Conexão entre a engenharia de manufatura e o chão de fábrica - um sinal de eficiência do fabricante

52 Mawson Road Cambridge CB1 2HY Reino Unido Tel: +44 (0) 1223 460 439 Fax: +44 (0) 1223 461 055 www.cambashi.com info@cambashi.com Conexão entre a engenharia de manufatura e o chão de fábrica - um sinal de eficiência do fabricante Autor: Peter Thorne, Cambashi 2011 Cambashi Ltd Registrado na Inglaterra e no País de Gales Nº 1360554. Escritório registrado conforme informações acima. Nº IVA GB 393 1001 82

Introdução Este documento destina-se a engenheiros e gerentes que trabalham com componentes e peças em ambientes de projeto e manufatura. Ele examina o potencial da tecnologia de gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM; consulte a nota) para gerenciamento dos dados do chão de fábrica. No ambiente virtual de engenharia de manufatura e projetos, o PLM obteve êxito no fornecimento de gerenciamento de informações, inclusive fluxos de trabalho gerenciados, manipulação flexível de configurações, gerenciamento de alterações e controle robusto de versões e acesso. Para as empresas envolvidas em operações globais, esse recurso pode se distribuir por diversos locais, contemplando empresas parceiras e milhares de usuários por meio do fornecimento de conjuntos de dados consistentes com informações confiáveis. Uma implementação realizada com êxito substitui os custos e os atrasos da incerteza pela confiança de que as informações corretas estão disponíveis para todas as tarefas e decisões. Entretanto, à medida que as informações passam para o ambiente físico do chão de fábrica, o regime de gerenciamento de informações torna-se mais fragmentado em diversas organizações. De algum modo, a complexidade das informações, o efeito de soluções pontuais no chão de fábrica e outras conexões com o sistema corporativo, como ERP ou outros sistemas de listas de materiais e cronogramas, integraram-se de tal modo que a tranquilidade das operações depende de intervenções constantes para resolução de problemas de consistência de dados. Será que é possível configurar um sistema de PLM com um modelo de dados de manufatura a fim de criar uma única origem de informações que elimine esses problemas? Neste documento, o conjunto completo de informações usado no chão de fábrica para definir todas as ações e recursos necessários para desenvolver um produto será chamado de plano de manufatura. Um programa NC (controle numérico, ou seja, o software que controla as máquinas de produção automatizadas) é um dos componentes do plano de manufatura. Sendo um dos itens cujo gerenciamento é mais complexo, ele será usado como exemplo central (consulte a fig. 1). Figura 1: Os programas de controle numérico (NC) são parte essencial do plano de manufatura. fonte das imagens: Siemens Observação: Às vezes, a expressão Gerenciamento do Ciclo de Vida do Produto é usada de modo limitado para descrever as funções de gerenciamento de fluxo de trabalho e versão relacionadas às informações de engenharia. Aqui, ela é usada não somente para descrever essas funções de gerenciamento, mas também para proporcionar uma visão ampliada, que inclui a criação e o uso integrados de informações técnicas. 2011 Cambashi Ltd 2

