PROJETO DE CÉLULA DE MANUFATURA

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1 XXX ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO Maturidade e desafios da Engenharia de Produção: competitividade das empresas, condições de trabalho, meio ambiente. São Carlos, SP, Brasil, 12 a15 de outubro de PROJETO DE CÉLULA DE MANUFATURA Tiago Corrêa Gonçalves (UNIJORGE) cgtiago@bol.com.br Rafael Pieretti de Oliveira (UNISINOS) pierettibr@yahoo.com.br Este artigo trata de um desenvolvimento de projeto de arranjo físico celular. O trabalho foi realizado com base no Sistema Toyota de Produção (STP) e Teoria das Restrições (TOC - Theory of Constraints) tendo como ferramenta o Mapeamento do Fluxo de Valor e o conceito do Mecanismo (MFV) da Função Produção (MFP). Inicialmente são apresentados conceitos que norteiam a necessidade da alteração do leiaute, seguindo-se do desenvolvimento do projeto de leiaute celular aplicado a uma indústria de produtos plásticos. O trabalho demonstra uma forma simplificada para desenvolvimento de arranjo físico permitindo que outras organizações possam aplicar e obter resultados econômicos melhorando seus sistemas produtivos. Palavras-chaves: Leiaute, Célula de Manufatura

2 1. Introdução Problemas de espaço físico, devido a aquisição de novas máquinas, e a necessidade de reorganização fabril são as demandas mais comuns para a alteração de arranjo físico. A forma mais comum de desenvolvimento de leiaute acontece através da análise do leiaute atual, onde se modifica a posição das máquinas em uma planta impressa ou diretamente no computador. Geralmente esta análise é superficial e não ataca os principais problemas da fábrica, pois segundo Shingo (1996) as maiores perdas são aquelas que não enxergamos. Outra forma de desenvolvimento de leiaute é através de estudos de tecnologia de grupo onde o desenvolvimento do arranjo físico pode ser realizado através de algoritmos como base de dados. (AMANTINO, 2005) O trabalho a ser apresentado é um desenvolvimento de leiaute utilizando o Mecanismo da Função Produção através do Mapeamento do Fluxo de Valor desenvolvido por Shigeo Shingo. Um bom projeto de célula visa à redução dos estoques intermediários, fluxo unitário de peças (ou o mais próximo disso), melhor aproveitamento da mão de obra (multifuncionalidade) e redução de espaço físico. (BLACK, 1998) 2. O Referencial Teórico Segundo Goldratt (1994) a meta de todas as organizações é ganhar dinheiro. Maximizar a produção de um recurso não gargalo com a finalidade de não parar máquinas e operadores não nos levam a meta. A produção destes recursos se acumula por toda fábrica, ocupando espaço precioso no chão de fábrica, aumentando a complexidade administrativa e exigindo um alto investimento em matéria prima e despesa operacional. O desempenho econômico-financeiro de uma empresa pode ser alavancado através do aumento do fluxo de materiais nos sistemas produtivos. Para isso é necessário eliminar ou reduzir as restrições existentes através da aplicação de cinco passos: 1-Identificar as restrições; 2-Decidir como utilizar a restrição, buscando a sua maximização; 3- Subordinar tudo mais a decisão tomada anteriormente; 4- Aumentar a capacidade das restrições; 5- Voltar ao passo inicial, se a restrição for quebrada, e nunca deixar a inércia tomar conta do sistema de restrições. (ANTUNES, 2008) Conforme Goldratt (1994) uma hora perdida no gargalo significa uma hora perdida em todo o sistema. Segundo Antunes (2008), existe dois tipos de restrição em sistemas produtivos, os chamados CCR s (Capacity Constraints Resources ou Recursos com Capacidade Restrita) e os recursos gargalos. Os gargalos são recursos com a capacidade inferior a demanda e os CCR s são recursos que apenas em determinados momentos possui capacidade inferior a demanda, devido à variabilidade causada por quebras de máquinas, altos tempos de setup e programação da produção. Para identificar a capacidade real dos recursos e comparar a demanda Antunes, (2008) sugere que a capacidade real pode ser obtida pela multiplicação da capacidade nominal e a eficiência global e a demanda pode ser obtida pela multiplicação do tempo de processamento de cada item pelo número de peças solicitadas pelo cliente. 2

