PROGRAMAÇÃO DINÂMICA APLICADA À PRODUÇÃO DE MÓVEIS RETILÍNEOS EM SÉRIE

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO CENTRO UNIVERSITÁRIO NORTE DO ESPÍRITO SANTO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIAS E COMPUTAÇÃO CURSO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO VINICIUS REBONATO ROSI PROGRAMAÇÃO DINÂMICA APLICADA À PRODUÇÃO DE MÓVEIS RETILÍNEOS EM SÉRIE São Mateus 2011

2 VINICIUS REBONATO ROSI PROGRAMAÇÃO DINÂMICA APLICADA À PRODUÇÃO DE MÓVEIS RETILÍNEOS EM SÉRIE Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharias e Computação do Centro Universitário Norte do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção do grau de Graduado em Engenharia de Produção. Orientador: Prof. Dr. Glaydston Mattos Ribeiro. Co-orientador: Prof. MSc. José de Castro Ferreira Filho. São Mateus 2011

3 VINICIUS REBONATO ROSI PROGRAMAÇÃO DINÂMICA APLICADA À PRODUÇÃO DE MÓVEIS RETILÍNEOS EM SÉRIE Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Departamento de Engenharias e Computação do Centro Universitário Norte do Espírito Santo, como requisito parcial para obtenção do grau de Graduado em Engenharia de Produção. Aprovada em 1 de julho de COMISSÃO EXAMINADORA Prof. Dr. Glaydston Mattos Ribeiro Centro Universitário Norte do Espírito Santo Orientador Prof. MSc. José de Castro Ferreira Filho Centro Universitário Norte do Espírito Santo Co-orientador Prof. Dr. Keydson Quaresma Gomes Centro Universitário Norte do Espírito Santo

4 AGRADECIMENTOS Ao professor Glaydston Mattos Ribeiro pela paciência, dedicação, amizade e orientação neste trabalho. Ao professor José de Castro Ferreira Filho pela sugestão do tema deste trabalho, pelas oportunidades oferecidas, pela amizade e pela co-orientação. À minha família, por me incentivar desde o princípio nessa conquista. À minha namorada Tallita, por estar presente em quase todo período de graduação, me incentivando e me ajudando a superar os desafios. Aos meus amigos André Gariani, André Siqueira e Marcos Rogel, por serem meus companheiros de República desde o início e pela amizade de longos anos. Aos meus amigos da universidade, pelo apoio e amizade. À empresa que abriu as portas para mim e foi objeto de estudo deste trabalho, bem como aos seus funcionários que dispuseram de horas de trabalho para me auxiliarem.

5 RESUMO O crescimento do comércio de móveis nas últimas décadas proporcionou que as empresas do setor moveleiro possuíssem equipamentos cada vez mais avançados ao ponto de conseguirem produzir diversos tipos de produtos diferentes. Consequentemente, os gestores dessas empresas passaram a ter grandes dificuldades para desenvolver a Programação da Produção a fim de atender a demanda de um horizonte de planejamento e cumprir com os prazos de entrega dos pedidos. O objetivo deste trabalho é desenvolver um modelo matemático fundamentado em Programação Dinâmica que sirva de ferramenta para auxiliar os gestores a desenvolverem a Programação da Produção reduzindo setups, lead times e ociosidade de equipamentos e funcionários entregando, assim, os produtos aos seus clientes dentro do prazo. Esse modelo é de Programação Linear Inteira (PLI) e foi definido baseando-se em uma empresa do Pólo Moveleiro de Linhares (ES) que produz móveis retilíneos em série. Ele contemplou os processos de corte, colagem de bordo, furação e pintura, situação esta não encontrada na literatura pelo autor, e apresenta um número grande de variáveis inteiras e binárias. Vários experimentos computacionais foram realizados para avaliar o comportamento do modelo. Os resultados mostram a complexidade inerente ao processo de solução do modelo proposto. Palavras-chave: Setor Moveleiro. Programação da Produção. Programação Dinâmica.

6 ABSTRACT The growth of furnishings commerce in recent decades has provided companies in the furniture sector to possess more advanced equipment so they can produce several different types of products. Consequently, managers of these companies have great difficulties to develop the Production Schedule to attend the demand of a planning horizon and to comply with delivery time of orders. The objective of this work is to develop a mathematical model based on Dynamic Programming to serve as a tool to help managers develop the Production Schedule by reducing setups, lead times and idleness of equipment and employees, delivering the products to their customers on time. This model is of Integer Linear Programming (ILP) and was defined based on a company in the Furniture Pole of Linhares (ES) that manufactures straight furniture in series. It contemplated the processes of cutting, board collage, drilling and painting, a situation not found in the literature by the author, and has a large number of integer and binary variables. Several computational experiments were conducted to evaluate the model behavior. The results show the complexity inherent in the solution process of the proposed model. Keywords: Furniture Sector. Production Schedule. Dynamic Programming.

7 LISTA DE FIGURAS Figura 2.1: Arranjo físico funcional ou por processo Figura 2.2: Fluxograma da indústria de móveis retilíneos seriados

8 LISTA DE TABELAS Tabela 2.1 Exportações anuais Tabela 5.1 Valores de entrada do Cenário Tabela 5.2 Valores de entrada do Cenário Tabela 5.3 Valores de entrada do Cenário Tabela 5.4 Cenário 1: Quantidade de variáveis em cada instância Tabela 5.5 Cenário 1: Resultados do Conjunto Tabela 5.6 Cenário 1: Resultados do Conjunto Tabela 5.7 Cenário 1: Resultados do Conjunto Tabela 5.8 Cenários 2 e 3: Quantidade de variáveis em cada instância Tabela 5.9 Cenário 2: Resultados do Conjunto Tabela 5.10 Cenário 2: Resultados do Conjunto Tabela 5.11 Cenário 3: Resultados do Conjunto Tabela 5.12 Resultados do Conjunto 3 do Cenário

9 LISTA DE SIGLAS PPCP: Programação, Planejamento e Controle da Produção; PMP: Plano-Mestre de Produção; MDF: Medium Density Fiberboard; UV: Ultravioleta; PVC: Cloreto de polivinila; MRP: Material Requirements Planning; PERT/CPM: Program Evaluation and Review Technique/Critical Path Method; DLSP: Discrete Lot Sizing and Scheduling Problem; CSLP: Continuous Setup Lot Sizing Problem; PDL: Problema de dimensionamento de lotes; PCE: Problema de corte de estoque; PDLCE: Problema integrado de dimensionamento de lotes e corte de estoque; PDD: Programação Dinâmica Determinística; PDE: Programação Dinâmica Estocástica; PL: Programação Linear; PLI: Programação Linear Inteira; PNL: Programação Não Linear.

