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 6 Padronização das Operações - Polivalência Objetivo: Este estudo de caso tem por finalidade analisar as vantagens e desvantagens da padronização das operações e da polivalência dentro dos sistemas JIT de produção. Para tanto, foi criado um modelo no software de simulação Arena que permite analisar o desempenho de uma célula de produção com fluxo unitário de fabricação e diferentes composições de operadores (um, dois, três e seis). Modelo: O sistema produtivo do estudo de caso 6 foi montado para produzir um único produto (ou uma família de produtos similares) em uma célula de manufatura com seis operações seqüenciais nas máquinas de corte, estampa_1, estampa_2, usinagem, fresa e acabamento. A capacidade produtiva das máquinas está nivelada e o tempo padrão unitário de processamento em cada máquina, onde são executadas apenas operações mecânicas que exigem a presença do operador, segue uma distribuição triangular com média de 10 minutos e valor mínimo de 9,95 minutos. Com operadores bem treinados a variabilidade nos tempos de processamento é pequena e o valor máximo atingido na distribuição triangular é de 10,05 minutos. Já com operadores mal treinados a variabilidade nesses tempos é grande e o valor máximo chega a 15 minutos. Como a célula trabalha com apenas um tipo de produto não serão considerados tempos de setup. Essa célula pode operar com um, dois, três ou seis operadores polivalentes. O grau de variabilidade nos tempo de processamento e o número de operadores na célula são escolhas do tomador de decisões. A Figura 1 apresenta a tela de animação da simulação da célula com três operadores. A célula é abastecida de matérias primas através de um supermercado, operando com um processo de puxar (kanban). Sempre que os estoques junto à célula atingirem uma unidade, uma empilhadeira traz do supermercado um novo lote de matérias primas para reabastecimento. Na Figura 1 pode-se ver a empilhadeira reabastecendo a célula. O tamanho do lote de reabastecimento é uma variável do sistema e seu valor pode ser escolhido pelo tomador de decisões. O tempo decorrido entre a entrada da matéria prima no lote kanban até sua saída da célula como produto acabado é avaliado como lead time total, já o lead time interno é considerado o tempo desde o carregamento da matéria prima na primeira máquina até sua saída da célula como produto acabado. Internamente na célula a produção é puxada em fluxo unitário, ou seja, não são permitidos estoques (WIP) entre as operações, a não ser uma unidade de produto nos pontos de conexão entre dois operadores. Sempre que esse ponto de conexão estiver preenchido com um produto, o operador anterior aguarda que o operador posterior retire o produto para trabalhar desse ponto para prosseguir sua rotina de operações padrão. Na Figura 1 pode-se ver uma unidade do produto entre a segunda e terceira máquina, bem como entre a quinta e sexta máquina. O carregamento do produto nas máquinas é feito de forma manual pelo operador e segue uma distribuição normal de média 0,5 minutos e desvio padrão de 0,01 minutos por produto. O descarregamento do produto pode ser feito de duas maneiras: manual ou automático. Ambos consomem o mesmo tempo que o carregamento. O descarregamento manual é realizado quando o próprio operador leva o produto para a próxima máquina para operá-la dentro de sua rotina de operações padrão. Já o descarregamento automático é realizado quando um operador passa o produto trabalhado para outro operador continuar o processo produtivo, sendo a movimentação do 1 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

2 produto feita por gravidade até o ponto de conexão entre os operadores, consumindo um tempo de 0,2 minutos se a máquina seguinte estiver próxima (do mesmo lado da célula), e 0,4 minutos caso ela esteja longe (do outro lado da célula). Figura 1 Tela de animação da simulação da célula com três operadores. A rotina de operações padrão dos operadores na célula depende do número de operadores escolhido. Quando a célula trabalha com apenas um operador sua rotina consiste em pegar a matéria prima a ser trabalhada no kanban de entrada, se deslocar até a primeira máquina, carregar a matéria prima trazida do kanban de entrada, operar a máquina, descarregar o produto já trabalhado, se deslocar até a segunda máquina, carregar o produto trazido da máquina anterior, operar a máquina, descarregar o produto já trabalhado, se deslocar até a próxima máquina, e assim sucessivamente até a última máquina quando ele carrega o produto trazido da máquina anterior, opera a máquina, descarrega o produto acabado e se desloca até a saída da célula para deixar o produto acabado e se dirige para o kanban de entrada para iniciar uma nova rotina de operações. A Figura 2 apresenta a célula com os tempos em minutos de deslocamento do operador na rotina descrita. Quando a célula trabalha com dois operadores, o primeiro operador se encarrega da primeira, segunda e sexta operações, enquanto o segundo operador se encarrega da terceira, quarta e quinta operações. A rotina de operações padrão do primeiro operador consiste em pegar a matéria prima a ser trabalhada no kanban de entrada, se deslocar até a primeira máquina, carregar a matéria prima trazida do kanban de entrada, operar a máquina, descarregar o produto já trabalhado, se deslocar até a segunda máquina, carregar o produto trazido da máquina anterior, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o segundo operador), se deslocar até o ponto de conexão entre a quinta e sexta máquina, pegar o produto ali existente, se deslocar até a sexta máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina, descarregar o produto acabado já trabalhado, se deslocar até a saída da célula para deixar o produto acabado e se dirigir para o kanban de entrada para iniciar uma nova rotina de 2 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