3 Fórmula 1: Comparação da Capacidade produtiva com a Demanda. (JUNICO, 2008) Para orientar se a empresa está se aproximando de sua meta, Goldratt (1994) sugere três indicadores: Lucro líquido; retorno sobre investimento; e caixa, o qual os chama de Indicadores Globais da TOC (Theory of Constraints). Para facilitar a visualização destes indicadores no chão de fábrica Goldratt e Cox (1986) propõem três indicadores chamados de Indicadores Locais da TOC: ganho, inventário e despesa operacional. Conforme Antunes (2008), para as empresas sobreviverem em um mercado competitivo, onde a demanda é inferior a capacidade produtiva, e para atingir sua meta (ganhar dinheiro), as empresas estão sujeitas a cinco dimensões competitivas: - custo, onde vende quem tiver o menor custo; - qualidade, onde vende quem tiver o produto ou serviço de melhor qualidade; - atendimento, onde vende quem atende nos prazos determinados; - flexibilidade, onde vende quem tem capacidade de entregar diversos produtos em pequenas quantidades; - tempo de resposta, onde vende quem tem baixos tempos de atravessamento para atender um diversificado mix de produtos; - inovação, quando a venda de um produto ou serviço ocorre porque não há competição no mercado. A Toyota Motors se destaca neste cenário através de seu sistema produtivo que tem como base o just-in-time (JIT), que significa produzir o item necessário na hora necessária na quantidade necessária, e o jidoka que consiste em fornecer às máquinas e aos operadores a habilidade de detectar quando uma condição anormal ocorreu e interromper imediatamente o trabalho. Isso possibilita que as operações construam a qualidade do produto em cada etapa do processo e separa os homens das máquinas para um trabalho mais eficiente. (DENNIS, 2008) Segundo Shingo (1996b), para maximizar a eficiência da produção, deve-se analisar profundamente e melhorar os processos antes de tentar melhorar as operações. Shingo refere-se ao conceito do Mecanismo da Função Produção (MFP), que segundo Antunes (2008) divide-se em função processo (fluxo do objeto no tempo e no espaço) e função operação (fluxo do sujeito e máquina no tempo e no espaço). Conforme Shingo (1996, b), para identificarmos perdas em processos complexos, utiliza-se o conceito do MFP através da aplicação da ferramenta analítica chamada de Mapeamento do Fluxo de Valor, que visa demonstrar e quantificar as perdas nos Sistemas Produtivos. 3

4 Para entender melhor este conceito, a figura abaixo demonstra a simbologia utilizada em um mapeamento e as formas distintas de enxergar o processo produtivo: Figura 1: Mecanismo da Função Produção (Shingo, 1996ª, pg. 38). Conforme Ohno (1997) e Shingo (1996) apud Antunes (2008) elencam sete grandes perdas ligadas ao Mecanismo da Função Produção: 1 Perdas por superprodução; 2 Perdas por transporte; 3 Perdas por processamento; 4 Perdas por fabricação de produtos defeituosos; 5 Perdas por espera; 6 Perdas nos estoques; 7 Perdas por movimentação; Segundo Black (1998) em sistemas produtivos com leiaute funcional (áreas separadas por grupo de máquinas similares) apena 5% do tempo é gasto em operações que agregam valor (processamento do produto), o tempo restante é gasto com esperas e movimentação dos materiais de uma área para outra. A aplicação do leiaute celular busca melhorar o fluxo de materiais reduzindo as perdas citadas acima. (BLACK, 1998) Segundo Slack (2008), uma célula pode ser arranjada com orientação por processo ou por produto. No arranjo físico de uma célula, operações e processos são agrupados de acordo com a sequência de produção de uma determinada família de produtos. (BLACK, 1998) Através da mudança de um leiaute funcional para um leiaute celular atua-se diretamente no tempo de atravessamento de um produto, devido à redução dos lotes de fabricação e de transferência. Tubino (1999) apud Sellito (2004) define o tempo de atravessamento como uma medida do tempo que um sistema produtivo gasta para transformar matérias-primas em produtos acabados. O tempo de atravessamento é fator diferencial no custeio de um processo de manufatura. Sua redução resulta em menores custos de operação e agrega benefícios ao 4