10 SUMÁRIO LISTA DE FIGURAS... 6 LISTA DE TABELAS... 7 LISTA DE SIGLAS INTRODUÇÃO Objetivo Justificativa Estrutura do Trabalho FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA Indústria Moveleira Descrição do Leiaute de uma Empresa de Móveis Retilíneos Seriados Descrição do Processo Produtivo da Empresa Objeto de Estudo deste Trabalho Programação da Produção Programação Dinâmica METODOLOGIA Tipo de Pesquisa e Métodos Utilizados Amostragem Procedimentos MODELAGEM MATEMÁTICA Modelo Matemático Proposto Baseado em PDD Análise do Modelo Matemático EXPERIMENTOS COMPUTACIONAIS Dados de Entrada Resultados Computacionais do Cenário Resultados Computacionais do Cenário Resultados Computacionais do Cenário CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS...70 REFERÊNCIAS...72

11 10 1. INTRODUÇÃO O comércio mundial de móveis está em crescimento nos últimos anos movimentando, em 2006, cerca de US$ 270,5 bilhões (FERREIRA et al., 2008), apesar da crise, em 2008, ter afetado negativamente não só o mercado de móveis como todo comércio mundial. A revolução industrial foi o marco determinante para o grande crescimento da produção de móveis, devido à utilização de máquinas e ferramentas no processo produtivo que permitiu a padronização dos produtos e o ganho de escala. A partir desse momento, a indústria de móveis deixou de ser artesanal para se tornar manufatureira (FERREIRA et al., 2008). O aperfeiçoamento gradual dos equipamentos utilizados possibilitou que esse setor continuasse a crescer no cenário global. Quando é considerado um sistema de manufatura, ao formular objetivos, é necessário desenvolver planos de como atingi-los, mobilizar recursos humanos e físicos com o intuito de utilizar de forma adequada os recursos para produzir o que é preciso por métodos específicos. Realiza-se esse processo em função de Programação, Planejamento e Controle da Produção (PPCP) (MOURA JUNIOR, 1996). Neste trabalho estudamos uma empresa que produz móveis retilíneos em série e que pertence ao pólo moveleiro de Linhares (ES). Devido à inconsistência de planejamento dos seus gestores, ela passou por dificuldades em determinado momento sendo obrigada a realizar ações emergenciais quanto ao corte no número de funcionários e quanto à reengenharia do processo produtivo. Além disso, seus principais concorrentes, as empresas pertencentes ao mesmo pólo, conseguiram assegurar uma parte do mercado, antes pertencida à empresa estudada neste trabalho, pelo fato de conseguirem produzir com mais eficiência e rapidez, satisfazendo seus clientes quanto à qualidade e prazo de entrega dos produtos. Para atender o cliente no momento certo sem perder a qualidade do produto, a empresa deve planejar de forma sistemática sua produção para que não ocorram atrasos, minimizando o tempo ocioso da fábrica, além de atividades indesejáveis, como alta quantidade de setups.

12 11 Deste modo, uma das responsabilidades da área de PPCP é a formulação do Planomestre de Produção (PMP) que é a descrição detalhada da quantidade de produto que deve ser produzido em um determinado horizonte de planejamento. Baseandose no PMP, nos registros de controle de estoque e nas informações de Engenharia, a Programação da Produção define num período de curto prazo quanto e quando comprar, fabricar ou montar os itens necessários à composição dos produtos finais. Com relação à disponibilidade de recursos, a Programação da Produção realiza o sequenciamento das ordens emitidas, de forma a otimizar a utilização dos recursos (TUBINO, 2008). A grande dificuldade encontrada pelo setor de PPCP da empresa em questão é a quantidade de itens a serem produzidos. Com um portfólio composto por mais de 45 produtos, a realização de uma Programação da Produção ótima é comprometida, não só pelo volume de produção, mas também pelo método adotado pela empresa para gerar a programação, na qual o software utilizado não considera indicadores essenciais à eficiência da mesma, como redução de setups. É de grande importância que o desenvolvimento da Programação da Produção seja adequado às condições existentes na fábrica. Caso contrário, inúmeros problemas podem acontecer inclusive atrasos na entrega dos produtos. Além disso, existem alguns métodos para desenvolver a programação da produção de uma empresa e, para reconhecer qual o melhor, é necessário considerar todas as variáveis envolvidas diretamente. A realização do Planejamento e Programação da Produção de uma empresa dá-se por meio de modelagens matemática, pois, segundo Araujo (2003), o planejamento da produção consiste em determinar a quantidade de itens que serão produzidas em uma ou mais máquinas, a cada período predeterminado ao longo de um horizonte de planejamento finito, que atenda uma dada demanda e otimize uma função objetivo. Esse mesmo autor ainda diz que Programação da Produção consiste em sequenciar determinadas tarefas em uma ou mais máquinas, otimizando uma função objetivo, a partir de um planejamento preestabelecido. Portanto, para desenvolver uma Programação da Produção, deve-se definir um modelo matemático que analise todas as variáveis relevantes a esta. Os modelos matemáticos utilizados para gerar a programação da produção podem ser baseados em Programação Dinâmica por decompor o problema original em uma sequência de problemas mais simples, sendo

13 12 cada um resolvido em um estágio (ARENALES et al., 2006). Os estágios podem ser definidos como cada período de tempo que uma decisão é tomada. Em outras palavras, a programação dinâmica consegue abranger todas as variáveis envolvidas em um modelo de programação da produção Objetivo Objetivo Geral Desenvolver um modelo matemático de Programação Dinâmica que otimize de forma sistemática a eficiência em termos de custo da Programação da Produção na indústria de móveis estudada, buscando atender o prazo de entrega dos pedidos dos clientes reduzindo tempos ociosos de equipamentos e funcionários, quantidade de setups e o lead time produtivo, garantindo a qualidade dos produtos Objetivos Específicos São listados abaixo os objetivos específicos desta pesquisa: Utilizar o máximo possível de dados reais do processo produtivo; Definir o fluxo produtivo; Desenvolver um modelo matemático de Programação Dinâmica que otimize a Programação da Produção da empresa; Gerar quinze instâncias de Programação da Produção para um dado horizonte de tempo; Analisar e avaliar os resultados obtidos a partir dos parâmetros de saída do software de otimização utilizado.

