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 2010. ESTUDO DE LAYOUT EM UMA EMPRESA DE BENEFICIAMENTO DE CASTANHA DE CAJU COM O USO DE SIMULAÇÃO DE EVENTOS DISCRETOS Alexandre Freire Moreira (UFC) xandefreire@gmail.com Anselmo Ramalho Pitombeira Neto (UFC) anselmo.pitombeira@ufc.br Este trabalho visa à utilização da Simulação de Eventos Discretos no auxílio a um estudo de modificação de layout do setor de embalagem de uma industria de beneficiamento de castanha de caju. Inicialmente, foram levantadas informações com relação ao layout atual e processo produtivo, tais como: distâncias entre as máquinas, tempos de movimentação dos transportadores, e tempos de processamento de lotes de produção. Em seguida, foram desenvolvidos modelos de simulação para o layout atual e para um novo layout proposto por técnicos da empresa. Como resultado do estudo, foi possível concluir que o layout proposto pode render ganhos reais para a empresa, por meio da redução das distâncias percorridas, e menor demanda por movimentação de materiais. Palavras-chaves: Estudo de layout. Simulação de Eventos Discretos. Beneficiamento de Castanha de Caju.
1. Introdução A partir dos anos 80, com a implantação pelos japoneses de estratégias de manufatura como diferencial competitivo, indústrias em todo o mundo passaram a buscar melhorias de processo e redução de desperdícios. Essa nova visão da produção deu origem a vários movimentos inspirados em experiências bem sucedidas, tais como a manufatura Just-in-time, Qualidade Total, e mais recentemente, a Produção Enxuta. Uma característica comum a todos esses movimentos é a importância dada à redução de desperdícios. Sob essa ótica, movimentações desnecessárias devem ser minimizadas e estoques devem ser reduzidos ao máximo, de forma a gerar menores custos de capital e melhorar o nível de serviço ao cliente por meio de tempos de entrega mais curtos. Particularmente, com relação à movimentação de materiais, o layout de uma instalação fabril tem impacto direto nos custos e no controle de produção, uma vez que determina como se dão os fluxos de materiais, equipamentos de movimentação e pessoal ao longo do processo produtivo. Um layout com fluxo de produção desorganizado pode gerar uma série de desperdícios, tais como: alto inventário em processo, alto tempo de atravessamento, degradação do nível de serviço ao cliente (medido pelo percentual de pedidos entregues no prazo estipulado), baixa qualidade do produto, e empregados desestimulados (WEMMERLÖV; JOHNSON, 1997). Para organizar o fluxo de uma fábrica, reduzindo desperdícios, é importante o planejamento e o projeto de um layout adequado. Existem diversas técnicas que podem ser empregadas no auxílio ao planejamento e projeto de layout de fábrica. Entre elas, a Simulação de Eventos Discretos se destaca, pois possibilita a avaliação de alternativas de projeto sob condições operacionais realistas, levando-se em conta os fluxos de materiais e pessoal em um chão-de-fábrica. Este trabalho visa então à utilização da Simulação de Eventos Discretos no auxílio a um estudo de modificação de layout do setor de embalagem de uma industria de beneficiamento de castanha de caju. Como resultado do estudo, espera-se escolher uma alternativa de layout que melhore o fluxo de produção, reduzindo custos de movimentação de materiais e pessoal. 2. Estudos de simulação de layout de fábrica 2.1 Layout de fábrica O problema de projeto de layout de fábrica é definido como a determinação da disposição física das máquinas, estações de trabalho, departamentos, e de todo o equipamento de suporte no chão-de-fábrica (TOMPKINS et al., 2002). Os layouts podem assumir as mais diversas formas, sendo tradicionalmente classificados na literatura em quatro categorias: funcionais (ou layouts por processo ), celulares, linhas de produção e posicionais (SLACK; CHAMBERS; JOHNSTON, 2002). No entanto, na prática, muitas empresas costumam adotar layouts híbridos, ou seja, tais layouts não se enquadram unicamente em nenhuma das categorias listadas acima. Existem na literatura várias abordagens e técnicas aplicadas ao problema de projeto layout. Kusiak e Heragu (1987) fazem uma revisão detalhada das principais técnicas aplicadas ao projeto de layouts funcionais, enquanto Singh (1993) apresenta os desenvolvimentos associados ao projeto de layouts celulares. 2.2 Simulação de Eventos Discretos 2
