Sistemas de Produção: Estudos de Casos

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1 Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção Sistemas de Produção I Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr. Estudo de Caso 5 A Redução dos Lead Times Produtivos Objetivo: Este estudo de caso tem por finalidade analisar os principais pontos em um sistema de produção que interferem na composição dos lead times produtivos. Para tanto, foi criado um modelo no software de simulação Arena que permite analisar o desempenho de um sistema produtivo repetitivo em lotes frente a variações nos tamanhos de lotes, tempos de setups, distâncias entre máquinas, a existência ou não de gargalos e o processo de inspeções sucessivas ou inspeção final. Modelo: O estudo de caso 5 trabalha com um sistema produtivo repetitivo em lotes que fabrica dois produtos (produto 1 e produto 2) a partir de um mesmo roteiro de fabricação, com início na máquina 1, passando para a máquina 2 e finalizando na máquina 3. Os tempos produtivos para os dois produtos são iguais e podem estar nivelados nas três máquinas ou podem estar desnivelados com um gargalo na segunda máquina. A idéia é de estudar o efeito dos gargalos no lead time em função das filas geradas. Na simulação dos tempos nivelados, eles seguem uma distribuição normal de média 1 minuto e desvio padrão de 0,1 minutos por unidade em cada uma das três máquinas. Já na simulação do gargalo na segunda máquina, os tempos produtivos nessa máquina seguem uma distribuição normal de média 1,1 minutos e desvio padrão de 0,1 minutos, enquanto que os tempos produtivos nas máquinas 1 e 3 seguem uma distribuição normal com média 0,95 minutos e desvio padrão de 0,1 minutos. A Figura 1 apresenta a tela que é mostrada durante a animação da simulação do sistema produtivo proposto. Para analisar o efeito dos tamanhos dos lotes e dos tempos de setups na composição dos lead times produtivos, o sistema simulado admite a fabricação de três tamanhos de lotes diferentes: 10, 100 e 1000 unidades, dependendo da escolha do tomador de decisões. Sempre que entrar em uma máquina um lote com produtos diferentes da que estava sendo produzido, ocorrerá uma operação de setup na máquina. Esse setup poderá consumir, dependendo do tomador de decisões, 180, 18 ou 1,8 minutos. Uma vez escolhido o tamanho dos lotes, eles darão entrada no sistema, via fila da máquina 1, a intervalos de tempo seguindo uma distribuição normal de média 1 minuto e desvio padrão 0,1 minutos vezes o tamanho do lote. Por exemplo, para lotes de 100 unidades, o tempo entre entradas de lotes no sistema se dará em média a cada 100 minutos (Normal (1, 0,1) minutos vezes 100 unidades) com um desvio de 10%. A definição do mix de produção, ou seja, se o lote de entrada será do produto 1 ou do produto 2, seguirá uma aleatoriedade baseada em uma distribuição discreta com 50% de probabilidade para cada um dos produtos. Para evitar o aumento excessivo da fila de entrada na máquina 1, sempre que houver mais do que quatro lotes nessa fila, não será permitida a entrada de um novo lote no sistema. Com relação à disposição física das máquinas, para analisar o efeito da movimentação dos lotes nos lead times produtivos, o tomador de decisões poderá escolher três alternativas. As máquinas podem estar dispostas próximas, como células, com 4 metros de distância entre elas, ou em departamentos, com 40 metros de distância entre elas, ou ainda, em setores fisicamente distantes com 400 metros entre eles. Para movimentar os lotes entre as máquinas será usado um transporte. Uma empilhadeira com velocidade de 20 metros por minuto será empregada nas distâncias de 40 e 400 metros, e para 1 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