Todo fabricante deve gerenciar informações Eficiência e flexibilidade O chão de fábrica é um ponto de convergência de dois dos mais importantes processos de uma empresa de manufatura (consulte a figura 2). A introdução do produto é o processo que começa com as necessidades e ideias do mercado, processando-as de modo a culminar no lançamento do produto. O processo de operações é aquele que converte pedidos em produtos e serviços aos clientes. Figura 2: Dois dos principais processos comerciais convergem no chão de fábrica Os fabricantes devem constantemente fazer as melhores escolhas entre os objetivos de concorrência. É possível reduzir os custos do chão de fábrica em um ambiente com mudanças mínimas, produção de grandes lotes em longo prazo, mix de produtos estáveis e automação específica a produtos. Porém, a competitividade do mercado exige novos produtos, personalização e respostas rápidas. Esses elementos juntos implicam na produção de pequenos lotes em prazos curtos, mix de produtos imprevisíveis e ativos flexíveis em vez da automação estrutural. Desse modo, a maioria dos chãos de fábrica são locais de mudanças constantes. Os ativos de produção existentes são atualizados, reconfigurados e ajustados para aumentar a eficiência, melhorar a flexibilidade e atender a novas demandas de manufatura. Novos ativos são adquiridos e preparados para aumentar ou alterar a capacidade e as funções. Os novos relacionamentos com fornecedores, parceiros e clientes geram novos procedimentos para o chão de fábrica. É possível que diversos locais estejam distribuídos geograficamente e que a empresa tenha que mudar o conjunto de produtos fabricados em cada local. O desenvolvimento de um programa NC para uma nova máquina operatriz não é algo fácil. O programador de peças precisa conhecer o comportamento da máquina operatriz e do controlador. Um programador pode aprender sobre características como a aceleração e desaceleração, bem como detalhes de tempo e movimento relativo do cortador e da peça de trabalho simplesmente ao observar a máquina operatriz. Porém, isso não é possível no caso de uma fábrica remota. Trecho de entrevista da pesquisa da Cambashi 2011 Cambashi Ltd 3

Portanto, não são somente os novos produtos que geram planos de manufatura novos ou revisados (consulte o painel A plano de manufatura... ). Todas as mudanças relativas a maquinário, ferramentas, padrões ou contratos com fornecedores e clientes podem exigir o ajuste dos planos de manufatura. Cada plano de manufatura novo ou revisado deve ser analisado e testado antes de ser utilizado no chão de fábrica. Um plano de manufatura...... define todos os elementos necessários para a manufatura de um componente, peça ou conjunto. Os engenheiros de desenvolvimento de processos devem compreender (e talvez ampliar) os recursos físicos de manufatura da fábrica. Em seguida, eles devem aplicar suas habilidades para reunir as informações, inclusive: Uma lista de operações identificando todas as etapas do processo (em sequência) e mencionando as operações padrão O roteamento planejado através da fábrica Uma lista com as ferramentas necessárias em cada célula de trabalho A lista de materiais de manufatura, identificando todas as peças e materiais necessários Instruções de trabalho, disponíveis aos operadores responsáveis por cada etapa do processo Desenhos dos estágios Planilhas de configuração, definindo, por exemplo, um conjunto de ferramentas, uma lista de kits, disposição de grampos e procedimentos de calibração Instruções e dados de inspeção e testes Essas informações devem ser estruturadas, formatadas e comunicadas de modo a permitir que as pessoas e os sistemas da fábrica sigam as instruções. O conjunto completo de documentos e outros dados, inclusive programas NC, do "plano de manufatura". Esse fluxo de informações de manufatura atualizadas é inflexível. Os elementos que compõem um plano de manufatura são divulgados ao chão de fábrica por meio de diversas origens, usando sistemas distintos. Os números de versão incorporados aos dados (talvez combinados a documentos separados) identificam a relação de uma coisa com outra. Uma instalação de produção ágil e receptiva deve ser capaz de absorver e usar essas informações. Ainda assim, as incertezas e, por vezes, os erros, são muito comuns. Será que a nova disposição de grampos deve ser usada com todas as peças da disposição antiga ou somente com algumas delas? As comunicações específicas são necessárias para resolver ambiguidades. Porém, isso gera custos e atrasos. Todo o pessoal envolvido na produção, desde as equipes de gerenciamento até os operadores, deve sempre ser capaz de localizar informações completas e consistentes em relação à produção presente, passada e futura. Se for administrado de acordo com um modelo de dados de manufatura, o plano de manufatura fornecerá informações atualizadas, consistentes e completas, que poderão ser consultadas para proporcionar noção clara do contexto, como para descobrir de onde vieram os dados e a que eles se aplicam. 2011 Cambashi Ltd 4