3 operações min min. Operador min min min. Figura 2 Célula com os tempos de deslocamento para um operador. A rotina de operações padrão do segundo operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a segunda e terceira máquina, se deslocar até a terceira máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina, descarregar o produto já trabalhado, se deslocar até a quarta máquina, carregar o produto trazido da máquina anterior, operar a máquina, descarregar o produto já trabalhado, se deslocar até a quinta máquina, carregar o produto trazido da máquina anterior, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o primeiro operador) e se dirigir para o ponto de conexão entre a segunda e terceira máquina para iniciar nova rotina de operações. A Figura 3 apresenta a célula com os tempos em minutos de deslocamento dos dois operadores na rotina descrita. Nessa figura aparecem também os tempos de deslocamento automático (0,20 minutos) dos produtos para os pontos de conexão entre os operadores. Quando a célula trabalha com três operadores, o primeiro operador se encarrega da primeira e sexta operações, o segundo operador se encarrega da segunda e quinta operações, e o terceiro operador se encarrega da terceira e quarta operações. A rotina de operações padrão do primeiro operador consiste em pegar a matéria prima a ser trabalhada no kanban de entrada, se deslocar até a primeira máquina, carregar a matéria prima trazida do kanban de entrada, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o segundo operador), se deslocar até o ponto de conexão entre a quinta e sexta máquina, pegar o produto ali existente, se deslocar até a sexta máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina, descarregar o produto acabado já trabalhado, se deslocar até a saída da célula para deixar o produto acabado e se dirigir para o kanban de entrada para iniciar uma nova rotina de operações. A rotina de operações padrão do segundo operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a primeira e segunda máquina, se deslocar até a segunda máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o terceiro operador), se deslocar até o ponto de conexão entre a quarta e quinta máquina, pegar o produto no ponto de conexão, se deslocar até a quinta máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o primeiro operador) e se deslocar até o ponto de conexão entre a primeira e segunda máquina 3 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

4 para iniciar uma nova rotina de operações. Sistemas de Produção: Estudos de Casos 0.60 min. Operador 1 Operador min min min min. Figura 3 Célula com os tempos de deslocamento para dois operadores. A rotina de operações padrão do terceiro operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a segunda e terceira máquina, se deslocar até a terceira máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina, descarregar o produto já trabalhado, se deslocar até a quarta máquina, carregar o produto trazido da máquina anterior, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o segundo operador) e se deslocar até o ponto de conexão entre a segunda e terceira máquina para iniciar uma nova rotina de operações. A Figura 4 apresenta a célula com os tempos em minutos de deslocamento dos três operadores na rotina descrita. Nessa figura aparecem também os quatro tempos de deslocamento automático (0,20 minutos) dos produtos para os pontos de conexão entre os operadores min min min min. Operador Operador min min min min min min min min. min. Operador 2 Operador min. Figura 4 Célula com os tempos de deslocamento para três operadores. Quando a célula trabalha com seis operadores, cada operador se encarrega da operação em uma máquina. A rotina de operações padrão do primeiro operador consiste em pegar a matéria prima a 4 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

