produtivo num determinado momento; Modelar alguns parâmetros para a tomada de decisões. Os sistemas APS também utilizam um maior número de opções de regras de seqüênciamento, podendo inclusive seqüênciar em paralelo, com divisão de lotes ou através de algum atributo do produto. Como em sua maioria possuem uma arquitetura aberta, podem inclusive trabalhar com regras especificamente criadas para atender a uma determinada característica do sistema produtivo.

4 4. EXEMPLO DE APLICAÇÃO O sistema produtivo a ser usado como exemplo é uma pequena empresa prestadora de serviços de tratamento térmico. Atualmente a empresa oferece 16 tipos de tratamentos entre térmicos e termoquímicos, estes processos são distribuídos entre 18 fornos, 3 câmaras de pré-aquecimento e 01 tanque de resfriamento. Como principais características da produção a serem discutidas, podemos citar: Os postos operativos possuem restrição quanto à sua capacidade, volume de trabalho e peso; A produção é composta por lotes de peso e tamanhos variados, com Mix de produção variando em horas e prazos de entrega entre 12 e 72 horas após a entrada do pedido; Tempos de setup variáveis ou nulos dependendo do processo; Principal restrição do processo é a faixa de temperatura, que deve estar dentro do previsto no tratamento e sempre ser seqüenciada de maneira crescente; Possibilidade de vários seqüenciamentos alternativos uma vez que os fornos permitem lotes em paralelo, overlapping (sobreposição de ordens), desde que respeitada a faixa de trabalho; Necessidade de split (divisão de ordens), uma vez que não raramente o tamanho do lote é maior que a capacidade de trabalho do posto operativo; Em alguns processos existe também a restrição quando ao tipo de material a ser tratado. informações podem ser encontradas em Zattar e Sacchelli [5]. Em primeiro lugar foram estabelecidas quais as restrições a serem obedecidas: Capacidade dos postos operativos (peso); Temperatura de trabalho; Em seguida foram cadastrados os recursos produtivos, processos, horário de trabalho por recurso e restrições secundárias. A Figura 2 apresenta o cadastro de grupo recursos, neste cadastro os postos operativos são separados conforme sua utilização, a Fig. 3 apresenta um dos processos cadastrados, detalhado passo a passo. Figura 2 Grupos de recursos 4.1. Solução sugerida para o seqüenciamento da produção É importante notar que a implantação de um sistema com capacidade finita requer muitas etapas que aqui não foram citadas devido a natureza do artigo. Maiores Figura 3 Cadastro de processos

5 Para atender as demais exigências do processo produtivo as seguintes ações foram tomadas: Seqüênciamento em paralelo, os lotes podem ser carregados até que o peso de trabalho admitido pelo posto operativo seja alcançado, isto é compreendido pelo software como uma restrição secundária; Seqüênciamento por atributo, os lotes somente serão carregados se a faixa de temperatura de trabalho for superior a faixa de temperatura atual do posto operativo, obedecendo ao limite máximo de cada posto e processo. Para que isto fosse possível foi criado um campo na abertura da ordem de serviço onde é especificada a temperatura de trabalho por operação, esta temperatura é obedecida em cada um dos passos do processo, isto é apresentado na Fig. 4. Até o momento o sistema com capacidade finita se mostrou apto a resolver os problemas de uma produção complexa e com um mix muito variado. O seqüênciamento da produção foi completo e várias simulações estão sendo executadas para o ajuste fino do sistema. Apesar da implantação não estar completa, vários benefícios já podem ser apresentados: Identificação dos gargalos produtivos e dos postos operativos ociosos; Tempo de retorno às chamadas de clientes, como consultas de ordens de serviço, viabilidade de prazos e outras, diminuiu drasticamente, podendo em alguns casos ser em tempo real. A implantação de um sistema com capacidade finita em um tratamento térmico, além das vantagens econômicas e melhor controle da capacidade x demanda, implica em um diferencial no atendimento ao cliente e isto é uma grande vantagem competitiva para qualquer empresa prestadora de serviços 5. AUTORIZAÇÃO A reprodução deste artigo esta autorizada pelos autores desde que citada a fonte. 6. REFERÊNCIAS Figura 4 Ordem de serviço As restrições quanto ao tipo de material foram tratadas através de um novo cronograma de utilização dos postos operativos. O software escolhido para este trabalho foi o Preactor em sua versão APS, pois as regras de seqüênciamento em paralelo e por atributo somente são disponíveis nesta versão Resultados obtidos [1] H. L Côrrea, I. G. N. Gianese e M. CAON. Planejamento, programação e controle da produção. 4. ed. São Paulo: Atlas, 2001, pp. 158, 355 e 388. [2] Will APS replace MRP?, APS Insight, Issue 5, Jul. 2001, pp. 1. [3] B. Kirchmier and G. J. Plenert, Finite Capacity Scheduling: Management, Selection, and Implementation, Jan 2000, pp. 10. [4] A desktop guide to APS, APS Insight, 7, Out. 2001, pp. 1. [5] I. C. Zattar, C. M. Sacchelli, Metodologia para implantação de um sistema de programação da produção com capacidade finita em empresas prestadoras de serviço, Anais do XXII Encontro Nacional de Engenharia de Produção, out

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