TECNOLOGIAS DE PROCESSO

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1 TECNOLOGIAS DE PROCESSO A conceituação mais antiga de automação, associada com a substituição de mão-de-obra humana por máquinas, sem dúvida alguma pode ter seus méritos questionados, embora não seja objeto de análise neste trabalho. Dentro de uma visão mais atual, onde a automação é vista como uma abordagem estratégica de produção que visa integrar ampla gama de novas tecnologias no processo produtivo, não se tem dúvidas sobre seus benefícios, tanto econômicos quanto sociais. O domínio dessa nova tecnologia trará vantagens competitivas para quem adotá-la, pois é cada vez maior o nível de exigência dos consumidores quanto à qualidade, preços e flexibilidade dos produtos. A automação permite que novos padrões de qualidade sejam incorporados aos produtos, ao mesmo tempo em que tornam extremamente flexível a produção, no sentido de possibilitarem grandes variações nos produtos sem perda de produtividade, desafiando o conceito clássico de produção em massa, que por tanto tempo foi um dos fatores principais da geração de riqueza nos países altamente industrializados. As tecnologias de processo são as máquinas, equipamentos e dispositivos que ajudam a produção a transformar materiais e informações e consumidores de forma a agregar valor e atingir os objetivos estratégicos de produção. Máquinas de fax, computadores, telefones móveis, robôs, aparelhos de radiologia, aviões, retroprojetores, máquinas-ferramentas e máquinas de lavagem de carros, são todos exemplos de tecnologia de processo. A automação é uma tecnologia que diz respeito à aplicação de sistemas mecânicos, eletrônicos e computadorizados para operar e controlar a produção. Esta tecnologia inclui: máquinas ferramenta automáticas para processar peças máquinas automáticas para montagem robôs industriais sistemas automáticos de manuseio e estocagem de materiais sistemas automáticos para inspeção e controle da qualidade controle e feedback do processo por computador sistemas computadorizados para planejamento, coleta de dados e tomada de decisões para apoiar atividades de produção Existem basicamente três tipos de automação: fixa, programável e flexível. Automação fixa É a característica de qualquer sistema onde a seqüência de operações seja fixada pela configuração dos equipamentos. Tem como feição dominante o alto investimento inicial em equipamentos, geralmente feitos sob encomenda para atender especificações de volume e produto típicos de cada empresa. Possibilite altas taxas de produção, embora às custas de pouca flexibilidade para acomodar mudanças nos produtos. Automação programável O equipamento é projetado com a capacidade de mudar a seqüência de operações para acomodar diferentes configurações de produtos. A operação é controlada por um programa préelaborado e novos programas podem ser preparados e colocados nas máquinas para produzir novos produtos. Também exigem altos investimentos em equipamentos de uso geral (mais flexíveis do que Página 1

2 os feitos sob encomenda) e fornecem menores taxas de produção em relação à automação fixa. Têm, no entanto, maior flexibilidade para lidar com mudanças nos produtos, sendo recomendáveis para a produção em lotes. Os sistemas programáveis são usados para volumes médios e pequenos de produção. Sempre que se deseje produzir um lote novo, o sistema é programado para o novo produto. Também a preparação física da máquina deve ser mudada: novas ferramentas devem ser carregadas e novos acessórios devem ser fixados. Essas operações consomem tempo, o que faz com que o ciclo de fabricação (tempo total decorrido entre o início e o término do produto) para um dado produto inclua um período para a preparação e a reprogramação, seguido por um período de produção do lote. Robôs industriais e máquinas ferramenta de controle numérico são exemplos de sistemas programáveis. Automação flexível A automação flexível é capaz de produzir vários produtos ou peças com muito pouco tempo perdido na mudança de um produto a outro. Não há empo perdido na produção enquanto se reprograma o sistema e altera-se a preparação física. O sistema pode produzir várias combinações e programações de produtos, ao invés de requerer que eles sejam feitos em lotes separados. Tal como nos sistemas de automação anteriores, o investimento em equipamentos (também neste caso feito sob encomenda) é bastante alto. Embora opere com taxas médias de produção, os sistemas flexíveis têm capacidade para produzir continuamente composições variáveis de produtos, graças à sua grande versatilidade em lidar com variações no projeto desses produtos. Na verdade, o que distingue a automação flexível da automação programável são as capacidades da primeira em mudar programas de fabricação sem tempo perdido na produção e em mudar a própria preparação física das máquinas, também sem tempo perdido na produção. Os programas são preparados à parte e transferidos eletronicamente para o sistema de produção. Também a preparação física é feita à parte e movida para o devido lugar ao mesmo tempo em que o novo produto (ou peça) entra na posição para processamento. A opção por um sistema de produção A opção por um sistema de produção, mais manualizado ou mais automatizado, depende em princípio tanto da