SELEÇÃO DE UM SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA UTILIZANDO ANÁLISE MULTI-CRITÉRIO

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1 SELEÇÃO DE UM SISTEMA FLEXÍVEL DE MANUFATURA UTILIZANDO ANÁLISE MULTI-CRITÉRIO Danilo Maccari Vera Lúcia D. do Valle Pereira, Dra. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção - UFSC C.Postal CEP Florianópolis - SC - danilo@eps.ufsc.br Abstract: A decision support framework is developed to aid the decision-maker in selecting the most appropriate technology and design when planning a flexible manufacturing system. The freamework can be used in the preinvestiment stage of planning process, after the decison in principle has been made to build a FMS. To select a FMS, both qualitative and quantitative criteria are used to narrow the set of alternative system configuration to few more attractive. Objectives and subjectives features are gave by actors presents in the decision process, that will contribute to build a representative hierarchy structure of all points of view presents in the selection. Keywords: Flexible Manufacturing System, Multi-Criteria Decision Aid, Decision Support System. 1. Introdução Muitas empresas têm como objetivo manter ou ganhar competitividade no mercado pela exploração das vantagens de modernas tecnologias de manufatura. Uma destas tecnologias que tem se tornado popular nas últimas décadas são os Sistemas Flexíveis de Manufatura (FMS). A principal meta de implementação de um FMS é fazer do processo de produção convencional um processo tão versátil e flexível em termos de, entre outras coisas, habilidade de produzir uma variedade de produtos com diferente graus de complexidade, produção com baixos lead-times, fácil troca de lotes e volumes de produção, e flexibilidade de programação. Alta flexibilidade, em geral, capacita a empresa se ajustar mais facilmente às reações do mercado e às mudanças nas necessidades dos clientes, enquanto mantêm alta a qualidade padrão de seus produtos. Então, priorizar a implementação de FMS s requer antes de tudo uma cuidadosa análise de viabilidade, considerando os impactos de fatores sociais, tecnológicos, gerenciais e econômicos. Recentes estudos têm mostrado que o mais importante destes fatores é relacionado ao projeto, aspectos sociais e gerenciais de implementação de um FMS. Assim, o problema de seleção de um FMS é uma questão tipicamente abordada pelos mais altos níveis gerenciais da empresa. Em muitas situações, um grande número de configurações de FMS é avaliada. Dada a natureza estratégica do investimento de um FMS, a questão é avaliar quais destas configurações é a mais apropriada. Várias abordagens são utilizadas para tal finalidade, algumas delas utilizando modelos analíticos. BUZACOTT e YAO (1986) ressaltam que enquanto modelos de simulação fornecem os melhores resultados para específicos sistemas de projeto, modelos analíticos são superiores em termos de informações.

2 O presente artigo pertence aos modelos analíticos. É apresentado aqui uma estrutura suporte de decisão que pode auxiliar o decisor (tipicamente pertencente aos mais altos níveis gerenciais) no estágio de preinvestimento do mais adequado projeto de FMS. A contribuição básica deste artigo é fornecer uma estrutura suporte que auxilie às altas gerências a entender os aspectos dinâmicos de um processo de decisão, por um lado, e especificamente auxiliá-los na seleção da mais apropriada configuração de FMS a partir de um conjunto inicial de alternativas. Portanto, o decisor deve fazer uso deste sistema suporte em conjunto com outros tipos de análises, tais como estudos de viabilidade financeira e impactos organizacionais (como treinamentos adicionais de trabalhadores) para conversão ao FMS. O presente sistema suporte à decisão (SSD) consiste na redução de um grande número de configurações à poucas mais atrativas remanescentes através, da metodologia MCDA (Auxílio à Decisão Multicritério), que considera os juízos de valores dos decisores envolvidos no processo. 2. Estrutura SSD A metodologia descrita neste trabalho insere-se dentro de um contexto de apoio multicritério à tomada de decisão, propondo-se a alcançar o processo de avaliação das configurações de FMS segundo este caminho. Assim este processo de avaliação deve considerar os objetivos do(s) decisor(es) bem como as características das alternativas de FMS envolvidas em questão. Para tanto, dentro do processo de estruturação do problema, as características das alternativas e os objetivos dos decisores unem-se no que BANA e COSTA (1992) chama de ponto de vista. Portanto, um ponto de vista representa todo a aspecto da realidade decisional que os atores entendem como importante para a construção do modelo de avaliação das alternativas Construção da Arvore dos Pontos de Vista Inicialmente, um problema complexo sempre se apresenta aos decisores de forma caótica e desorganizada. A metodologia de apoio ao processo decisório apresentada neste trabalho aceita a utilização destes ou de qualquer outro método para ajudar na estruturação do problema de seleção do melhor FMS. Porém, para que seja possível fazer uso de um modelo multicritério de avaliação através de uma função de agregação aditiva, o processo de estruturação do problema deve evoluir para a construção de uma Segundo a figura 1, o nível mais baixo de cada estrutrura arborescente é formado pelos pontos de vista elementares (PVE) que representam meios para se alcançar os pontos de vista hierarquicamente superiores. A partir destes pontos de vista elementares, agrupa-se os mesmos para formar outros pontos de vista, agora mais fins do que meios, chamados fundamentais (PVF). No presente caso, os pontos de vista formados pelo agrupamento de dois pontos de vista elementares já alcançam o status de pontos de vista fundamental, como é o caso do PVF Capacidade, que é formado pelos PVE s Capacidade Planejada e Capacidade Reserva. Supondo que inicialmente temos um conjunto de N alternativas viáveis de projetos de FMS, o problema principal consiste em selecionar-se a melhor alternativa de FMS. Seis pontos de vista fundamentais são considerados inicialmente, de acordo com o conhecimento e experiência dos decisores envolvidos no processo: custos de investimento, capacidade, flexibilidade, razão de utilização, custos unitários e risco econômico. Cada um destes pontos de vista fundamentais é quebrado em componentes mais detalhados - os pontos de vista