2 distâncias de 4 metros será usado um carrinho manual com velocidade de 10 metros por minuto. Os tempos de carregamento e descarregamento serão sempre de 0,1 minutos por unidade. Para representar essa dinâmica, na tela do sistema produtivo simulado as máquinas não mudarão de lugar, mas internamente no modelo as distâncias entre elas e o tipo de transporte serão alterados. Um quadro na tela de animação informa qual a distância que está sendo simulada. Figura 1 Tela do sistema produtivo simulado. Além dessas variáveis, o modelo simulado foi projetado para incluir na análise dos lead times produtivos a questão da forma de inspeção da qualidade nos produtos. O modelo permite trabalhar com o sistema de inspeção da qualidade de duas formas: auto inspeção ou inspeção final. No processo de auto inspeção o próprio operador da máquina faz a inspeção 100% dos produtos no contexto da autonomação, ou seja, existe um dispositivo que identifica imediatamente os lotes defeituosos, rejeitando em média 2% dos lotes. Os lotes rejeitados retornam para a fila da máquina 1 para serem corrigidos. Já no processo de inspeção final existe um inspetor que, depois da terceira máquina, faz a inspeção 100% dos produtos, gastando um tempo que segue uma distribuição normal de média 0,1 minutos e desvio padrão de 0,01 minutos por unidades. Ele rejeita em média 6% dos lotes inspecionados, que retornam para a fila da máquina 1 para serem corrigidos. Tentou-se manter uma equivalência teórica nos percentuais de rejeito para as duas situações, ou seja, 2% de defeitos vezes três máquinas de inspeção equivalem, matematicamente, a 6% de rejeitos no fim do processo, apesar de se saber que em inspeções sucessivas o índice de rejeito tende a diminuir a medida em que as inspeções se sucedem. Definidas as opções, o sistema produtivo será simulado sempre para um período de seis meses, ou minutos (480 minutos/dia * 5 dias/semana * 4 semanas * 6 meses), com um tempo de aquecimento para descarte de 2400 minutos. Na tela de animação do estudo de caso 5, durante a 2 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

3 visualização da animação da dinâmica do sistema produtivo, são apresentados os valores das decisões tomadas com relação ao tamanho dos lotes, tempo de setup e distância entre máquinas, além dos valores em unidades da produção total, do retrabalho e das filas de entrada das máquinas, bem como os lead times médio, máximo e mínimo, em minutos, dos lotes concluídos até o momento. Resultados: Ao final dos seis meses (57600 minutos) de simulação do sistema produtivo com os parâmetros escolhidos é apresentada uma tela com o relatório físico dos dados de entrada e dos dados de saída referentes ao desempenho da alternativa simulada. A Figura 2 mostra essa tela. No relatório de saída podem-se ver seis quadros de respostas: Produção, Setups, Dados de Entrada, Taxa de Ocupação, Lead Times e Estoque Médio. Figura 2 Tela do relatório de saída da simulação. Alguns dos valores apresentados no relatório de saída do estudo de caso 5 são apenas transcrições dos dados de entrada escolhidos para uma determinada alternativa a ser simulada. Eles servem para identificar e relacionar os resultados com a alternativa simulada. O quadro de resposta Dados de Entrada apresenta esses valores. Nesse quadro se podem ver os valores selecionados para o tamanho dos lotes, o tempo de setup, as distâncias entre as máquinas, a existência, ou não, de gargalo produtivo, e a forma de inspeção da qualidade. O quadro de resposta Produção do relatório de saída informa qual foi a produção total dos dois produtos, em unidades, obtida durante o período simulado, bem como qual foi a quantidade dentro 3 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