14 Justificativa A indústria moveleira conseguiu um alto grau de padronização de seus produtos nas últimas décadas decorrente dos avanços tecnológicos dos recursos utilizados no sistema produtivo, ocorrendo, assim, a transição da produção artesanal para a manufatureira. Houve também um significativo ganho no volume de produção nesse mesmo período (FERREIRA et al., 2008). Em contrapartida, a variedade dos produtos com relação ao design e cor é muito grande, aumentando a complexidade do planejamento de produção das empresas deste setor, podendo acontecer situações onde existem equipamentos ociosos devido à incompatibilidade da programação da produção entre duas máquinas adjacentes ou entrega do produto depois do prazo por consequência de longos lead times, sendo que lead time é o tempo mínimo necessário a partir da ordem de produção até o pedido estar pronto. A credibilidade das empresas não diz respeito somente à qualidade dos produtos, mas também à confiança por parte dos clientes para com a empresa quanto a assistência, entrega do produto dentro do prazo estipulado, etc. E entregar a tempo, por estar relacionado diretamente com o lead time produtivo, depende fortemente de uma programação de produção adequada de forma que evite qualquer tipo de atraso, tanto interno à empresa (atraso na produção) quanto externo. Existe ainda a necessidade de desenvolver estudos técnico-científicos para criar métodos e ferramentas adequadas que auxiliem aos gestores das empresas do setor moveleiro no processo de tomada de decisões Estrutura do Trabalho Este trabalho está estruturado da seguinte forma: o Capítulo 2 apresenta uma fundamentação teórica sobre a programação da produção aplicada à indústria de móveis, além de modelos matemáticos encontrados na literatura utilizados para este fim e de informações sobre o setor moveleiro no Brasil. No Capítulo 3 é apresentada a metodologia seguida neste trabalho. Apresenta-se no Capítulo 4 o modelo matemático proposto, que é detalhado em termos de função objetivo e restrições.

15 14 Experimentos computacionais utilizando cenários diferentes são explicitados no Capítulo 5 e, no Capítulo 6, conclui-se o trabalho indicando possíveis estudos a serem realizados.

16 15 2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA 2.1. Indústria Moveleira No Brasil, a indústria de móveis continha, em 2005, mais de empresas registradas, sendo a maioria de pequeno porte, gerando cerca de postos de trabalhos diretos. Outra característica deste setor no país diz respeito à sua dispersão geográfica, sendo formado por pólos regionais que estão espalhados por todo território nacional e apresentam determinados padrões de especialização diferentes entre si. Entretanto, a maior parte dessas empresas está localizada na região centro-sul do país, correspondendo por 83% das empresas nacionais do setor e por 86% da mão-de-obra empregada neste tipo de indústria (FERREIRA et al., 2008). Nos últimos anos, este setor tem aprimorado suas tecnologias de produção, além de utilizar matérias-primas sofisticadas e elevado padrão de qualidade dos produtos devido ao aumento das exportações, o que acarretou um desenvolvimento na capacidade produtiva das indústrias. Em 2006, as exportações alcançaram 945 milhões de dólares, enquanto em 2005 foram 990 milhões e em 2004 cerca de 940 milhões de dólares. Ao comparar com os anos anteriores a 2004, as exportações cresceram mais de 40%, como podemos perceber na Tabela 2.1 (ABIMÓVEL, 2006). Tabela 2.1 Exportações anuais. Ano US$

17 Fonte: ABIMÓVEL (2006). Segundo Ghidini (2008), os móveis de madeira podem ser classificados em dois tipos: retilíneos e torneados. Os retilíneos são móveis lisos processados a partir de placas grandes de compensado, aglomerado ou MDF (Medium Density Fiberboard), com formatos retos e simples. Os torneados são móveis que, além de possuir formatos retos, assumem formas curvilíneas, contendo detalhes de acabamento mais sofisticados e sua matéria-prima principal é a madeira maciça, apesar de utilizar também o MDF. Dentre os principais pólos moveleiros do país, Ferreira et al. (2008) destaca Bento Gonçalves (RS), São Bento do Sul (SC), Arapongas (PR), Ubá (MG), Linhares (ES) e Mirassol (SP). Segundo Ferreira et al. (2008), o pólo de Bento Gonçalves (RS) originou-se no final do século XIX, quando os primeiros marceneiros começaram a produção de móveis. Como esses marceneiros, em geral, eram imigrantes italianos, este pólo se caracteriza pelo design inovador, marcante na indústria de móveis da Itália. Além disso, destaca-se também pela elevada qualidade de seus produtos e por conter algumas das maiores e mais modernas empresas de móveis do país. Essas empresas concentram-se na produção de móveis retilíneos de madeira reconstituída. Este pólo também contém diversas micro e pequenas empresas direcionadas, em sua maioria, na produção de móveis de madeira maciça e metálicos. Este pólo destina sua produção aos móveis do tipo dormitório (56,2%) e cozinha (48,8%). Além de atender o mercado interno, cerca de um quarto das exportações brasileiras de móveis são realizadas neste pólo. De acordo com Ferreira et al. (2008), a produção de móveis no pólo de São Bento do Sul (SC) teve início com os imigrantes alemães, poloneses e austríacos, na década de 1950, sendo voltada para a produção de móveis colo niais de alto padrão. Nos anos de 2007 e 2008, a maioria das empresas produziu móveis torneados de madeira maciça reflorestada, especialmente o Pínus. Este pólo corresponde a 40%