variedade desejada nos produtos como no volume de produção. Para volumes muito altos e variedade muito baixa, são recomendáveis os sistemas de automação fixa, que levam a uma grande produtividade da mão-de-obra e alta padronização de produtos. Razões para a automação A principal razão para a automação: aumento de produtividade e competitividade daí resultantes, o que se consegue através de uma qualidade melhor dos produtos, melhor aproveitamento de matérias-primas, redução no ciclo de fabricação dos produtos e redução nos estoques de material em processo pode ser uma saída quando do alto custo da mão-de-obra ou da relativa falta deste, devido algumas vezes ao deslocamento da mão-de-obra para o setor de serviços da economia. Entre as principais queixas contra a automação, estão as seguintes: a automação degrada o trabalho, na medida em que transfere a habilidade humana para a máquina; a contra argumentação é a de que são exatamente as tarefas mais simples e repetitivas as que são automatizadas, o que eleva o nível do trabalho, ao invés de diminuí-lo; a automação gera desemprego e conseqüentemente perda do poder aquisitivo; não se pode esquecer também que a automação retirou do trabalhador uma série de operações perigosas, com o conseqüente aumento na segurança do trabalho. Por último, a questão do desemprego é em si mesma polêmica, já que o crescimento da automação gera empregos na indústria de bens Página 2

3 de capital, advindo daí o movimento de consumo que se multiplica por toda a economia, gerando indiretamente empregos em outros setores (obviamente, mão-de-obra mais especializada). Tecnologia de processo e produto/serviço Tecnologia de processo auxilia ou melhora o processo de produção do produto ou serviço. Já a tecnologia de produto ou serviço serve para melhorar o produto ou serviço. Algumas vezes, desenvolver tecnologia de produto será visto como mais importante do que desenvolver tecnologia de processo, e algumas vezes vice-versa. Um fator que influencia isso é o estágio do produto ou serviço em seu ciclo de vida, isto é, a maturidade do produto. O desenvolvimento de tecnologia de produto é interessante na fase de introdução do produto, quando a taxa de inovação deve ser alta e deve-se maximizar o desempenho do produto. Já o desenvolvimento de tecnologia de processo é interessante na fase de maturidade do produto, quando sua taxa de inovação é baixa e deve-se buscar minimizar os custos do processo de produção para obter maiores lucros. Exemplo: desenvolvimento de tecnologia de produto de um novo pneu (pax) e desenvolvimento de tecnologia de processo quando este pneu já tiver uma fatia do mercado garantida e precisar de menores custos, visando obter maiores lucros, em vista na tendência de queda no preço dos produtos. Gerenciamento de operações e tecnologia de processo Os gerentes de produção estão continuamente envolvidos com o gerenciamento de tecnologias de processos. Para fazer isso efetivamente eles devem ser capazes de: articular como a tecnologia pode melhorar a eficácia da operação; estar envolvidos na escolha d tecnologia em si; gerenciar a instalação e a adoção da tecnologia de modo que não interfira com as atividades em curso na produção; integrar a tecnologia com o resto da produção; monitorar continuamente seu desempenho; e atualizar ou substituir a tecnologia quando necessário. Os gerentes de produção precisam saber o suficiente sobre os princípios por trás da tecnologia, para estar seguros ao avaliar alguma informação técnica, ser capazes de lidar com os especialistas na tecnologia e confiantes o bastante para fazer as perguntas relevantes. Certamente, há algumas questões fundamentais, que qualquer gerente de produção precisa ser capaz de responder quando gerencia algum tipo de tecnologia. O que a tecnologia faz que é diferente de outras tecnologias similares? Como ela faz isso? Isto é, quais características particulares da tecnologia são usadas para desempenhar suas funções? Que benefícios a tecnologia usada dá para a operação produtiva? Que limitações a tecnologia usada traz para a produção? Manufatura integrada por computador (CIM Computer Integrated Manufacturing) O CIM é interpretado como tendo um sentido um pouco mais amplo do que o CAD e o CAM, os quais dizem respeito às funções de engenharia no projeto e na produção, respectivamente. O CIM inclui todas as funções de engenharia do CAD/CAM, mas também inclui várias outras funções na empresa. Na verdade, do ponto de vista ideal o CIM aplica a tecnologia do computador a Página 3