Controle Numérico Direto/Distribuído Durante os primórdios dos controladores de máquinas por NC, a memória era comumente uma restrição. O controlador não possuía memória suficiente para lidar com grandes programas NC. O uso de um computador separado para fazer com que o controlador executasse o programa (um bloco por vez) era melhor do que ter operadores inserindo tiras de papel. Esse processo era chamado de controle numérico direto ou DNC. Porém, normalmente o computador de origem era capaz de acionar mais de um controlador desse modo. A rede resultante também era conhecida como DNC, porém com o significado de controle numérico distribuído. Nós armazenamos programas NC nos sistemas DNC de nossas fábricas. Permitimos que os operadores façam alterações (principalmente na alimentação e velocidade) para solucionar problemas como o acabamento de superfície. Isso é vantajoso em relação à qualidade, mas cria desafios relativos à obtenção de feedback e integração do controle de versão com outros arquivos CAD e CAM. Trecho de entrevista da pesquisa da Cambashi A partir desses princípios tecnológicos, os sistemas de DNC desenvolveram recursos de armazenamento e gerenciamento de programas NC. Muitos sistemas de DNC também permitem o armazenamento de tipos de arquivos adicionais. Porém, a sincronização de DNC com outros sistemas e a manutenção da consistência com as informações que passam por outros canais nem sempre são tarefas fáceis, e as discrepâncias podem causar problemas. Por exemplo, é possível que os programas NC sejam fornecidos à fábrica como arquivos de dados e as informações de configuração da ferramenta sejam impressas e enviadas a uma loja de ferramentas. Os gabaritos podem ser mencionados ou definidos em desenhos de estágios, mantidos com os planos de produção. O gerenciamento de versão de todas essas informações é fundamental. Ainda assim, no caso de programas NC, ainda há alguns pontos a considerar. Os programas NC são criados ou alterados por uma equipe de engenharia de manufatura. Normalmente, isso envolve a transferência de dados de um sistema de projetos auxiliados por computador (CAD) para um software de manufatura auxiliada por computador (CAM), usado para projetar e gerar o programa NC. Os programas NC também podem ser criados ou alterados na fábrica, usando instalações de controladores de máquinas. É possível manter formas intermediárias de cada programa NC para pós-processamento, uma conversão de uma forma neutra do controlador do programa na forma exata exigida por um controlador específico. Portanto, é possível haver vários formatos de cada versão de um programa NC. Além disso, um programa NC completo para um centro de usinagem pode ser composto por diversos arquivos, de modo que certas alterações não afetem todos os arquivos. Portanto, o programa funcional consiste de uma combinação de versões de arquivos. 2011 Cambashi Ltd 5

Produção distribuída Os engenheiros que desenvolvem o plano de manufatura devem usar ativos existentes ou justificar o investimento em novos ativos para otimizar a relação entre custo e desempenho da produção, de acordo com os volumes de produção esperados. A existência de locais remotos e ativos de A estratégia de projeto e criação em qualquer local proporciona competitividade por meio de flexibilidade e equilíbrio de carga em todas as unidades de produção. Porém, alguns detalhes podem gerar grandes desafios. Por exemplo, as diferenças entre gabaritos disponíveis e a localização distinta da modelagem são fatores que podem criar a necessidade de conjuntos completamente diferentes de documentação de manufatura em cada local. Trecho de entrevista da pesquisa da Cambashi produção mais integrados reduz a quantidade de problemas que podem ser solucionados no chão de fábrica. Assim, o plano de manufatura deve prever todas as possibilidades, procurar alternativas (como lotes com tamanhos diferentes e peças alternativas) e fornecer instruções sobre o que fazer se, por exemplo, uma célula de trabalho ou o material preferencial não estiver disponível. A necessidade do gerenciamento de informações As equipes de gerenciamento do chão de fábrica investem em sistemas e ferramentas para obter uma produção eficiente e flexível. Na área de gerenciamento de dados, os sistemas de DNC são amplamente usados para fornecer um nível básico de funções. Porém, é possível que a solução de DNC tenha que trabalhar paralelamente com outros sistemas de arquivamento. Isso pode forçar o uso de práticas de trabalho complexas, pois qualquer inconsistência pode causar atrasos, inatividade e retrabalho. Um recurso de gerenciamento de informações mais completo pode simplificar as práticas de trabalho, fornecendo suporte integrado e automático ao controle de acesso de dados e a fluxos de trabalho. Se ele for estruturado como uma origem de dados única, as dificuldades de manter diversas origens de dados serão imediatamente eliminadas. O PLM proporciona esses recursos no ambiente virtual de projetos e engenharia de manufatura. Ele é capaz de contemplar as necessidades de produção? 2011 Cambashi Ltd 6