18 17 de todo móvel exportado no país, sendo, assim, o maior exportador, entretanto as especificações dos móveis são trazidas dos países importadores. O pólo de Arapongas (PR) está voltado para a produção de móveis residenciais populares, destacando-se o seguimento de estofados, sendo que, parte das empresas que compõe este pólo, é de médio ou grande porte, e se destacam por possuir maquinários de tecnologia avançada tornando-se, assim, no principal pólo moveleiro do estado do Paraná (FERREIRA et al., 2008). Localizado em Minas Gerais, o pólo de Ubá abriga a maior empresa de móveis de aço da América Latina, além de três outras grandes com produção semelhante. Contudo, a maior parte das empresas é de micro e pequeno porte e se destacam por produzir móveis residenciais (maciça ou painéis) destinado ao mercado interno (FERREIRA et al., 2008). O pólo de Linhares (ES) se consolidou como um dos principais pólos moveleiros do país pelo crescimento alcançado nos últimos quinze anos. Destacam-se três grandes empresas que produzem móveis retilíneos em série, do tipo dormitório. Além destas, existem micro e pequenas empresas com produção voltada a móveis sob encomenda (FERREIRA et al., 2008). Por último, Ferreira et al. (2008) ainda destaca o pólo de Mirassol (SP) que teve origem na década de 1940 e concentra sua produção em móveis residenciais, particularmente de painéis de madeira reconstituída. Possui empresas de grande porte e empresas menores, cujos fundadores, em sua maioria, são ex-empregados das empresas maiores. A empresa, foco de estudo deste trabalho, está localizada no pólo de Linhares (ES). Ela se destaca pela produção de móveis retilíneos seriados do tipo dormitório (cama, cômodo, criado e armário) em nove cores diferentes. Utiliza como matéria-prima compensados de madeira do tipo MDF e vende seus produtos para clientes de todo país. A dificuldade neste tipo de indústria está no fato de seu portfólio de produto é vasto, mais de 40 produtos diferentes, e cada um pode conter até 25 peças diferentes, dependendo do tipo e porte. Com isso, os gestores utilizam ferramentas para realizar a programação da produção, mas como o número de varáveis é muito grande, em todos os casos deve ocorrer uma adaptação manual do responsável pela programação a fim de reduzir quantidade de setups e atender a outros

19 18 parâmetros que julgarem importantes, como por exemplo, aproveitamento de matéria-prima Descrição do Leiaute de uma Empresa de Móveis Retilíneos Seriados Ao considerar as características da produção de móveis retilíneos seriados, a empresa deve apresentar um leiaute produtivo (arranjo físico) propício para produzir lotes com baixos volumes, mas com grandes variações entre eles, ou seja, os equipamentos necessitam ser posicionados no chão de fábrica conforme o arranjo físico funcional ou por processo. Este arranjo físico é caracterizado quando as máquinas são distribuídas de acordo com suas funções, conforme é apresentado na Figura 2.1. Ao considerar que diferentes produtos podem possuir necessidades diferentes, cada produto percorre diferentes roteiros na operação, criando padrões de fluxo bastante complexos (SLACK et al., 2002). Argoud (2007) destaca que este arranjo requer grande habilidade dos funcionários por apresentar variadas tarefas, além de ter alta flexibilidade, mas baixa eficiência. Também diz que o sistema de produção é mais complicado e decisões operacionais como programação e carga são essenciais e difíceis. Setor 1 Setor 2 Setor 3 Setor 4 Seccionadora 1 Perfiladeira 1 Furadeira 1 Linha de pintura 1 Seccionadora 2 Perfiladeira 2 Furadeira 2 Linha de pintura 2 Figura 2.1: Arranjo físico funcional ou por processo. Os outros tipos de arranjos físicos existentes são o arranjo físico posicional, por produto, celular, fractal e modular, sendo que os dois últimos foram idealizados recentemente e são pouco difundidos nas indústrias em geral (TIBERTI, 2003). Existem, também, outros tipos de leiautes produtivos derivados das limitações dos leiautes tradicionais (posicional, por produto, por processo e celular) em certos sistemas de produção.

20 19 O arranjo físico posicional ou de posições fixas possui uma peculiaridade que o difere dos demais, porque enquanto nos outros tipos de arranjo físico o material a ser transformado se desloca para a estação de trabalho, no arranjo físico posicional as estações de trabalho que vão de encontro ao material para transformá-lo (TIBERTI, 2003). Argoud (2007) acrescenta dizendo que o arranjo físico posicional é flexível por permitir que ocorram mudanças no projeto. Além disso, as habilidades requeridas pelo trabalho são altas e a demanda esporádica. Quando os recursos de transformação são organizados de forma que respeita a sequencia de operações para beneficiar o material, diz-se que o leiaute produtivo utilizado é o arranjo físico por produto. Neste arranjo físico também conhecido como arranjo físico para linha de produção ou linha de montagem, o material em transformação segue um roteiro pré-determinado, passando por todas as estações de trabalho presentes no chão de fábrica (TIBERTI, 2003). Caso seja necessário alterar o produto, a linha de produção também necessitaria ser alterada. Esse é um dos motivos que Argoud (2007) classifica este arranjo físico como pouco flexível, com poucas movimentações de materiais e curtos lead times. O arranjo físico celular baseia-se em um processo produtivo que agrupa peças em famílias (ARGOUD, 2007). Ao considerar que uma família possui peças com características similares de projeto e/ou processo, este arranjo é caracterizado pelo agrupamento dos recursos transformadores de uma família de peças, que são organizados em um espaço físico denominado célula (TIBERTI, 2003). Geralmente, o fluxo é maior dentro da célula, ocorrendo, assim, pouco fluxo entre as células. Em 1997, Venkatadri et al. (1997) propuseram o arranjo físico fractal. Caracteriza-se pelo agrupamento dos recursos de produção em unidades denominadas células fractais, sendo que, cada célula, é vista como uma mini-fábrica dentro da fábrica. Além disso, deve ser capaz de produzir todos ou quase todos os produtos vendidos pela empresa. Gonçalves Filho (2001) destaca que a grande vantagem deste tipo de arranjo físico é o fato de a peça poder ser processada em qualquer célula fractal, criando um leiaute produtivo mais flexível comparado ao arranjo físico celular. Porém, essas características podem acarretar em dificuldades no gerenciamento do seu fluxo interno. O arranjo físico modular surgiu com o intuito de resolver o problema do fluxo de material no chão de fábrica, porque, segundo Huang (2003), os arranjos físicos