4 todas as funções operacionais e de processamento da informação na fábrica, desde o recebimento do pedido, passando pelo projeto e produção e indo até a expedição do produto. O conceito básico é o de que todas as funções da empresa ligadas à função de produção sejam incorporadas num sistema integrado por computador para assistir e/ou automatizar as operações. Neste sistema integrado, as saídas de uma atividade servem como entrada para a próxima, através da cadeia de eventos que começa com a venda e termina com a expedição do produto. A integração dos desenvolvimentos separados em tecnologia de manufatura exemplificados pelo FMS pode ser levada mais adiante. O FMS integra aquelas atividades que estão preocupadas diretamente cm o processo de transformação, mas não necessariamente as outras atividades, que devem ter acontecido antes da transformação. Os produtos foram projetados, por exemplo, possivelmente, usando uma tecnologia de projeto auxiliado por computador (CAD computer aided design). De maneira similar, a atividade de planejamento da produção deve ter ocorrido, de outro modo o sistema de manufatura não saberia o que fazer ou quando fazer. Por trás dessas atividades, outros sistemas na organização, que prevêem vendas, tomam pedidos, estabelecem padrões de qualidade, planejam manutenção e assim por diante, também estarão acontecendo. O sistema de manufatura em si, que transforma materiais diretamente, está no centro de muitos outros procedimentos, atividades e sistemas. Sabendo-se que esses sistemas de contorno também utilizam computadores, deve existir potencial para que esses sistemas sejam integrados com as tecnologias de processamento direto de materiais, como os FMS. Esse integração mais ampla é conhecida como manufatura integrada por computador. Ela pode ser definida como o monitoramento baseado em computador e controle de todos os aspectos do processo de manufatura, baseado num banco de dados comum e se comunicando através de alguma forma de rede de computador. Não importa como CIM é definido. A integração de tecnologias e sistemas, que poderiam por si só manter a produção é seu ponto central. As tecnologias básicas, que ajudam a projetar produtos, controlar máquinas que conformam os materiais, transportar materiais e gerenciar alguns dos aspectos operacionais do processo de manufatura agregam-se em estágios. O primeiro estágio é a integração entre áreas de atividade, para produzir essas tecnologias combinadas, como CAD/CAM e FMS. O segundo é a integração das atividades CIM da organização com outras funções e talvez mesma fornecedores e consumidores, abordagens que foram chamadas de empreendimento integrado por computador (CIE computer integrated enterprise). CIM centrada nas pessoas A conveniência do aparentemente inexorável progresso no sentido da crescente automação tem sofrido questionamentos. Alguns argumentam que, sob uma perspectiva puramente técnica do desenvolvimento dos sistemas de manufatura integrada, as tecnologias de processo estão negligenciando a habilidade das pessoas que os compõem. Em vez de projetar sistemas CIM segundo critérios técnicos e então considerar como as pessoas deverão adequar-se a eles, argumenta-se que deveria ser adotada uma abordagem de projeto paralelo. Isso encoraja os usuários a integrar suas habilidades e contribuições para os elementos tecnológicos do sistema. Página 4

5 Comparação de projetos de sistemas centrados em tecnologia e centrados em pessoas Tecnologias de Processo Ponto de escolha do projeto Alocação de função Arquitetura de sistemas Características de controle da interface homem-máquina Características de informação Alocação de responsabilidades Sistemas centrados em tecnologia Operador executa somente aquelas funções que não podem ser automatizadas Sistema de controle centralizado, com máquinas de produção controladas no mais alto nível possível Ações do usuário ritmadas e reguladas pelas diretivas armazenadas em máquina Dados de status do sistema apresentados somente par gerenciamento; acesso aos usuários operários limitado Trabalho controlado por especialistas funcionais Sistemas centrados em pessoas Operador aloca funções dependendo das circunstâncias e julgamentos particulares durante a produção Sistema de controle descentralizado, com máquinas controladas no mais baixo nível possível Escolha e controle do usuário maximizadas, a tecnologia não dita métodos de trabalho Dados de status de sistemas disponíveis em todas as máquinas; facilidade da comunicação de interfunções Trabalho controlado por mão-deobra direta multi-habilitada Manufatura auxiliada por computador (CAM Computer Aided Manufacturing) O CAM é definido como o uso efetivo da tecnologia do computador no planejamento, gerência e controle da função de produção. As aplicações do CAM podem ser assim divididas em duas grandes categorias: no planejamento da produção no controle da produção as quais representam dois diferentes níveis de envolvimento do computador nas operações de fábrica. As aplicações no planejamento da produção são aquelas nas quais o computador é usado indiretamente para apoiar a função de produção, mas não há conexão direta entre o computador e o processo. O computador trabalha por fora do fluxo produtivo dando informações para o planejamento e gerência da produção. Alguns usos particulares são os seguintes: estimativas de custos: o computador é programado para aplicar taxas de mão-de-obra e despesas indiretas para a seqüência planejada de operações de novos produtos. Os custos individuais dos componentes são somados pela lista de materiais para se determinar o custo total do produto. planejamento do processo: diz respeito à preparação da seqüência de operações nos centros de trabalho para produzir o produto e os componentes; programação de máquinas de controle numérico: geração de instruções de controle par peças de geometria complexa; desenvolvimento de tempos padrão: através de pacotes comercialmente disponíveis para estabelecer tempos padrão, usando tempos elementares; balanceamento de linha: o uso do computador é necessário, se a linha for muito grande; Página 5