5 consumidor. Movimentações de materiais por meio de operações mais rápidas resultam em sistema mais enxuto e produtivo. A redução do tempo de atravessamento proporciona aproximação entre requisitos do cliente e resposta da empresa, resultando em fidelidade de clientes e em menor complexidade gerencial. O tempo ganho com a redução do tempo de atravessamento é um investimento na satisfação do consumidor e na redução dos custos da manufatura (SLACK, 1993). Outra vantagem do leiaute celular é que nesta configuração pode-se trabalhar com um número variável de pessoas proporcionalmente a variação de demanda. (SHINGO, 1996 b) Tipo de leiaute Vantagens Desvantagens Funcional Celular - Alta flexibilidade de mix e produto; - Relativamente robusto em caso de interrupções de etapas; - Supervisão de equipamentos e instalações relativamente fácil. - Pode dar um bom equilíbrio entre custo e flexibilidade para operações com variedade relativamente alta; - Tempo de atravessamento baixo; - Trabalho em grupo pode resultar em melhor motivação. - Baixa utilização de recursos; Tabela 1: Comparação tipos de leiaute. (SLACK, 2008, pg. 214) - Pode ter alto estoques em processo ou filas de clientes; - Fluxo complexo e difícil de controlar. Pode ser caro reconfigurar o arranjo físico atual; Pode requerer capacidade adicional; Pode reduzir níveis de utilização de recursos. 3. Descrição do Caso O presente estudo de caso refere-se a o desenvolvimento de um projeto de leiaute em uma fábrica de produtos plásticos no Rio Grande do Sul. 3.1 Etapa 1: Dados de Entrada A empresa possui um parque fabril constituído por máquinas injetoras de plástico, dispositivos de montagem e equipamentos para embalagem dos produtos. A empresa possui um arranjo físico por processo com grupo de máquinas formado por seis injetoras e duas seladoras. Foram identificados 17 componentes que formam 44 famílias de produtos. Cada família pode ser fabricada em 3 cores diferentes, isto representa um mix 132 produtos. Cada produto é formado por seis componentes. Cada máquina injetora é cativa para cada componente, com exceção de uma injetora. A empresa possui pedidos em atraso superior a 15 dias. A demanda mensal solicitada pela direção para o projeto de leiaute foi de peças. 5

6 Figura 2: Leiaute atual (Máquinas envolvidas no estudo em destaque) 3.2 Etapa 2: Reconhecimento das Perdas no Sistema Produtivo Através da aplicação da ferramenta analítica Mapeamento do fluxo de valor (MFV) foi possível identificar as perdas citadas por Shingo (1996) e Ohno (1997). O mapeamento é uma foto da situação atual da fábrica no momento em que é realizado o mapeamento. O mapeamento consiste em acompanhar uma única peça ao longo de toda sua trajetória dentro da fábrica. Para escolher quais produtos deveriam ser mapeados buscou-se optar por um produto que possui um grande volume de vendas e com grande complexidade produtiva (maior número de componentes e processos). Figura 4: Mapeamento realizado na fábrica Análise do Mapeamento pela Função Processo 6