21 20 convencionais não são apropriados o suficiente para representar essa rede de fluxo de todo material correspondente à sequência de operações dos produtos a serem manufaturados. Este tipo de arranjo físico utiliza os arranjos físicos funcional, por produto e celular como blocos de construção, ou seja, módulos, organizados na forma de uma rede, composta por um grupo de máquinas, direcionada pelo fluxo de material dos produtos, apresentando, assim, um padrão de fluxo característico de um tipo de arranjo físico específico (TIBERTI, 2003) Descrição do Processo Produtivo da Empresa Objeto de Estudo deste Trabalho Após visita in loco à empresa objeto de estudo deste trabalho, foi possível entender o seu processo produtivo. O processo de conhecer todo o fluxo produtivo da empresa foi beneficiado com a realização de um estágio supervisionado pelo autor deste trabalho na empresa, no período de dezembro de 2009 a dezembro de O processo se inicia no recebimento das placas de compensado e estocagem destes próximo à seccionadora, dentro do galpão de produção. Quando requisitado, as chapas são encaminhadas à seccionadora onde ocorre o corte. Para definir quais e quantas peças serão criadas, os gestores responsáveis realizam a programação da produção a partir das informações repassadas pelo setor de vendas, sobre quais produtos foram comprados e as quantidades. As peças iguais originadas dos cortes são separadas para formar os lotes. Esses lotes seguem para a perfiladeira para realizarem a colagem de bordo. Posteriormente, são encaminhadas para a furadeira. Esse equipamento pode furar a parte superior e lateral da peça, dependendo dos requisitos do produto. Após passarem pela furadeira, as peças são encaminhadas para a linha de pintura (linha UV). Vale destacar que, antes de pintarem as peças, é realizada uma inspeção para verificar se as peças estão conformes. Em muitos casos, essa inspeção é simplesmente a montagem do produto. Caso o produto seja montado e não demonstre algum problema, como furos errados ou peças desalinhadas, os lotes são aprovados e, portanto, seguem para a pintura. Após as peças serem pintadas, verifica-se se estão conformes, ou seja, se a peça está pintada de maneira correta, caso contrário a peça é repintada. O próximo passo é o processo de revisão, no qual as peças são verificadas a fim de constatar se houve

22 21 alguma não conformidade não detectada anteriormente. Se aprovadas, as peças são embaladas e expedidas. Além disso, a seguir é explicado detalhadamente cada etapa da produção de móveis da empresa. Estocagem de Insumos: Os insumos (MDF, papelão, plásticos, tintas, parafusos, espelhos, entre outros) são recebidos e estocados num local reservado aos mesmos. As chapas são estocadas num local reservado no início do processo produtivo (seccionadora) e apesar de não serem entregues no almoxarifado, este é o responsável pela liberação dos insumos para o início da produção. Os demais insumos são estocados no almoxarifado. As placas de MDF que chegam à empresa são protegidas por duas chapas de mesmo material e enrolados em um arame para manter a integridade do material recebido. Corte das Chapas: Os compensados de madeira são cortados de acordo com a programação do dia especificado para o setor de corte. A empresa estudada utiliza um software para resolver o problema de otimização do corte da chapa a fim de minimizar o desperdício. Ao inserir os parâmetros dos itens que serão produzidos, o software gera um plano de corte mostrando quantas chapas serão cortadas e o leiaute de corte de cada chapa. Perfilagem e Colagem de Bordos: As peças que serão perfiladas devem possuir alguns milímetros a mais do tama nho especificado no projeto porque serão esquadradas, garantindo, assim, que os lados opostos estejam paralelos e os adjacentes com ângulo reto. Após a perfilagem, as fitas de bordo são coladas nas peças, sendo que essas fitas podem ser de dois tipos de materiais: PVC (cloreto de polivinila) e papel. Entretanto, algumas peças que são perfiladas podem não precisar de fita de bordo ou, também, a fita de bordo pode não ser colada em todos os lados da peça. Vale ressaltar que as peças com formato curvilíneo não passam por essa máquina, tendo a fita de bordo colada manualmente.

23 22 Furação das peças Nesse processo as peças são furadas conforme as especificações do projeto. Para iniciar o processo, o operador ajusta a furadeira de modo a atender as especificações. A fim de garantir a conformidade do processo, algumas peças são furadas e inspecionadas pelo técnico. Se as medidas especificadas estiverem corretas segue o processo, senão faz-se um novo ajuste da máquina até que as medidas fiquem corretas. Devido ao ajuste manual e as inspeções, este processo possui um elevado tempo de setup sendo, muitas vezes, o gargalo da empresa. Pintura das peças O processo de pintura das peças pode ser dividido em três etapas básicas: conformação, pintura e cura. No processo de conformação do insumo são retiradas as anormalidades das peças, com três lixas em série de abrasividades variáveis para que haja uma melhor absorção da tinta base. O processo de pintura pode ser dividido em duas partes: a primeira parte constitui-se na aplicação da tinta base para dar aderência à peça e preencher os poros, formando a base para a impressão das ranhuras; na segunda parte do processo de pintura, um cilindro giratório estampa a peça com ranhuras que caracterizam o tipo de madeira base. A terceira etapa do processo de pintura é a cura, no qual a peça passa por um túnel com radiação ultravioleta a fim de secar a tinta da peça. Para que isso ocorra, duas condições têm que ser satisfeitas: a luz ultravioleta deve ter energia suficiente e o revestimento não deve ser opaco a tal radiação. Ao terminar o processo de cura a peça é retirada da linha UV e colocada em uma pilha. Neste momento, os funcionários responsáveis pela retirada das peças as inspecionam, separando as que possuem defeito (falha na pintura, falha na impressão ou outra não conformidade). É importante destacar que os funcionários responsáveis pela separação das peças defeituosas recebem um treinamento específico para a percepção de não conformidades. Revisão No processo de revisão, cada lote de peças são revisados a fim de constatar qualquer falha de fabricação ou rebarbas não visualizada anteriormente. Além disso, verifica se foi produzida a quantidade de cada peça que fora determinada na programação da produção.