PLM em projetos e engenharia de manufatura A figura 3 mostra um exemplo típico da função do PLM no gerenciamento das informações em um plano de manufatura. O ambiente de PLM gerencia versões, mantém conjuntos de dados consistentes, contempla fluxos de trabalho e proporciona acesso seguro e gerenciado às informações no ambiente virtual, até (e incluindo) a versão de informações para manufatura. Aqui, o chão de fábrica possui um gerenciamento de informações separado e independente. Por quê? As soluções de PLM evoluíram para kits de ferramentas flexíveis, que proporcionam acesso controlado a conjuntos de dados consistentes vindos de uma quantidade potencialmente grande de usuários, que podem estar em locais geograficamente distribuídos. Esse recurso pode ser adaptado de modo a atender às necessidades de usuários no ambiente físico de produção? Figura 3: PLM em projetos e engenharia de manufatura 2011 Cambashi Ltd 7

PLM para o chão de fábrica Em quase todas os chão de fábrica, há máquinas autônomas operadas manualmente, melhoradas e substituídas para criar células de trabalho interligadas, automatizadas e integradas. Até mesmo uma máquina operada manualmente pode ter um sistema de controle eletrônico, capaz de permitir que um operador use um navegador da Web para acessar páginas da Internet mantidas para informar status e oferecer suporte ao monitoramento e controle remotos. Um sistema de DNC em uma fábrica proporciona gerenciamento básico de informações (especialmente para programas NC) nesse ambiente. Entretanto, é possível ampliar a tecnologia de PLM para contemplar essa função. Uma abordagem ao PLM tem como base um modelo de dados de manufatura que define os relacionamentos e procedimentos específicos exigido pela organização do usuário. Ela ajuda a proporcionar uma gama mais ampla de informações gerenciadas aos operadores, permitindo respostas mais rápidas e tomada de decisões mais coerentes. A extensão do PLM ao chão de fábrica abre novas possibilidades, por exemplo: a eliminação de dados duplicados e o gerenciamento mais adequado de fluxos de trabalho, do projeto à manufatura. A integração de mudanças na manufatura ao ambiente gerenciado usado para projetos e engenharia de manufatura tem potencial para proporcionar um ciclo de feedback maior e uma comunicação mais rápida e eficiente entre o pessoal do chão de fábrica e os engenheiros de projeto e manufatura Figura 4: PLM para o chão de fábrica 2011 Cambashi Ltd 8

trabalhando nos produtos e processos. Os ambientes regulamentados podem precisar dos recursos de PLM para implementar os níveis de controle de acesso, segurança, registros de alterações, entre outros, necessários em uma trilha de auditoria. Em uma iniciativa comercial voltada para a vinculação de pedidos à produção, um ambiente integrado pode permitir que o setor de processamento de pedidos ignore números de revisão, já que essas informações podem ser obtidas automaticamente por meio do sistema de PLM. Essa visão pode ser facilmente descrita e esboçada, conforme a figura 4. Entretanto, a extensão do PLM ao chão de fábrica pode ser limitada em função de detalhes gerais e práticos. Perguntas pertinentes As equipes de gerenciamento devem ter muito cuidado em relação aos aspectos gerais de toda a tecnologia usada para contemplar a produção. Ela fica em atividade ininterruptamente? Ela depende de comunicações ou equipamentos externos ou pode ser configurada para manter uma cópia local dos dados necessários para produção? Há controles locais em número suficiente para permitir o tratamento de problemas? Essas questões são fundamentais para a durabilidade das operações de produção. Os detalhes práticos também são cruciais. As vantagens de uma origem única de dados são bem compreendidas. Porém, os detalhes exatos de acesso a esses dados podem ser bastante significativos. Muitas fábricas contam com uma ampla gama de máquinas e tipos de controladores: alguns novos, outros antigos. É necessário ser flexível em relação à implementação. Por exemplo, muitos controladores de máquina modernos têm recursos acessíveis por navegador. Portanto, deve ser possível usar esses navegadores incorporados para acessar o banco de dados. Ao mesmo tempo, deve ser possível optar por controlar outras máquinas por meio de um PC próximo. Em ambos os casos, é essencial que o alcance e o estilo das interações sejam adequados para uso no chão de fábrica. Para que a visão de PLM de informações integradas, gerenciadas e consistentes alcance o ambiente físico de produção, suas telas, conceitos, comandos e desempenho devem corresponder à cultura, aos recursos e às expectativas do pessoal do chão de fábrica. Conclusão Todos aqueles que utilizam ou adquirem a tecnologia DNC devem levar em consideração o uso da tecnologia de PLM no chão de fábrica. Nem todos os fornecedores de PLM serão aprovados nos testes gerais e detalhados indicados acima. Porém, se a tecnologia estiver preparada para as fábricas, o PLM proporcionará uma combinação insuperável de simplificação - um sistema único para manipular informações de projeto e manufatura e flexibilidade - interfaces e fluxos de trabalho configuráveis e personalizáveis. Essa combinação pode posicionar o PLM como a tecnologia básica para iniciativas de manufatura mais avançadas. 2011 Cambashi Ltd 9