7 No eixo da função processo foi possível observar diversas perdas, sendo que, as principais perdas existentes ocorrem devido ao tempo dos componentes estocados e à formação de grandes lotes de fabricação. As operações de processamento que realmente agregam valor ao produto correspondema a menos de 1%, conforme figura abaixo; Figura 5: Gráfico quantitativo das perdas X operação de processamento O tempo de atravessamento atual corresponde a 300 horas ou 12,5 dias, o estoque em processo corresponde a 27111peças, equivalente a R$ ,64. Os tamanhos dos lotes de transferência são de 720 peças. A produção com lotes de transferência grandes gera perdas por superprodução, fabricando itens desnecessários reduzindo o tempo disponível para a produção de itens vendidos. Estes lotes levam a fábrica a trabalhar no regime de hora extra, aumentando a despesa operacional e os níveis de inventário. O somatório dos deslocamentos de todos os componentes dentro da fábrica chega a 1,33 Km Análise do Mapeamento pela Função Operação Há 42 operadores envolvidos no processo de fabricação entre injeção até a montagem. Existe uma média de 480 horas extras realizadas por mês. A produção é realizada em 3 turnos nas máquinas injetoras e em um turno no setor de embalagem (turno administrativo) de segunda a sexta. Na execução do mapeamento sob a ótica da função operação foi levantado os tempos de processamento de todas as atividades e a eficiência global dos postos de trabalho. Também foi constatado que o tempo de setup era superior a 30 minutos. Foi realizado filmagens de todas as operações para análise e confirmação dos tempos obtidos que permitiu análise da operação padrão atual e o balanceamento atual. 7

8 Figura 6: Balanceamento antes da mudança 3.3 Etapa 3: Visualização da Fábrica Ideal Com base na imagem atual foi desenhado o mapa da fábrica ideal. A fábrica ideal é um modelo que serve de meta a ser alcançado, instiga possibilidades para eliminação e ou redução das perdas. Quanto mais próxima for a proposta de leiaute da fábrica ideal, melhor será o resultado. O mapa da fábrica ideal serve também para facilitar a visualização das operações principais: Figura 6: Mapeamento do fluxo de valor (esquerda) e mapa da fábrica ideal (direita) 3.4 Etapa 4: Dimensionamento Com um entendimento mais amplo do que acontece no processo de fabricação, a etapa de dimensionamento busca visualizar o balanceamento do fluxo produtivo, a capacidade produtiva e a demanda de recursos e de mão de obra Cálculo de Capacidade O cálculo de capacidade foi realizado através da coleta de dados dos mapeamentos e dispostos em uma planilha Excel. 8

9 Para isso, é utilizado o roteiro de produção (dados coletados do mapeamento da fábrica ideal) com respectivos tempos de ciclo por peça, tempo manual e tempo máquina de cada operação que agrega valor ao produto. Nesta planilha, não se considera as perdas existentes no processo produtivo. O cálculo de capacidade foi realizado através da divisão do tempo disponível para produção pelo tempo de ciclo de cada componente. Foram gerado alguns cenários de eficiência para visualizar a capacidade real e demais possibilidades. Fórmula 2: Definição da Capacidade Real. (BLACK, 1998) Com auxilio da planilha, identifica-se matematicamente o recurso gargalo. Calcula-se o takt time e o número teórico de operadores para o funcionamento da célula. Fórmula 2: Definição do Tempo Takt. (JUNICO, 2008) Fórmula 3: Definição do Número de Mão de Obra. (BLACK, 1998) O número de operadores é apenas um número teórico e serve como meta para se alcançar, no entanto é necessário fazer uma análise mais profunda através de um novo balanceamento. O tamanho das máquinas pode influênciar em maior deslocamento do operador, ou inviabilizar a distribuição de tarefas devido a tempos de ciclo muito elevado. A partir do cálculo de capacidade, foi possível concluir que a célula não teria capacidade para peças/mês como foi solicitado, pois o recurso gargalo com uma eficiência de 75% disponibilizaria uma capacidade de peças/mês. 9