6 Planejamento e controle da produção e estoques: inclui a manutenção de registros de estoques, emissão automática de pedidos, programação da produção, manutenção de prioridades correntes para ordens de produção, MRP, etc. Quanto às aplicações no controle da produção, elas dizem respeito à gerência e controle de operações físicas na fábrica, tais como Controle do Processo, Controle de Qualidade, etc. São aplicações comuns nos sistemas automatizados de produção e incluem: sistemas de montagem e transferência de peças numa seqüência de operações, controle numérico, robótica, manuseio e estocagem automatizados e sistemas flexíveis de manufatura. Permite que máquinas (normalmente máquinas operatrizes) executem suas operações seguindo instruções de um computador. Através de dispositivos servomecânicos, o computador determina a velocidade de avanço e de rotação, efetua medidas dimensionais, seleciona ferramental, controla a velocidade de alimentação das peças a serem trabalhadas, a profundidade de corte, as forças e momentos a serem aplicados, etc. Tecnologia de processamento de materiais, informação e consumidores Desde os anos 80, a maioria das operações produtivas tem visto um notável aumento na taxa de inovação de suas tecnologias de processo. Por trás de quase todos esses avanços tecnológicos está um fator dominante: a disponibilidade de microprocessadores de baixo custo disponíveis comercialmente. Tecnologia de processamento de materiais: máquinas-ferramentas de controle numérico, robótica e veículos guiados automaticamente São elas: Máquinas de controle numérico Robótica Veículos guiados automaticamente Sistemas flexíveis de manufatura A manufatura integrada por computador coloca-se no pacote de tecnologias de processamento de materiais. Máquinas-ferramentas de controle numérico São máquinas que executam operações segundo as instruções de um computador. Máquinas com tais características são ditas de controle numérico (NC numerically controled) quando as instruções ou programas são armazenados em fitas ou cartões perfurados (sistemas mais antigos). Quando as instruções são armazenadas em chips ou outro meio eletrônico, são ditas máquinas CNC (computer numerically controled). As máquinas CNC podem ser programadas e reprogramadas de acordo com as necessidades do momento, já que cada uma dispõe de um computador. As denominadas máquinas DNC (direct numerically controled) são controladas por um computador central e não individual. O conjunto de instruções codificadas e os computadores ligados à máquina tomaram o lugar do operador, que anteriormente controlava a máquina manualmente. Esta substituição dá mais acuidade, precisão e repetitividade ao processo. Pode também dar mais produtividade, parcialmente através da eliminação de possível erros de operador, parcialmente porque o controle por computador pode definir padrões ótimos de corte, parcialmente por causa da substituição de mãode-obra habilidosa e cara. Página 6

7 As máquinas-ferramentas de CN mais recentes não fazem muito mais do que as convencionais que elas substituíram. Fazem, sim, melhor e mais barato, ou ambos. As mais recentes tecnologias desenvolveram-se nos dois sentidos. Primeiro, aumentaram o grau de liberdade com que as cabeças de corte se movem. O segundo desenvolvimento foi a habilidade de maioria dos centros automatizados de mudar suas próprias ferramentas (magazines com diferentes ferramentas de corte estão armazenados dentro da máquina). Juntos, esses dois desenvolvimentos aumentaram muito a variedade de diferentes peças que as máquinas podiam produzir, assim coo permitiram que peças mais complexas fossem usinadas. Os desenhos feitos em CAD alimentam os computadores que controlarão as máquinas CNC e DNC. Uma grande vantagem dos sistemas CNC é que melhoram a capacidade dos processos, diminuindo a variabilidade e os refugos com a conseqüente melhoria na qualidade. Tópico sobre CAD O CAD permite dar suporte à função de projeto. Ele pode ser definido como qualquer atividade de projeto que envolva o suo efetivo do computador para criar, modificar ou documentar um projeto de engenharia. Os benefícios decorrentes dele são inúmeros. Os arquivos técnicos de desenhos, hoje são armazenados por meio eletrônico. Com ele ocorreu o desaparecimento quase que completo das salas de desenho, com suas inúmeras pranchetas. Cálculos de volume, peso, dimensões, resistência à tração, à compressão, condutividade térmica e outros são efetuados diretamente pelo computador, de forma precisa e rápida, dispensando-se assim a construção de dispendiosos modelos físicos. A classificação e a codificação podem ser efetuadas em função da forma física, facilitando a identificação futura. Há várias razões para se usar um sistema com o CAD: para aumentar a produtividade do projetista, reduzindo o tempo necessário para sintetizar, analisar e documentar o projeto; para melhorar a qualidade do projeto, permitindo ao projetista fazer uma análise de engenharia mais completa e considerar maior número de alternativas de projeto; para melhorar a documentação do projeto: a saída gráfica do sistema CAD resulta em melhor documentação do projeto em relação aos desenhos manuais; para criar um banco de dados para a manufatura: no processo de criação da documentação para o projeto de produto (especificações geométricas, dimensões dos componentes, especificações dos materiais, lista de materiais, etc); boa parte do banco de dados necessário para fazes o produto é criado. Vantagens do CAD permite simular montagens e analisar suas conseqüências nos processos de fabricação e na obtenção da qualidade desejada; seu contato com a manufatura: informações do CAD irão alimentar o processo manufatureiro na escolha das máquinas e ferramental adequados, no roteiro dos processos (routings), permitindo a simulação de processos alternativos; facilita o desenvolvimento de projetos em localidades distintas. Isso vem facilitando tremendamente o desenvolvimento de novos produtos, processos, etc., melhorando sua qualidade, melhorando a padronização de produtos, facilitando a documentação e criando um banco de dados consistente. Essa troca tem sido tão freqüente que já se criou um padrão de transferência de dados o STEP (Standard for the Exchange of Product Data) Página 7

8 modelagem geométrica, ou seja, o desenvolvimento de uma descrição matemática da geometria do objeto. O modelo matemático permite ao usuário obter uma imagem n terminal gráfico e fazer certas operações com o modelo: criar novos modelos a partir de módulos básicos disponíveis no sistema, gerar e mover as imagens na tela, ampliar partes específicas, etc; análise de engenharia: após escolhido um particular projeto, pode-se fazer cálculos de tensões, análise de transferência de calor, cálculos de volume, área da superfície, determinação do centro de gravidade e simulações; apresentação e documentação: para preparar rapidamente desenhos de engenharia de alta precisão. Robótica O robô nada mais é que uma máquina controlada por computador. Um robô pode ser definido como um manipulador automático multifunção reprogramável que tem diversos graus de liberdade, capaz de manusear materiais, peças,. Ferramentas ou dispositivos especializados através de movimentos programados variáveis, para desempenho de uma variedade de tarefas. Freqüentemente tem a aparência de um ou diversos braços, terminando em um pulso. Sua unidade de controle usa um elemento de memória e algumas vezes pode usar sensores e dispositivos de adaptação, que levam em conta o ambiente e as circunstâncias. Essas máquinas de múltiplos propósitos são geralmente projetadas para executar funções repetitivas e podem ser adaptadas a ouras funções sem alternação permanente do equipamento. A maioria dos robôs é controlado de maneira similar às máquinas-ferramentas CN, mas a maioria dos robôs tem muitos graus de liberdade. Em termos de suas aplicações, os robôs podem se classificados como segue; robôs de manuseio: para manuseio, carga e descarga de peças de trabalho robôs de processo: a peça é segurada pelo robô nos vários tipos de operações de trabalho em metal (corte, perfuração, esmerilhamento, raspagem), ligação de materiais (soldagem, colagem, rebitagem), tratamentos de superfícies (pinturas, revestimento de superfície, polimento), etc. robôs de montagem: são usados para montagem de peças, componentes e produtos completos. Mais recentemente, novos robôs podem também incluir alguma retroalimentação sensorial (ainda que limitada), através de controle de visão e controle de toque. De fato, a maioria dos robôs é na prática usada para operações corriqueiras como: soldagem pintura empilhamento de contenedores esmerilhamento embalagem carregamento e descarregamento de máquinas Nessas tarefas, o atributo dos robôs que está sendo explorado é sua habilidade de desempenhar tarefas repetitivas, monótonas e, algumas vezes, perigosas por longos períodos, sem variação e sem reclamação. Um exemplo de robô pode fazer movimentos para frente e para trás, para os lados, para cima e para baixo. Tem capacidade de carregamento de carga. Tem precisão de parada de 0,1mm. Pode ser usado para transportar peças para um torno, pode trabalhar com ferramentas, como um Página 8

9 equipamento de solda. Vem com um painel de controle e uma prancheta eletrônica para programação dos movimentos, que pode ser feita via computador. Os robôs, além da mão-de-obra direta que economizam, têm maior flexibilidade no projeto de peças, operam durante 24 horas por dia, realizam tarefas perigosas, podem trabalhar em ambientes insalubres, não têm fadiga, produzem com qualidade uniforme, etc. Veículos guiados automaticamente (AGVs Automated Guided Vehicles) O transporte e a alimentação das máquinas podem ser automatizados através dos chamados AGV (automated guided vehicles veículos comandados por computador), que operam em sistemas ASRS (automated storage and retrieval systems sistemas computadorizados de armazenagem e coleta). Ou seja, são pequenos veículos autônomos que movem materiais de e para operações agregadoras de valor. São usualmente guiados por cabos enterrados no chão da fábrica e recebem instruções de um computador central. Variações desse arranjo incluem AGVs que têm seus próprios computadores ou sistemas de guia a bordo. São um meio de automatizar a atividade de movimentação, que não agrega valor do produto. Além das vantagens de custo, pela substituição do trabalho humano por tecnologia, o uso de AGVs pode ajudar a promover entregas just in time de peças entre