24 23 Embalagem No processo de embalagem as peças que formam um volume são reunidas e embaladas com caixas de papelão e fita adesiva. Convém salientar que as sobras das chapas do processo de corte são utilizadas para a proteção das embalagens. Expedição Na expedição os volumes são reunidos formando o produto, para que assim, sejam enviados para os diversos clientes. Durante o sistema produtivo qualquer funcionário tem a liberdade de retirar do processo peças que julgam estar em não conformidade. Dependendo do seu estado, as peças podem ser retrabalhadas no recurso onde ocorreu a falha observada. Algumas peças não passíveis de retrabalho podem ser utilizadas para outras finalidades (outras peças, proteção de embalagem, etc.) o u tornam-se refugo do processo. Além disso, antes do processo de embalagem as peças passam por uma mesa de revisão como forma de apoio na inspeção e correção de supostas falhas. Pode ocorrer também uma inspeção com a finalidade de observar se os volumes produzidos montam o produto conforme o seu projeto. Determinados produtos possuem em seu projeto características diferentes dos demais produtos, sendo no design, estrutura, etc. Por exemplo, alguns roupeiros apresentam espelho em suas portas. Todos os acessórios cuja matéria-prima não é o compensado de madeira são terceirizados. Todo o processo de fabricação descrito acima pode ser resumido conforme a Figura 2.2.

25 24 ESTOCAR CORTAR PERFILAR PINTAR S Peça conforme? FURAR N N Peça conforme? Passível de retrabalho? S S N REVISÃO DESCARTAR N Peça conforme? N Passível de retrabalho? S DESTINA -SE A PEÇA AO RECURSO NECESSÁRIO S EMBALAR EXPEDIR Figura 2.2: Fluxograma da indústria de móveis retilíneos seriados Programação da Produção Lustosa et al. (2008) considera que a programação da produção é uma atividade com características operacionais, ou seja, de chão de fábrica. Diz também que a Programação da Produção, apesar de ter uma abrangência restrita, tanto no horizonte de tempo, abarcando de horas a poucas semanas, quanto nos setores da empresa afetados, não pode ser desconsiderada para a realização dos objetivos estratégicos devido à credibilidade que a empresa adquire quando é considerado o cumprimento dos prazos de entrega. As atividades da programação da produção são divididas, por Tubino (2008), em três grupos: a administração de estoques, o sequenciamento e a emissão e liberação de

26 25 ordens. A atividade de administração de estoques está incumbida de gerenciar os estoques dos itens comprados, fabricados e montados definindo o tamanho e a forma de reposição dos lotes, além de determinar os estoques de segurança. A atividade de sequenciamento almeja gerar um programa da produção que resulte em produtos com qualidade e baixos custos utilizando os recursos disponíveis de forma ótima. Enquanto isso, a emissão e a liberação de ordens executa o programa de produção, emitindo os documentos necessários para o início das operações e liberando-o quando os recursos estiverem disponíveis. Dependendo do tipo de sistema produtivo da empresa, existem diferentes ferramentas para se gerar uma programação da produção que atenda às necessidades. Em sistemas de produção de baixa variedade e alto volume de produção (contínuos e em massa), não é necessário o detalhamento (seqüenciamento, emissão e liberação) de ordens de produção de itens para cada estação de trabalho, e sim um foco na logística de abastecimento e distribuição e no Plano-mestre de Produção (PMP) para a definição dos ritmos de trabalho, ou tempos de ciclo, com o objetivo de realizar o balanceamento da linha (TUBINO, 2008). Ao considerar empresas que utilizam um sistema de produção repetitivos em lotes, há a necessidade de que a programação da produção desmembre o produto acabado (PMP) em seus diferentes itens devido a maior variedade de produtos acabados, através das necessidades (MRP - Material Requirements Planning), para gerar ordens detalhadas que devem ser sequenciadas por recurso (APS Advanced Planning and Scheduling) (TUBINO, 2008). Em empresas com sistema de produção sob encomenda, devido à exclusividade do produto, a programação da produção, segundo Tubino (2008), baseia-se na administração da capacidade produtiva, a fim de garantir o prazo de entrega. Para isso, pode-se utilizar um sistema de APS de capacidade finita para sequenciamento e acompanhamento das ordens emitidas e, em casos onde o produto é de grande porte e contêm altos tempos de operação, a programação da produção pode basearse na técnica de gerenciamento de redes ou PERT/CPM (Program Evaluation and Review Technique/Critical Path Method).