10 Em um redirecionamento do trabalho, foi definido uma nova capacidade para o projeto de peças. Para tal, a eficiência dos recursos devem se manter igual ou superior a 75% e os tempos de setup devem ser reduzidos. Para reduzir o tempo de atravessamento deve-se quebrar o tamanho dos lotes de fabricação e de transferência, para isso, torna-se necessário aumentar o número de setups, no entanto este aumento pode reduzir significativamente a eficiência do recurso restritivo. Como premissa para a implementação da célula é necessário baixar os tempos de setup e reduzir as quebras de máquinas Análise do Comportamento da Demanda Foi necessário entender o comportamento do mercado e a forma de programação para dar prosseguimento ao projeto de desenvolvimento de leiaute celular. Todo pedido tem um prazo de sete dias para ser entregue, no entanto foi possível encontrar pedidos com mais de um mês de atraso. Isto ocorre devido à produção em grandes lotes e também porque o PCP não programa a fábrica por ordem de entrada de pedidos (PEPS Primeiro que entra, primeiro que sai). Com o intuito de melhorar a eficácia de entrega de produtos aos clientes, foi proposto que a programação seja feita por ordem de entrada dos pedidos (PEPS). Para verificar a viabilidade desta forma de programação foi necessário detalhar o comportamento do mercado. Para isso, foi utilizado o histórico de demanda. Foi identificado que para a demanda no período de uma ano o recurso restritivo tornavase gargalo apenas no mês de maio. Observando o comportamento da demanda em cada mês, verifica-se que há picos de produção que excedem a capacidade de produção do recurso restritivo em alguns dias. Para evitar atrasos na entrega dos pedidos nos dias de pico, devem-se produzir peças nos dias de ociosidade das máquinas que represente os produtos mais vendidos. No entanto esta quantidade ficará limitada fisicamente pelo leiaute proposto. Para evitar uma queda de eficiência por excesso de setups a solução é agrupar todos os pedidos de um dia e separa-los por cor para que no dia seguinte seja fabricado. Para verificar essa possibilidade foi montada uma simulação da programação com base na demanda do período de um ano. A simulação foi realizada em planilha Excel, foi confirmado a viabilidade da proposta. 3.5 Desenho do Leiaute A proposta de leiaute é tentar realizar o maior número de montagens possível no próprio local de injeção dos produtos, no entanto não é possível eliminar totalmente os estoques devido à necessidade de formação dos pedidos. Neste caso a idéia é minimizar ao máximo a quantidade de estoque. Com a aproximação das máquinas, acaba-se com estoques intermediários entre elas, conseguindo também identificar com maior velocidade problemas de qualidade, pois a montagem dos produtos deve ser realizada no ato. 10

11 Os operadores irão se tornar multifuncionais permitindo um melhor aproveitamento da mão de obra. Também será possível deslocar os operadores para outras atividades caso não exista demanda suficiente. Abaixo está o leiaute proposto com a idéia de minimização do estoque: Figura 7: Leiaute proposto A comunicação entre as máquinas será através de calhas. Estas calhas controlam o nível de estoque entre os postos de trabalho gerando um controle visual e simplificado do setor. A montagem possui uma capacidade produtiva maior que a capacidade do recurso restritivo por isso atualmente a montagem trabalha apenas em um turno, enquanto que nas máquinas injetora se trabalha em 3 turnos. Na nova proposta de leiaute a montagem trabalhará em três turnos, no entanto com uma capacidade menor, ou seja, um menor número de operadores na montagem. Os operadores da montagem se tornarão multifuncionais realizando diversas operações da etapa de embalagem. Esta alternativa de trabalho visa redução do tempo de espera dos componentes para ser montados. Por fim, para validar a proposta de leiaute foi realizado um estudo de capacidade e demanda para verificar o número de postos de trabalho e comparar com o que foi calculado anteriormente. Figura 8: Planilha de capacidade x demanda 11