etapas no processo de produção. Em algumas indústrias, eles também são usados como estações de trabalho móveis para substituir os mais tradicionais sistemas de esteiras transportadoras. A habilidade de se moverem independentemente reduz o efeito do ritmo em cada estágio do processo e permite variação no tempo que cada estágio leva para desempenhar sua tarefa. Os AGVs são, algumas vezes, usados para mover materiais como livros em bibliotecas, correspondências em escritórios e amostras em hospitais. Sistemas flexíveis de manufatura (FMS Flexible Manufacturing Systems) Um FMS pode ser definido como uma configuração controlada por computador de estações de trabalho semi-independentes, conectadas por manuseio de materiais e carregamento de máquinas automatizados. Essa definição dá uma idéia das partes componentes de um FMS: Estações de trabalho CN, sejam: máquinas-ferramentas ou centros de trabalho mais sofisticados, automatizados ou máquinas ferramenta de controle numérico, que desempenham operações mecânicas ; Instalações de carga e descarga, freqüentemente robôs, que movem peças de e para as estações de trabalho Manuseio e estocagem de material: instalações de transporte e/ou manuseio de materiais, que movem peças entre estações de trabalho (podem ser AGVs ou esteiras ou trilhos transportadores ou, se as distâncias são pequenas, robôs), algumas vezes incorporando estocagem na função Um sistema central de controle, por computador, que controla e coordena as atividades do sistema (estações de trabalho, AGVs, robôs), e também o planejamento e o seqüenciamento de produção e o roteamento das peças através do sistema. Um FMS pode ser descrito como: Sistema flexível restrito (dedicated): usado para produzir uma variedade limitada de configurações de peças. Há pequenas diferentes de geometria entre as peças e o projeto de produto é considerado estável. A seqüência de máquina é idêntica ou quase idêntica para todas as peças processadas. Página 9

10 Sistema flexível de ordem aleatória: é mais versátil que o sistema restrito e bastante útil quando a família de peças é grande e quando existem muitas variações na configuração das peças, ou quando há freqüentes mudanças de projeto e a programação da produção é variável dia-a-dia. É capaz de processar peças em seqüências variadas. Um FMS tem tecnologias integradas em um sistema, que tem o potencial para ser melhor do que a soma de suas partes. Com efeito, um FMS é uma microoperação autocontida, que é capaz de manufaturar em componente completo do início ao fim. As flexibilidades de cada uma das tecnologias individuais combinam-se para fazer de um FMS (pelo menos em teoria) uma tecnologia de manufatura supremamente versátil. Uma seqüência de produtos, todos diferentes, mas dentro do pacote de capacitações do sistema, poderia ser processada no sistema em qualquer ordem, e sem demora para troca entre os produtos. O conceito de pacote de capacitações é importante aqui. Qualquer conjunto de máquinas dentro de um FMS tem limitações no tamanho e na forma dos materiais que pode processar. A implicação disso é que os FMS são mais bem adaptados para aplicações de manufatura em que os projetos das peças são basicamente similares e ainda cujos tamanhos de lotes devam ser pequenos (talvez apenas um). UM FMS consiste de um grupo de unidades de processamento (predominantemente máquinas ferramenta de controle numérico computadorizado - MFCNC) interconectadas através de um sistema automatizado de estocagem e manuseio de material, controladas por uma sistema integrado de computador. Os FMS variam consideravelmente em sua complexidade e tamanho, e o termo FMS é freqüentemente usado para tecnologias que são bem pouco similares. Por exemplo, um FMS pode ser criado para produzir uma única peça. Outro pode produzir um único produto por longos períodos, mas então mudar rapidamente para outro produto. Esta última situação é usualmente realizada pelo que é algumas vezes chamada de linha transfer flexível (FTL flexible transfer line).a faixa de o que é considerado um FMS segue a seguir: FMS compacto FMS complexo 2 4 máquinas-ferramentas máquinas-ferramentas Transporte por esteira Armazenagem e recuperação possivelmente automatizadas Controlador microprocessador local ligado via LAN (Local Area Network ou Rede de Área Local) Dois robôs $ 3 milhões, dos quais - máquinas-ferramentas = 50-55% - manuseio/transporte = 15-20% - controle e comunicações = 20-25% - planejamento e treinamento = 10% Expansão relativamente limitada AGVs Armazenagem e recuperação automatizadas Mainframe ou microcomputador, possivelmente com computador de reserva Múltiplos robôs $ milhões, dos quais - máquinas-ferramentas = 35-40% - manuseio/transporte = 15% - controle e comunicações = 25-30% - planejamento e treinamento = 15-20% Potencial de expansão aberto FMS são realmente flexíveis? O sistema FMS recebe o nome de flexível por ser capaz de processar uma variedade de diferentes tipos de peças, simultaneamente nas várias unidades de trabalho. Página 10