27 Programação da Produção na Indústria de Móveis Retilíneos Seriados Ghidini (2008) diz que a programação da produção na indústria de móveis envolve três passos principais: o primeiro diz respeito às quantidades de produtos que serão produzidos, num determinado horizonte de planejamento, e quando serão entregues. O segundo passo consiste em identificar os itens desses produtos. E o terceiro passo é decidir quantos itens serão produzidos em cada período que compõe o horizonte de planejamento, com o objetivo de minimizar os custos totais de produção. Portanto, no caso da empresa objeto de estudo, como o seu sistema de produção para lotes maiores é Make to Order, ou seja, produz sob encomenda, e somente alguns lotes menores são produzidos para estoque (Make to Stock), para realizar a programação da produção, o supervisor da área de Programação, Planejamento e Controle da Produção (PPCP) deve constatar quais produtos foram pedidos pelos clientes e o prazo de entrega, a partir de dados fornecidos pelo setor de vendas. Sabendo quais os produtos requisitados, o planejador levantará quais são os itens que devem ser produzidos num determinado horizonte de planejamento que, neste caso, é de cinco dias. Utilizando um software de programação, o supervisor gera a programação da produção para uma semana explicitando quais e quantos itens serão produzidos em cada período e por quais recursos. Além disso, a programação da produção apresenta o fluxo de produção da empresa, ou seja, a sequência com que os itens passarão pelos recursos. Vale ressaltar que esse sequenciamento é importante porque se pode minimizar a quantidade de setups de máquinas e, consequentemente, o lead time produtivo. Contudo, o software utilizado pode não apresentar o melhor programa de produção, visto que não considera possíveis reduções de setups, cabendo ao planejador a tarefa de realocar manualmente itens que podem ser beneficiados em determinado recurso juntamente com outro item por ter as mesmas características. É importante destacar que, na realidade, a demanda por móveis é estocástica, ou seja, durante o horizonte de planejamento, podem surgir imprevistos que acarretam alterações, por exemplo, no sequenciamento da produção estabelecido pelo

28 27 planejador. Para contornar essas situações, a demanda inesperada é atendida a partir de uma manufatura extra, baseada numa expectativa de venda determinada pelo gerente, seja por previsão de demanda, seja por experiência profissional (GHIDINI, 2008) Programação Dinâmica A Programação Dinâmica é uma das técnicas que podem ser utilizadas para resolver problemas de otimização. Entre as áreas que pode ser aplicada, incluem-se problemas de planejamento da produção, gestão de estoques, determinação de tamanhos de lotes de produção, problemas de corte e empacotamento, alocação de recursos limitados, determinação da capacidade de expansão de usinas geradoras de energia elétrica, gestão de projetos, gestão financeira, determinação da confiabilidade de sistemas de comunicação, programação de tarefas em sistemas de manufatura flexível, manutenção e reposição de equipamentos, entre outras (ARENALES et al., 2006). Ela pode ser aplicada na resolução de problemas gerais de otimização linear ou não-linear, contínua ou discreta, com funções diferenciáveis ou não diferenciáveis, etc. Busca a simplificação do problema original por meio de decomposição e resolução de uma sequência de problemas mais simples, que são relacionados por uma equação recursiva regressiva. As principais características são: Horizonte de Planejamento O Horizonte de Planejamento consiste em um conjunto de períodos sucessivos no decorrer do qual há interesse em se otimizar determinada variável ou função; corresponde ao número de estágios (MARQUES et al., 2005, p. 751). Estágios Decomposição do problema em estágios que são resolvidos seqüencialmente, um estágio de cada vez. Estágio pode ser entendido como cada ponto em que as decisões são tomadas. A solução do problema em cada estágio define valores de parâmetros relevantes para o problema do estágio seguinte da sequência (ARENALES et al., 2006).

29 28 Estados Cada estágio tem um número associado de estados. O estado do sistema é a informação necessária para a tomada de decisão. O conjunto de estados possíveis forma o espaço de estados (ARENALES et al., 2006). Transições Segundo Marques et al. (2005), transição é a mudança do estado em que se encontra num determinado estágio para um estado associado a um estágio seguinte. Essa passagem é caracterizada pela mudança dos valores das variáveis de um estado para outro. Decisões Segundo Arenales et al. (2006), as decisões que podem ser tomadas dependem do estado observado do sistema. Uma decisão leva (ou transforma) o estado do sistema, no qual ele se encontra no presente estágio, para um novo estado no próximo estágio, e incorrem-se custos. Dá-se o nome de política à seqüência de decisões coerentes em cada estágio do problema, dado o estado inicial. Decisões coerentes são as factíveis, ou seja, as que respeitam as restrições do problema. Uma política ótima é a que otimiza o objetivo desejado. Princípio da Otimalidade de Bellman (1962) Todo problema capaz de ser solucionado por Programação Dinâmica tem de respeitar a este principio, isto é, as suas características têm que ser de uma maneira que o conhecimento do estado corrente do sistema conte nha toda informação à cerca do seu próprio comportamento, necessária à determinação do plano ótimo a partir dele (SANTOS, 2010). Backward Segundo Santos (2010), o processo de encontrar a solução começa determinando o plano ótimo para cada estado da última etapa até encontrar o plano ótimo para a etapa inicial. Esta é a única maneira de resolver problemas cujas etapas correspondem a períodos de tempo. Caso não seja, o processo de determinar a solução é reversível, ou seja, poder-se-á também usar o sentido Forward.

30 29 Recursividade A recursividade é uma relação funcional que identifica o plano ótimo para cada estado na etapa genérica n, dado o plano ótimo da etapa seguinte, isto é, dado o plano ótimo para cada estado da etapa (n+1). Esta relação varia com o problema em questão (SANTOS, 2010). A Programação Dinâmica pode ser classificada como Determinística ou Estocástica. A primeira considera que todos os parâmetros são conhecidos ou predefinidos e, portanto, é possível prever o estado para o qual o sistema evolui a cada estágio, devido às decisões tomadas e dos resultados obtidos (ARENALES et al., 2006). Por outro lado, a Programação Dinâmica Estocástica considera que o comportamento dos parâmetros está associado a uma dada probabilidade de ocorrência (MARQUES et al., 2005) Programação Dinâmica Determinística Todos os problemas resolvidos por Programação Dinâmica que não são baseados em modelos probabilísticos são classificados como Determinísticos, ou seja, todos os parâmetros envolvidos são conhecidos. Pode ser aplicada nas mesmas áreas descritas anteriormente para a Programação Dinâmica, ou seja, problemas de planejamento da produção, gestão de estoques, determinação de tamanhos de lotes de produção, entre outros. A seguir, é apresentado um modelo matemático de Problema de Dimensionamento de Lotes Monoestágios que utiliza Programação Dinâmica Determinística (PDD) publicado por Trigeiro et al. (1989), na qual considera a demanda como sendo conhecida sobre os T períodos do horizonte de planejamento, a capacidade disponível como sendo limitada e são considerados tempo e custo de preparação. Busca-se com este modelo determinar um plano de produção que minimize os custos, sujeito a um conjunto de restrições que inclui o atendimento de uma demanda preestabelecida. Neste modelo o lead time é considerado igual a zero.