3 elementares, que por sua vez, podem ainda serem quebrados em outros componentes. Por exemplo, custos de software podem relacionar-se com programas NC, sistemas de controle, comunicação, gerenciamento de ferramental e diagnóstico de softwares. Segundo BANA e COSTA (1992), a construção de uma árvore de pontos de vista vai melhorar a comunicação entre os atores, tornando mais compreensível o que está em causa na situação decisional em questão. Alem disso, vai permitir clarificar convicções, assim como os fundamentos destas convicções e permitindo buscar compromisso entre os interêsses e META PVF PVE Seleção FMS Risco Econômico Custos Invest. Capacidade. Flexibilidade Mecado Mudanças no produto Máquinas transportadores, Capacidade Planejada Capacidade Reserva Complexidade de Componentes Tamanho de lotes Razão de utilização Custos Unitários Programação de produção Variações nos tempos de processamento Custos de capital Custos de manutenção Fig 1.: Árvore de pontos de vista 2.2. Construção dos descritores. Um ponto de vista deve refletir os valores dos decisores, bem como certas características das ações consideradas importantes para eles. Desta forma, faz-se necessário a construção de uma função operacional sobre cada um dos pontos de vista fundamentais, de modo a auxiliar a compreensão de um ambiente decisional complexo. Acrescenta ainda, que a construção desta função operacional vai servir de base para a geração de alternativas e para a comparação das conseqüências absolutas ou relativas destas alternativas. Assim, BANA e COSTA (1992) define um descritor como sendo um conjunto de níveis de impacto associado a um ponto de vista fundamental j denotado por N j. Cada nível de impacto k deste descritor é denotado por N k,j, e corresponde a representação do impacto de

4 uma alternativa, de tal forma que a comparação de dois níveis quaisquer do descritor resulte sempre em uma diferenciação clara aos olhos dos decisores. Tomando o exemplo exposto acima, consideremos o PVF Capacidade, que foi operacionalizado através da contrução de um descritor para os seus pontos de vista elementares - Capacidade Planejada e Capacidade Reserva,conforme tabela1: Tabela 1: Descritores para o ponto de vista Capacidade. Descritor para o PVE Capacidade Planejada Descritor para o PVE Capacidade Reserva Nível Descrição Nível Descrição N1 O FMS possui baixa capacidade planejada N1 O FMS possui baixa capacidade reserva N2 O FMS possui alta capacidade planejada. N2 O FMS possui alta capacidade reserva Os estados admissíveis para o PVF Capacidade pode ser visto na tab. 2.: Tab 2: Estados admissíveis para o PVF Capacidade Descritor para o PVF Capacidade Nível N k,j N 1,1 N 2,1 N 3,1 N 4,1 Descrição Capacidade Reserva e Planejada altas; Capacidade Reserva alta e Planejada baixa; Capacidade Reserva baixa e Planejada alta; Capacidade Reserva e Planejada baixas Construção das matrizes de juízo de valor e obtenção das escalas de Tendo encerrado a fase de construção de todos os descritores necessários envolvendo todos os pontos de vista, pode-se evoluir no processo de tomada de decisão solicitando ao decisor que apresente seus juízos de valor relacionados às diferença de atratividade existente entre os níveis de impacto dos descritores. Desta forma é possível obter uma escala de