Sobre a Siemens PLM Software A Siemens PLM Software, uma unidade de negócios da Siemens Industry Automation Division, é líder em fornecimento global de serviços e software de gerenciamento do ciclo de vida do produto (PLM), com 6,7 milhões de usuários licenciados e mais de 69.500 clientes no mundo todo. Com sede em Plano, no Texas, a Siemens PLM Software trabalha de forma colaborativa com empresas para fornecer soluções abertas que as ajudam a transformar mais ideias em produtos bem-sucedidos. Para obter mais informações sobre produtos e serviços da Siemens PLM Software, visite www.siemens.com/plm. Sobre a Cambashi A Cambashi, com sede em Cambridge (Reino Unido) e Massachusetts (EUA), realiza pesquisas e análises independentes sobre os motivos comerciais para utilização da TI em empresas do mundo todo. Suas áreas de especialização incluem aplicativos de engenharia, empresas, fábricas e cadeia de suprimentos, bem como a infraestrutura necessário para permitir que as indústrias usem a TI com eficiência. A Cambashi publica estimativas de mercado em seu Market Observatory e estudos de diversos clientes em Cambashi Reports Industry Directions. Seus clientes vão desde pequenas empresas a grandes corporações, e incluem a maioria dos principais fornecedores de software e diversos dos pioneiros no uso de TI. www.cambashi.com Cambashi Ltd Conexão entre a engenharia de manufatura e o chão de fábrica - um sinal de eficiência do fabricante M3011. As informações deste relatório são provenientes de diversas origens e representam as melhores informações disponíveis de acordo com a Cambashi Ltd. Este documento inclui nossa interpretação das informações em domínio público ou divulgadas por dirigentes responsáveis das organizações relevantes. Algumas informações vêm de origens que não podem ser verificadas. Nossa pesquisa se baseia em amostragem por julgamento. Portanto, os resultados não possuem valor estatístico, a não ser que haja declaração em contrário. A Cambashi Ltd não pode garantir a precisão ou completude do relatório. As informações podem sofrer alterações com o tempo. As análises, opiniões e estimativas deste relatório refletem nossas opiniões no momento em que este documento foi redigido, mas estão sujeitas a alterações sem prévio aviso. A Cambashi Ltd não será responsável por perdas ou danos provenientes do uso dessas informações. Todas as marcas registradas pertencem a seus respectivos proprietários. A Cambashi Ltd pode ter uma relação de consultoria com a empresa mencionada. Isso não constitui uma oferta de venda ou solicitação de uma oferta de compra de ações. A Cambashi Ltd, seus funcionários, suas famílias e pessoas associadas a eles podem ou não ocupar posições nas ou relacionadas às empresas aqui mencionadas. 2011 Cambashi Ltd 10