11 Os FMS são mais flexíveis que os anteriores, que requeriam que as instruções para a máquina fossem fixadas em seu hardware. As novas tecnologias de manufatura, como os FMS, mantêm suas instruções na forma de software (programas de computador), que podem ser muito facilmente mudados. Entretanto, os FMS podem se mais flexíveis do que qualquer tecnologia de manufatura automatizada, mas podem não ser mais flexíveis do que os sistemas de manufatura tradicionais que almejam substituir. As operações de algumas variedade e de volumes relativamente baixos, em que os FMS parecem ser os mais apropriados, teriam anteriormente usando máquinas ferramentas stand-alone (independentes), arranjadas ou em um arranjo físico por processo ou celular. Tal sistema de manufatura é extremamente flexível em termos de variedade de componentes que pode processar, certamente mais flexível do que qualquer FMS. Talvez seja por isso que os FMS são usados para aplicações em que a faixa de peças a produzir não é particularmente ampla. Fatores a serem considerados na viabilidade de implantação de um FMS Experiência anterior na utilização de sistemas CNC Fatores econômicos externos Volume do capital necessário Tempo necessário para implantação Necessidades de treinamento de operadores Envolvimento e interessa da alta administração Além dos aspectos acima considerados e a fim de amortecer o impacto das alterações tecnológicas da mudança, necessário se faz elaborar um detalhado plano mestre para a automação, reconhecer e avaliar os riscos, constituir um grupo de pessoas devidamente preparadas para levar à frente o programa e definir um horizonte de tempo que não seja muito curto insuficiente para a absorção dos novos fatos nem muito longo chegaria atrasado no mercado, lembrando sempre que as pessoas constituem a chave do sucesso. Onde aplicar os sistemas flexíveis de manufatura? Os FMS são considerados como uma ponte entre as linhas de alta produção e as máquinas de controle numérico de baixa produção. Sua vantagem sobre as máquinas isoladas de controle numérico baseiam-se na produção mais alta; sobre a linha convencional a vantagem é a flexibilidade na acomodação de peças ou produtos diversificados. Algumas possíveis vantagens do FMS Maior flexibilidade de produto, ou seja, maior habilidade de introduzir mudanças nos projetos dos produtos Redução do lead time e do tempo de travessia (porta da fábrica) Economia de estoque (especialmente de material em processo): com a redução do tempo de troca ou de preparação da integração dos elementos do processo, o fluxo de materiais torna-se mais uniforme ao longo da fábrica Utilização aumentada: isso pela redução do tempo gasto esperando que produtos sejam colocados nas máquinas, máquinas paradas aguardando preparação, manutenção, etc Redução dos tempos de preparação Número de máquinas ou operações reduzido: integração física das operações em menos e mais complexas máquinas Página 11

12 Qualidade aumentada: em parte pelo FMS e em parte por outros investimentos das empresas, sendo capazes de atingir altos níveis de qualidade Economia de espaço Dependência de subcontratados reduzida Economia no uso de mão-de-obra especializada (menor número de pessoas na distribuição e controle da produção) Prontidão de resposta aos consumidores aumentada (rapidez e qualidade de serviço) Ciclos de inovação da produção mais rápidos Capacidade melhorada de fazer protótipos A evolução das máquinas-ferramentas tradicionais para o FMS envolve uma substituição gradual de operações manuais por operações automatizadas. Pré-requisitos para a implantação de um sistema flexível de manufatura (FMS) Um sistema flexível de manufatura é um agrupamento de estações de trabalho, semiindependentes controladas por computador, interligadas por um sistema automatizado de transporte (ou manuseio). Assim, é uma evolução em relação às máquinas CNC que trabalham isoladamente. A integração das mesmas, através de sistema automatizado de transporte, também controlado por computador (AGV), define um FMS. Sua implantação é indicada quando se tem alta variedade de peças a produzir, em volumes de produção baixo a médio. Quando o volume é muito alto, recomendam-se os sistemas dedicados. O papel do computador é essencial, pois controla, além do sistema de transporte, a carga e a descarga das máquinas (sistema de transferência) e o corte do metal, monitorando ainda o desgaste das ferramentas de corte, o movimento da peça de uma máquina para a outra, a preparação (setup), a inspeção, os ajustes da ferramenta, a programação da produção, a expedição, etc. Quanto à inspeção da qualidade é possível controlar 100% da produção. Os sistemas são tão sofisticados que qualquer alteração na qualidade, como por exemplo variação em alguma dimensão, interrompe o funcionamento da máquina e alerta o operador ou, em alguns casos, marca, com um jato de tinta, a peça defeituosa para ser mais facilmente identificada pelo operador. Outro pré-requisito para o sucesso é o treinamento exaustivo dos operadores do sistema, que devem ser pessoas altamente habilitadas. Características de volume e variedade Essas tecnologias diferem em seus níveis de flexibilidade e desempenho econômico e, portanto, cada uma vai ser apropriada para diferentes partes do continuum de volume-variedade. As máquinas-ferramentas de CN isoladas (stand-alone) podem lidar com variedades muito altas, mas tornam-se antieconômicas se os volumes não forem baixos. Os centros automatizados de CN ampliam levemente a faixa de volumes que podem ser manufaturados. Os FMS simples, que não incluem transferências automáticas entre máquinas, algumas vezes chamados células de manufatura (FMC flexible manufacturing cells), podem lidar com volumes mais altos economicamente, mas limitam a variedade de peças e formas que podem ser feitas. Os FMS ocupam o nível intermediário da matriz, enquanto as linhas transfer flexíveis (FTL flexible transfer lines) são destinadas a faixas de produtos estreitas, mas com altos volumes. Com volumes muito altos, com pequena ou nenhuma variedade, provavelmente será mais adequada uma tecnologia totalmente dedicada, especificamente projetada para a seqüência particular de operações. Página 12