5 preferências locais sobre cada um dos pontos de vista onde foi necessário a construção dos descritores, gerando uma escala de valores que possibilitem a avaliação dos pontos de vista. N4 N3 N2 N1 Escala Macbeth N4 k 13 k 14 k N3 k 24 k 25 y 3 N2 k 35 y 2 N1 0 PVF "Capacidade Valor N1 N2 N3 N4 Nível de impacto Fig. 2: Matriz de juízo de valor e escala para o PVF Capacidade Cada elemento do matriz de níveis de impacto k ij encontram-se dentro de uma faixa de valores que representam os níveis de preferência de um nível de impacto sobre outro, i representam o ranking dos níveis de impacto segundo a Metodologia Macbeth, estando em ordem crescente Determinação das taxas de substituição De modo que fosse possível realizar uma avaliação global dos possíveis FMS segundo todos os pontos de vista envolvidos, é possível construir uma matriz de juízos de valor para a determinação das taxas de substituição entre todos os pontos de vista fundamentais. O procedimentos de determinação das taxas de substituição entre estes pontos de vista foi iniciado através da seguinte pergunta: Considerando duas configurações fictícias de FMS, uma delas possuindo atratividade máxima no PVF4 - Flexibilidade, e atratividade mínima em todos os outros pontos de vista, e outra allternativa de FMS possuindo atratividade máxima no PVF3 - Capacidade e atratividade mínima em todos os outros demais pontos de vista, qual o nível de preferência da primeira sobre a segunda, segundo uma escala de valores simb ólicos? pedindo ao decisor é uma declaração de qual das duas hipóteses lhe é mais atrativa, indicando o nível de preferência de uma sobre a outra. Este tipo de comparação e realizado par a par entre todos os pontos de vista, onde os níveis de preferência são representados por valores simbólicos que variam de um à seis: (1) - diferença de atratividade muito fraca; (2) - diferença de atratividade fraca; (3) - diferença de atratividade moderada; (4) - diferença de atratividade forte;

6 (5) - diferença de atratividade muito forte; (6) - diferença de atratividade extrema. Tabela 3: Matriz de juízos de valor para a determinação das taxas de substituição entre os PVF s. PVF3 PVF5 PVF6 PVF4 PVF1 PVF2 A0 Tx. de substit. PVF3 a 12 a 13 a 14 a 15 a 16 a 17 x 3 PVF5 a 23 a 24 a 25 a 26 a 27 x 5 PVF6 a 34 a 35 a 36 a 37 x 6 PVF4 a 45 a 46 a 47 x 4 PVF1 a 56 a 57 x 1 PVF2 a 67 x 2 A0 0 i = 6 i = 1 xi = 1,0 a ij Ν : 1 aij 6; Considerou-se a alternativa fictícia A0 como possuindo nível mínimo de atratividade em todos os pontos de vista (nível neutro). Para cada ponto de vista onde foram construídos os descritores, o decisor identifica o nível de impacto que melhor descreve o FMS e a partir da determinação deste nível de impacto determina-se, através da escala de valores cardinais, quantos pontos o FMS obteve neste ponto de vista. De posse dos valores das taxas de substituição, é possível estabelecer as ponderações entre todos pontos de vista envolvidos no processo, apresentado na figura 3: Seleção FMS PVF1 x 1 PVF2 x 2 PVF3 x 3 PVF4 x 4 PVF5 x 5 PVF6 x 6 Fig. 3: Representação das ponderações para cada ponto de vista Para cada configuração de FMS sob avaliação, é realizado a verificação de sobre qual nível de impacto cada configuração recai, estabelecendo então um conjunto de valores que contribuirão para a avaliação global das alternativas. Tabela 4: Perfil de impacto das configurações de FMS PVF1=x 1 PVF2=x 2 PVF3=x 3 PVF4=x 4 PVF5=x 5 PVF6=x 6 Avaliação Global alt 1 n 11 n 12 n 13 n 14 n 15 n 16 6 nij * xj, i=1 1