5 ser trabalhada no kanban de entrada, se deslocar até a primeira máquina, carregar a matéria prima trazida do kanban de entrada, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o segundo operador) e se dirigir para o kanban de entrada para iniciar uma nova rotina de operações. A rotina de operações padrão do segundo operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a primeira e segunda máquina, se deslocar até a segunda máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o terceiro operador) e se deslocar até o ponto de conexão entre a primeira e segunda máquina para iniciar uma nova rotina de operações. A rotina de operações padrão do terceiro operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a segunda a terceira máquina, se deslocar até a terceira máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o quarto operador) e se deslocar até o ponto de conexão entre a segunda e terceira máquina para iniciar uma nova rotina de operações. A rotina de operações padrão do quarto operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a terceira e quarta máquina, se deslocar até a quarta máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o quinto operador) e se deslocar até o ponto de conexão entre a terceira e quarta máquina para iniciar uma nova rotina de operações. A rotina de operações padrão do quinto operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a quarta e quinta máquina, se deslocar até a quinta máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina (o produto trabalhado é descarregado automaticamente e movimentado por gravidade para o ponto de conexão com o sexto operador) e se deslocar até o ponto de conexão entre a quarta e quinta máquina para iniciar uma nova rotina de operações. A rotina de operações padrão do sexto operador consiste em pegar o produto no ponto de conexão entre a quinta e sexta máquina, se deslocar até a sexta máquina, carregar o produto pego na conexão, operar a máquina, descarregar o produto acabado já trabalhado, se deslocar até a saída da célula para deixar o produto acabado e se dirigir até o ponto de conexão entre a quinta e sexta máquina para iniciar uma nova rotina de operações. A Figura 5 apresenta a célula com os tempos em minutos de deslocamento dos seis operadores na rotina descrita. Nessa figura aparecem também os cinco tempos de deslocamento automático dos produtos para os pontos de conexão entre os operadores, quatro deles consumindo 0,20 minutos (entre máquinas próximas) e um gastando 0,40 minutos (entre máquinas distantes). Definidas as opções, o sistema produtivo será simulado sempre para um período de um mês, ou 9600 minutos (480 minutos/dia * 5 dias/semana * 4 semanas), com um tempo de aquecimento para descarte de 400 minutos. Na tela de animação do estudo de caso 6, durante a visualização da operação da célula com o número de operadores escolhido, são apresentados em tempo real os lead times total (desde a entrada do lote kanban) e interno (desde a entrada do produto na primeira máquina), em minutos, a taxa de ocupação dos operadores e a produção total da célula em unidades. 5 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

6 min min. min min. min Operador min. 1 Operador 2 Operador min min min. Operador Operador min min. min min min min min. Operador 6 Operador 52 Operador min min min min. Figura 5 Célula com os tempos de deslocamento para seis operadores. Resultados: Ao final de um mês (9600 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 6 mostra essa tela. No relatório de saída podem-se ver seis quadros de respostas: Variáveis de Entrada, % Ocupação, % Ocup. Máquinas, Lead Time, Produção e WIP. Alguns dos valores apresentados no relatório de saída do estudo de caso 6 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 Variáveis de Entrada apresenta esses valores, onde se podem ver os valores selecionados para o número de operadores na célula, o tamanho do lote de entrada do kanban de matérias primas e o tipo de variabilidade nos tempos de processamento. A alternativa simulada na Figura 6 utilizou três operadores, um lote de kanban de matérias primas de sete unidades e tempos de produção com variabilidade grande. O quadro de resposta % Ocupação do relatório de saída informa qual foi o percentual médio de ocupação de cada um dos seis operadores durante o período simulado. Por exemplo, na tela de saída da Figura 6 pode-se ver que o percentual médio de ocupação do operador 1 foi de 100,00%, o percentual médio do operador 2 foi de 98,71% e o do operador 3 foi de 98,44%. Como nesse exemplo foi simulada uma célula com três operadores, os valores para os operadores 4, 5 e 6 foram de zero, pois eles não trabalharam nessa alternativa. O quadro de resposta % Ocup. Máquinas do relatório de saída mostra qual foi o percentual médio de ocupação das seis máquinas da célula durante o período simulado. Por exemplo, na tela de saída da Figura 6 pode-se ver que o percentual médio de ocupação das seis máquinas foi de 43,40%. Já o quadro de resposta Produção do relatório de saída apresenta a quantidade de produtos acabados gerados durante o período simulado. Por exemplo, na tela de saída da Figura 6 pode-se ver que a célula com três operadores produziu 356 unidades durante o mês simulado. O quadro de respostas WIP fornece o valor dos estoques médios durante o período simulado, em unidades, de matérias primas na entrada da célula e de produtos em processo dentro da célula. Por 6 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