12 Figura 9: Balanceamento proposto Conforme análise da planilha de capacidade e demanda, pode-se concluir que é possível trabalhar com 2 operadores por turno. Com uma demanda de peças ainda a montagem tem uma capacidade de 31 horas/mês sobrando, considerando uma eficiência de 50% para as atividades manuais. Com a montagem dos produtos no local de injeção elimina-se a perda por estocagem (perda de maior relevância obtida no mapeamento). Outra vantagem importante é que ao juntarmos a montagem com as máquinas injetoras, a eficiência na montagem tende a aumentar, pois ela estará cadenciada pelas máquinas injetoras. Através deste trabalho é possível quantificar alguns ganhos: - o tempo de atravessamento que de 12,5 dias será reduzido para 1 hora; - o tempo de entrega dos pedidos de até 30 dias será de no máximo 5 dias; - o número total de horas extras mensais de 480 horas tende a ser zero; - o estoque em processo de peças em processo será reduzido em 70%; - o somatório da distância percorrida pelos componentes de 1,33 Km será reduzido em 40%; - o número de 42 operadores será reduzido para 36 operadores. Transcrevendo os dados acima para os indicadores da TOC é possível prever os seguintes resultados: - a redução da despesa operacional afeta positivamente o indicador global caixa; - a redução do inventário afeta positivamente o indicadores globais caixa e retorno sobre investimento; - o ganho está restrito a capacidade do gargalo. Neste caso o gargalo está em vendas. Para aumentar o ganho é necessário aumentar vendas. Este indicador está diretamente ligado ao lucro líquido e caixa. 3. Conclusão Através do trabalho desenvolvido pode-se observar que é possível obter grandes mudanças com resultados positivos na fábrica. Um leiaute voltado para eliminação de perdas e ganho de fluxo produtivo força fisicamente o sistema produtivo a trabalhar de forma coerente. O Mapeamento do Fluxo de Valor torna-se uma importante ferramenta para a visualização das perdas existente no processo produtivo e busca sensibilizar as pessoas envolvidas na mudança sobre a importância da eliminação destas perdas 12

13 O MFV, aplicado em diversas famílias de produtos, auxilia no agrupamento do arranjo físico das máquinas, pois permite uma visão global dos processos e perdas na fábrica. Esta forma de desenvolvimento de leiaute torna-se de simples aplicação, pois seus dados são de fácil coleta e os cálculos podem ser efetuados com auxílio de planilhas. Outra questão importante é quanto ao balanceamento do fluxo produtivo. Em um leiaute funcional a disposição da mão de obra é fixa, e busca-se a maximização dos recursos. Neste caso há discrepância de capacidades entre os recursos. A ênfase dada no balanceamento para um leiaute celular foi em balancear o fluxo produtivo, para isso a mão de obra torna-se multifuncional (uma operador atua em diversas operações). Referências: ANTUNES, Junico et al. Sistemas de produção: conceitos e práticas para projeto e gestão da produção enxuta. Porto Alegre: Bookman, 2008 SHINGO, Shigeo. O sistema Toyota de produção: do ponto de vista da engenharia de produção. Porto Alegre: Bookman, DENNIS, Pascal. Produção Lean Simplificada: um guia para entender o sistema de produção mais poderoso do mundo. 2. Ed. Porto Alegre: Bookman, 2008 BLACK, J. T. O projeto da fabrica com futuro. 1. ed. Porto Alegre: Bookman, ELIYAHU M. GOLDRATT, A Meta: Um processo de aprimoramento continuo. São Paulo: Educator, SLACK, Nigel. Administração da Produção. 2. Ed. São Paulo: Atlas OLIVEIRA M. M. B.; GIRALDI, J. M. E.; COSTA, A. L.; FERREIRA, Ribeiro J.F. (1999) - Células de Manufatura: O Caso de uma Indústria de Implementos para Cana de Açúcar Anais do XIX Encontro Nacional de Engenharia de Produção (ENEGEP). AMANTINO B., Elias: Sistema para Projeto de Célula de Manufatura: Definição de Agrupamento. Porto Alegre: URGS, p. Dissertação (Mestrado) Programa de Pós Graduação em Engenharia Mecânica. TEXEIRA, M.; SELLITTO, M.; MENEZEZ, F. (2003) edição de Medição do Tempo de Atravessamento e Inventário em Arranjos Físicos por Processo. Anais do XXIV ENEGEP. Florianópolis. KLIPPEL, Altair; KLIPPEL, Marcelo; ANTUNES, Junico; REGNER, Paulo B. (2003) Proposta de Metodologia para a Análise da Relação de Capacidade e Demanda nas Empresas Industriais - Anais do XXIV ENEGEP. Florianópolis. 13

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