13 Dimensões de tecnologia Todas as operações fazem escolhas em relação a suas tecnologias, todavia, e sempre há formas alternativas de configurar qualquer tecnologia. A exploração dessas alternativas envolve pensar em 3 dimensões: O grau de automação da tecnologia, isto é, quanto ela substitui o trabalho humano por tecnologia A relação entre o esforço tecnológico e o esforço humano que empregam é algumas vezes chamada de intensidade de capital da tecnologia de processo. Dois benefícios do grau crescente de automação em uma tecnologia de processo são usualmente citados; economiza custos de mão-de-obra direta reduz a variabilidade da operação Dentro deste item, alguns pontos precisam ser considerados antes de automatizar, porque isso nem sempre leva a uma economia de custo global: - A tecnologia pode desempenhar a tarefa melhor ou de forma mais segura o que uma pessoa? - A tecnologia pode cometer menos erros, mudar de uma tarefa para a seguinte mais rápido e com mais confiabilidade, ou responder melhor a quebras? - Que atividades de apoio, como manutenção ou programação, a tecnologia precisa para funcionar efetivamente? Qual seria o efeito sobre os custos indiretos? - A tecnologia pode lidar com novas possibilidades de produtos ou serviços tão efetivamente como as alternativas menos automatizadas? A automação representa um risco tanto quanto uma oportunidade. - Qual é o potencial de melhoria na criatividade humana e solução de problemas com o desempenho da máquina? Vale a pena livrar-se do potencial humano junto com os custos? Atenção: a tecnologia pode ser vista como uma panacéia para todos os males da produção, um fixação em tecnologia que evita problemas mais fundamentais. Se os métodos e os processos são em si ruins, a tecnologia somente vai acelerar os problemas e não os solucionar. Há consideráveis benefícios a serem ganhos em repensar a metodologia global de produção, seja feito ou não o investimento subseqüente em tecnologia. Talvez a ordem correta seja primeiro melhorar os métodos de produção e somente então investir em tecnologia automatizada onde ela foi necessária. Escala da tecnologia, isto é, tamanho da capacidade da tecnologia As operações freqüentemente precisam decidir entre adquirir uma unidade de tecnologia de grande escala ou diversas menores. As vantagens das tecnologias de grande escala e de pequena escala podem ser vistas no quadro a seguir. Página 13

14 Vantagens da tecnologia de grande escala As economias de escala podem levar a custos menores por produto ou serviço entregue Custos de capital mais baixos por unidade de capacidade Pode incorporar elementos de apoio e de controle na tecnologia (por exemplo, instalações de sanitários em ônibus grandes) Pode trabalhar de forma compartilhada para melhor utilização (por exemplo, processamento em lotes em sistemas de computador centralizados) Vantagens da tecnologia de pequena escala Boa flexibilidade de mix cada unidade de tecnologia pode estar engajada em diferentes atividades Alta robustez contra falhas Risco de obsolescência mais baixo Podem ser alocadas mais perto de onde a tecnologia é necessária Grau de integração da tecnologia, isto é, quantas partes diferentes da tecnologia são conectadas umas com as outras Integração significa ligação de atividades anteriormente separadas com um único sistema. Os benefícios da integração vêm diretamente dos efeitos da combinação de diversas unidades de tecnologia separadas em um todo sincronizado simples. Primeiramente, existe travessia mais rápida de informações ou de materiais. Segundo, e como conseqüência da velocidade de travessia, o estoque de materiais ou informações será menor. Terceiro, o fluxo é simples e previsível. Também há menor retrabalho de atividades de entrada de dados. Quando os sistemas não se comunicam, os dados de produção, por exemplo, são inseridos em diferentes sistemas por diferentes pessoas algumas vezes. Com o sistema integrado, a entrada pode ser única. A tecnologia integrada pode ser mais cara. Quanto mais integrada, mais altas podem ser as habilidades necessárias para mantê-la. Quando ocorrem falhas, todo o sistema integrado provavelmente vai parar. Em um sentido, isso faz a fábrica mais vulnerável. Se a integração envolve sincronização de diversos estágios da produção, que, de outra forma, estariam fracamente conectados em séries ou linhas, essa desvantagem de integração pode ser uma forma útil de disciplina. Se um elo de uma corrente pára, então o outro também deveria parar. Fazer de outro modo significaria produzir estoque de material em processo, não para o consumidor final. Este é um dos dogmas da manufatura Just in Time. Página 14