7 exemplo, na tela de saída da Figura 6 pode-se ver que valor dos estoques médios de matérias primas na entrada da célula foi de 4,96 unidades, e o valor dos estoques médios de produtos em processo dentro da célula foi de 2,03 unidades. Figura 6 Tela do relatório de saída da simulação. Finalmente, o quadro de respostas Lead Time informa os valores, em minutos, dos lead times médios total e interno consumidos pelos produtos produzidos na célula durante o período simulado. Como já foi explicado, o tempo decorrido entre a entrada da matéria prima no lote kanban até sua saída da célula como produto acabado é o lead time total, já o lead time interno considera o tempo desde o carregamento da matéria prima na primeira máquina até sua saída da célula como produto acabado. Por exemplo, na tela de saída da Figura 6 pode-se ver que o lead time médio total dos produtos produzidos durante o mês simulado ficou em 295,24 minutos, enquanto que lead time médio interno ficou em 133,92 minutos. Uma vez entendidos os dados físicos fornecidos pelo relatório de saída da Figura 6, pode-se passar para a apresentação das questões para a discussão do assunto proposto no estudo de caso 6, ou seja, a analise da flexibilidade do sistema de produção JIT no médio prazo, a partir da distribuição de operadores polivalentes pelos processos de acordo com o tempo de ciclo esperado. Questões para Discussão: No estudo de caso 6 pode-se planejar uma célula de produção de quatro formas diferentes: com um operador, com dois operadores, com três operadores e com seis operadores. Além dessa variável básica, pode-se introduzir modificações quanto à variabilidade nos tempos padrões de operação e quanto ao tamanho dos lotes de matérias primas que chegam para abastecer a célula. A partir da simulação da célula com diferente número de operadores, padrões de trabalho e níveis de matérias 7 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br

8 primas, pode-se sugerir as seguintes questões para discussão do emprego de operadores polivalentes nos sistemas produtivos JIT. 1. Com base no roteiro de fabricação do produto fabricado na célula e nos tempos de deslocamento apresentados na Figura 2, monte uma folha de rotina de operações padrão para a célula com um operador. 2. Qual o tempo de ciclo e a produção mensal teórica para a célula com um operador obtidos através dessa folha de rotina de operações padrão? Verifique através da simulação da célula com variabilidade pequena nos tempos de processamento se esses valores teóricos se confirmam? 3. Com base no roteiro de fabricação do produto fabricado na célula e nos tempos de deslocamento apresentados na Figura 3, monte uma folha de rotina de operações padrão para a célula com dois operadores. 4. Qual o tempo de ciclo e a produção mensal teórica para a célula com dois operadores obtidos através dessa folha de rotina de operações padrão? Verifique através da simulação da célula com variabilidade pequena nos tempos de processamento se esses valores teóricos se confirmam? 5. Com base no roteiro de fabricação do produto fabricado na célula e nos tempos de deslocamento apresentados na Figura 4, monte uma folha de rotina de operações padrão para a célula com três operadores. 6. Qual o tempo de ciclo e a produção mensal teórica para a célula com três operadores obtidos através dessa folha de rotina de operações padrão? Verifique através da simulação da célula com variabilidade pequena nos tempos de processamento se esses valores teóricos se confirmam? 7. Com base no roteiro de fabricação do produto fabricado na célula e nos tempos de deslocamento apresentados na Figura 5, monte uma folha de rotina de operações padrão para a célula com seis operadores. 8. Qual o tempo de ciclo e a produção mensal teórica para a célula com seis operadores obtidos através dessa folha de rotina de operações padrão? Verifique através da simulação da célula com variabilidade pequena nos tempos de processamento se esses valores teóricos se confirmam? 9. Qual a taxa diária de produção por operador teórica e simulada (com variabilidade pequena) da célula com um, dois, três e seis operadores? E qual a taxa diária de produção da célula teórica e simulada (com variabilidade pequena) com um, dois, três e seis operadores? Relacione essas diferentes taxas com a questão da flexibilidade nos sistemas produtivos. 10. Qual o efeito para um sistema produtivo celular JIT de produção em fluxo unitário passar de uma variabilidade pequena para uma variabilidade grande nos tempos padrões de operação? Esse efeito é mais ou menos intenso a medida em que se adicionam operadores polivalentes na célula? Justifique com os dados simulados. 11. Porque o lead time total diminui e o lead time interno aumenta a medida em que se adicionam operadores na célula? Justifique com os dados simulados. 8 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br