7 6 alt 2 n 21 n 22 n 23 n 24 n 25 n 26 nij * xj, i= alt N n n,1 n n,2 n n,3 n n,4 n n,5 n n,6 nij * xj 1,i=N 1 Assim são apresentados os resultados finais do processo de avaliação das alternativas de FMS. Com a determinação do perfil de impacto das possíveis configurações de FMS, encerra-se o trabalho de construção do modelo multicritério de apoio ao processo decisório. Através do perfil de impacto é possível fazer uma avaliação de todas as configurações segundo cada um dos pontos de vista. Além disso, uma vez que já foram obtidas todas as taxas de substituição necessárias, também pode-se agregar estas avaliações parciais de forma a se obter uma avaliação global das alternativas. 3. Processo de seleção segundo outras abordagens Através da estrutura MCDA, é possível estabelecer um nível de referência para configurações fictícias de FMS, onde todos os pontos de vista impactam em níveis de preferência considerados bons segundo o julgamento do decisor, ou onde todos os pontos de vista impactam em níveis de preferência considerados neutros segundo o julgamento do decisor. Conclui-se que se pode comparar quaisquer alternativas em questão com estas alternativas fictícias, também chamadas de robôs, tendo-se então um nível de referência THOMAS SAATY desenvolveu em 1980 o método AHP (Analytic Hierarchy Process), que, tendo o mesmo propósito da abordagem anterior, estabelece comparações para-par entre critérios (pontos de vista) contando com características objetivas e subjetivas, segundo uma escala absoluta de valores. Segundo SAATY,durante o processo de comparações, o menor entre dois elementos A e B é tomado como unitário, e o maior é tomado como um múltiplo daquela unidade. Ao contrário da estrutura anterior, não existe um nível de referência que permita afirmar com segurança se uma alternativa é boa ou ruim, segundo o julgamento do decisor. Para a construção da ordem de preferência de critérios e alternativas, é utilizado o conceito matemático de autovetores e autovalores, que induzem ao surgimento de inconsistências durante o processo de comparações par-a-par. Comparações paritárias são utilizadas porque o objetivo no AHP é derivar uma escala de valores relativos, recaindo-se assim em redundância de comparações. Na metodologia MCDA, o processo de ranking de pontos de vista é assistido pela fundamentação MACBETH, que evita que tais inconsistências surjam durante o processo de comparações. Embora apresentando deficiências, o método AHP consolidou-se como um dos mais utilizados no mundo devido à sua simplicidade, fornecendo resultados satisfatórios às empresas que necessitem de uma metodologia de apoio à decisão, com a restrição de não haver grande margem de risco à decisão tomada. 4. Conclusão Neste artigo foi descrita uma metodologia que auxilia as altas gerências a tomar uma decisão estratégica de implantação de recursos tecnológicos, que consideram muitos critérios de caráter organizacional, operacional, econômico e mesmo subjetivo. O processo tomada de

8 decisão através da abordagem MCDA mostrou-se capaz de atender rigorosamente aos objetivos do decisor, uma vez que o modelo considera os aspectos subjetivos e objetivos dos critérios em questão, identificando as necessidades particurares de cada caso. Embora seja uma área de estudo recente, a globalização das indústrias e a crescente concorrência no mercado obrigam-as a adotar medidas cautelosas de tomada de decisões estratégicas, como implantar FMS s em suas linhas de produção. 5. Bibliografia 1.BANA E COSTA, C. A. Struturation, Construction et Exploitation d un Modèle Multicritère d Aide à la Decision. Tese de Doutorado. Universidade Técnica de Lisboa, BUZACOTT, J.A.; YAO, D.D. Flexible Manufacturing Systems. A review of analytical models. Managment Science, V. 32, pp , CORREA, Emerson C. Construção de um modelo multicritério de apoio ao processo decisório. Dissertação de mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. Florianópolis, ENSSLIN, Leonardo. Introdução à metodologia Multicritério de Apoio à. Aspostila de curso. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção. Florianópolis, SAATY, Thomas L. Highlights and Critical points in the theory and application of the Analytic Hierarchi Process. European Journal of Operational Research. Vol. 74, pp , SELIG, Paulo M.; BRISTOT, Carlos W.. Aplicação do Método AHP (Analytic Hierarchy Process) à Metodologia da Análise de Valor. Anais ENEGEP. Realização ABEPRO. João Pessoa, STAM, A., KUULA, M. Selecting a Flexible Manufacturing System Using Multiple Criteria Analysis. Int. J. Prod. Res, v.29. No.4, pp