31 30 Os seguintes dados são utilizados no problema: c it : Custo unitário de produção do item i no período t; s it : Custo de preparação para a produção do item i no período t; h it : Custo unitário de estocagem do item i no período t; b i : Tempo necessário para produzir uma unidade do item i; st i : Tempo de preparação para a produção do item i; Cap t : Limite de capacidade (em unidades de tempo) no período t; d it : Demanda do item i no período t; G T N : Número arbitrariamente grande; : Horizonte de Planejamento; : Número total de itens. As seguintes variáveis de decisão são consideradas: X it : Unidades do item i produzidas no período t; I it : Unidades do item i estocados no período t; Y it : Variável binária que indica se a máquina foi preparada para produzir o item i no período t (Y it =1) ou não (Y it =0). Formulação do Problema: Minimizar T N T N T N h I c X s Y (2.1) it it it it it it t 1 i 1 t 1 i 1 t 1 i 1 Sujeito a: I X I d i=1,,n t=1,,t (2.2) it 1 it it it N N b X st Y Cap i=1,,n t=1,,t (2.3) i it i it t i 1 i 1

32 31 X GY 0 i=1,,n t=1,,t (2.4) it it Y 0,1 i=1,,n t=1,,t (2.5) it X e I 0 i=1,,n t=1,,t (2.6) it it Neste modelo, a função objetivo (2.1) minimiza a soma dos custos de produção, estoque e preparação. As restrições (2.2) são de balanceamento de estoque, ou seja, a quantidade produzida num período mais a quantidade disponível em estoque no início do período, menos o que sobrar em estoque no fim do período, deve ser igual à demanda do período. As restrições (2.3) são devido à limitação de capacidade onde se leva em consideração o tempo despendido para a produção dos itens e preparação das máquinas. As restrições (2.4) e (2.5) asseguram que o tempo e o custo de preparação são considerados apenas quando existe produção e, por fim, restrições de não negatividade são definidas em (2.6). Existem também modelos matemáticos de Problemas de Dimensionamento de Lotes Multiestágios que ocorre quando a produção de um item depende de outros itens, chamados de itens predecessores (ARAUJO, 2003). Araujo (2003) também apresenta um modelo matemático de Dimensionamento e Sequenciamento de Lotes Discreto (Discrete Lot Sizing and Scheduling Problem DLSP) e Contínuo (Continuous Setup Lot Sizing Problem CSLP). A diferença entre esses problemas é que o CSLP permite uma folga de capacidade no período, sendo possível iniciar um novo lote sem custo de preparação, enquanto no DLSP considera que, a partir do momento que houve preparação de máquina para um determinado item, toda capacidade do período deve ser utilizada. A seguir será apresentado um modelo de CSLP. Minimizar N T i 1 t 1 s Z h I (2.7) i it i it Sujeito a: I X I d i=1,,n t=1,,t (2.8) it 1 it it it bi X it CaptY it i=1,,n t=1,,t (2.9)

33 32 N i 1 Y 1 t=1,,t (2.10) it Z Y Y i=1,,n t=1,,t (2.11) it it it 1 Y 0,1 i=1,,n t=1,,t (2.12) it X it, Zit e I it 0 i=1,,n t=1,,t (2.13) Sendo que: s i : Custo de preparação do item i; h i : Custo unitário de estocagem do item i; b i : Tempo necessário para produzir uma unidade do item i; Cap t : Limite de capacidade (em unidades de tempo) no período t; d it : Demanda do item i no período t; T N : Horizonte de planejamento; : Número total de itens. As varáveis de decisão são as consideradas a seguir: Z it : Variável que indica se foi considerado o custo de preparação para produzir o item i no período t (a otimalidade faz com que ela assuma somente os valores 0 ou 1); X it : Unidades do item i produzidas no período t; I it : Unidades do item i estocados no período t; Y it : Variável binária que indica se a máquina foi preparada para produzir o item i no período t (Y it =1) ou não (Y it =0). A função objetivo (2.7) e as restrições (2.8), (2.12) e (2.13) são iguais às do modelo anterior (2.1)-(2.6). As restrições (2.9) permitem uma folga de capacidade no período, sendo possível iniciar um novo lote sem custo de preparação adicional

34 33 (Y it =0). As restrições (2.10) determinam que seja feita no máximo uma preparação por período. As restrições (2.11) indicam o início ou não de um novo lote. Alem Junior e Morabito (2009) apresentam um modelo matemático do problema integrado de dimensionamento de lotes e corte de estoque (PDLCE) baseado no caso de uma típica indústria moveleira de pequeno porte, considerando os processos de corte e furação como gargalos de produção. Portanto, no modelo foram considerados apenas o processo de corte e furação com capacidade limitada por um determinado tempo em cada período t, mas com possibilidade de utilizar horas extras para estender a produção. Admite-se que não ocorrem falhas nos equipamentos e que não há estoques intermediários, ou seja, todas as peças são cortadas e furadas no mesmo período t. O objetivo é determinar um plano de produção ótimo a um custo total mínimo, que é formado pelo custo de produção (C), custo de estoque (H + ), custo de falta (H - ), custo das placas ou da matéria-prima (CP), custo de preparação ou setup no corte e furação (CS e CF, respectivamente) e custo de hora-extra (CO), satisfazendo as restrições. Para o modelo de Alem Junior e Morabito (2009), seja: I J P T : O conjunto de produtos; : O conjunto de padrões de corte; : O conjunto de peças; : O conjunto de períodos, sendo T o horizonte de planejamento. O modelo possui os seguintes dados de entrada: c it : Custo de produzir uma unidade do produto i no período t; h it + : Custo de estocar uma unidade de produto i ao final do período t; h it - : Custo de falha/atraso de uma unidade do produto i ao final do período t; cp jt : Custo de produzir o padrão de corte j no período t; cs jt 1 : Custo de preparação da máquina seccionadora para produzir o