4 desse total que foi retrabalhada. Por exemplo, na tela de saída da Figura 2 pode-se ver que a produção total durante os seis meses de simulação foi de unidades, sendo que dessas 3100 unidades foram rejeitadas durante a inspeção (auto inspeção) e passaram pelo processo de retrabalho a partir da máquina 1. O quadro de respostas Setups do relatório de saída informa a quantidade de setups que foi realizada em cada máquina durante o período simulado. Por exemplo, na Figura 2 pode-se ver que durante os seis meses na máquina 1 foram realizados 256 setups, na máquina 2 foram 246 setups e na máquina 3 foram 244 setups. O quadro de respostas Taxa de Ocupação do relatório de saída fornece a taxa média de ocupação, durante os seis meses, das três máquinas e do equipamento de movimentação empregados no sistema simulado. O tempo gasto com os setups para troca de tipo de produto não está incluído na taxa média de ocupação das máquinas. Por exemplo, na tela de saída da Figura 2 pode-se ver que a máquina 1 teve, em média, uma ocupação de 92,00% do seu tempo, a máquina 2 uma ocupação média de 90,57%, a máquina 3 uma ocupação média de 87,88%, e o transporte (uma empilhadeira) uma ocupação média de 41,97% do seu tempo disponível. O quadro de respostas Estoque Médio apresenta o valor do estoque médio, em unidades, presente nas filas das três máquinas durante o período simulado. Por exemplo, na tela de saída da Figura 2 pode-se ver que valor dos estoques médios nas filas de entrada das três máquinas ficou em 453 unidades. Finalmente, o quadro de respostas Lead Times fornece os valores, em minutos, dos lead times médio, máximo e mínimo consumidos pelos lotes produzidos durante o período simulado. Por exemplo, na tela de saída da Figura 2 pode-se ver que o lead time médio dos lotes produzidos durante os seis meses de simulação ficou em 920,31 minutos. Enquanto que o lote que demorou menos tempo para passar pelo processo (lead time mínimo) gastou 498,04 minutos, e o lote que demorou mais tempo para ser completado (lead time máximo) consumiu 2146,87 minutos. Uma vez entendidos os dados físicos fornecidos pelo relatório de saída da Figura 2, pode-se passar para a apresentação das questões para a discussão do assunto proposto no estudo de caso 5, ou seja, como determinadas variáveis influenciam no desempenho do sistema produtivo, em particular, na composição dos lead times produtivos. Questões para Discussão: O estudo de caso 5 foi desenvolvido no sentido de analisar os principais pontos em um sistema de produção que interferem na composição dos lead times produtivos. Entre os fatores levados em consideração no modelo montado está o tamanho dos lotes, sem dúvida o maior responsável pelos altos lead times nos sistemas convencionais, os tempos de setups, o posicionamento físico dos recursos produtivos, a existência de gargalos no sistema, e a forma de inspeção da qualidade utilizada. Mantendo o princípio de estabelecer uma situação básica inicial e depois ir mexendo nas variáveis, uma a uma, para verificar seus efeitos sobre o lead time do sistema produtivo, propõem-se como alternativa básica inicial um lote de 100 unidades, setups de 18 minutos, com 40 metros de distância entre máquinas (layout departamental), capacidade de produção nivelada e auto inspeção da qualidade pelos operadores das máquinas. 4 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

5 A partir da simulação dessa proposta inicial, pode-se sugerir as seguintes questões para discussão das principais variáveis que interferem na formação dos lead times produtivos. 1. A partir da situação básica inicial, simule uma diminuição no tamanho dos lotes para 10 unidades. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais 2. A partir da situação básica inicial, simule um aumento no tamanho dos lotes para 1000 unidades. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais 3. A partir da situação básica inicial, simule uma diminuição nos tempos de setup para 1,8 minutos. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais 4. A partir da situação básica inicial, simule um aumento nos tempos de setup para 180 minutos. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais indicadores do sistema produtivo? Justifique com os dados simulados. 5. A partir da situação básica inicial, simule uma redução simultânea no tamanho dos lotes para 10 unidades e nos tempos de setup para 1,8 minutos. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais indicadores do sistema produtivo? Compare com os valores obtidos nas questões anteriores e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 6. A partir da situação básica inicial, simule uma diminuição das distâncias físicas entre as máquinas para 4 metros. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais 7. A partir da situação básica inicial, simule um aumento das distâncias físicas entre as máquinas para 400 metros. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais 8. A partir da situação básica inicial, simule uma redução simultânea no tamanho dos lotes para 10 unidades, nos tempos de setup para 1,8 minutos e nas distâncias físicas entre as máquinas para 4 metros. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais indicadores do sistema produtivo? Compare com os valores obtidos na questão cinco e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 9. A partir da situação básica inicial, simule a existência de gargalo na segunda máquina. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais indicadores do sistema produtivo? Justifique com os dados simulados. 10. A partir da situação básica inicial, simule a existência de gargalo na segunda máquina com uma redução simultânea no tamanho dos lotes para 10 unidades, nos tempos de setup para 1,8 minutos e nas distâncias físicas entre as máquinas para 4 metros. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? Compare com os valores obtidos na questão oito e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 11. A partir da situação básica inicial, simule a inspeção 100% no final do processo. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? E para os demais indicadores do sistema produtivo? Justifique com os dados simulados. 12. A partir da situação básica inicial, simule a inspeção 100% no final do processo com uma redução simultânea no tamanho dos lotes para 10 unidades, nos tempos de setup para 1,8 minutos e nas distâncias físicas entre as máquinas para 4 metros. Qual o efeito dessa mudança para os lead times do sistema? Compare com os valores obtidos na questão oito e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 5 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br