Uma técnica bastante empregada em estudos de layout é a Simulação de Eventos Discretos. A Simulação é definida como sendo o processo de projetar um modelo computacional de uma situação real, com o intuito de compreender melhor o funcionamento do processo e analisar seu desempenho sob diferentes cenários (LAW; KELTON, 1999). Especificamente, a Simulação de Eventos Discretos emprega números pseudo-aleatórios para simular as mudanças de estados em sistemas discretos ao longo do tempo (FREITAS FILHO, 2008). Existem diversos software disponíveis para o desenvolvimento de modelos de simulação. Neste trabalho, foi utilizado o software Arena versão 11. A principal vantagem do uso da Simulação no estudo de layout reside no fato de que, com a Simulação, é possível que estudos sejam realizados sobre sistemas que ainda não existem, levando ao desenvolvimento de projetos eficientes antes que qualquer mudança física tenha sido iniciada (FREITAS FILHO, 2008, p.23). Dessa forma, alternativas de layout podem ser avaliadas com relação ao seu desempenho sob condições operacionais simuladas, sem a necessidade de intervenção física no chão-de-fábrica. Encontram-se na literatura alguns trabalhos que empregam a Simulação em estudos de modificação de layout: Meirelles et al. (2009) utilizam a Simulação como ferramenta complementar ao projeto de layout em uma fábrica de refratários; Bósoli et al. (2009) aplicam a Simulação para a validação de uma proposta de layout em uma fábrica de produtos químicos; e Nilsson et al. (2003) analisam modificações propostas em uma célula de manufatura por meio de Simulação. 2.3 Metodologias para estudos de simulação É possível encontrar na literatura metodologias para o desenvolvimento de estudos de simulação, destacando-se aquelas propostas por Freitas Filho (2008), Prado (2009), e Law e Kelton (2000). Tais metodologias possuem etapas semelhantes, e se dividem geralmente em planejamento e execução, no qual o planejamento é caracterizado pela identificação do problema, coleta de dados, viabilidade do trabalho, criação de um modelo do sistema e definição do plano de projeto, enquanto que a execução é caracterizada por realizar a modelagem dos sistemas atuais e propostos, validação dos resultados e apresentação dos resultados (PRADO, 1999). A metodologia adotada neste trabalho é uma simplificação daquela proposta por Prado (1999). 3. Estudo de caso: Análise de alternativas de layout por meio de simulação Nesta seção, é descrito o estudo de caso de uma empresa de beneficiamento de castanha de caju para a qual se realizou uma análise de alternativas de layout de um setor, por meio de Simulação de Eventos Discretos, com o objetivo de auxiliar o processo de tomada de decisão. 3.1 Layout atual O estudo de layout foi realizado no setor de embalagens em uma empresa de beneficiamento de castanha de caju de grande porte. O fluxo do processo produtivo é dividido em seis etapas, conforme a Figura 1. A administração superior da empresa interessou-se por realizar uma mudança de layout neste setor porque considerou que a máquina de selecionar amêndoas por tamanho estava localizada a uma distância inadequada do setor de embalagens, o que aumentava a necessidade de deslocamento dos operadores. Ademais, seu posicionamento próximo às esteiras e mesa de seleção fazia com que o setor adquirisse ainda mais poluição sonora. O layout atual do setor em análise pode ser observado na Figura 2, na qual a máquina 1 3
representa a máquina que seleciona as amêndoas por tamanho, a máquina 2 representa as estufas e a máquina 3 representa as esteiras da seladora e embaladora. O fluxo do produto é indicado por meio das linhas tracejadas. Figura 1 - Fluxo do processo produtivo Figura 2 Layout atual do setor de embalagens 4
3.2 Dados referentes ao setor de embalagens A primeira etapa da coleta de dados consistiu na medição das distâncias entre máquinas e locais de estocagem. Tais medidas foram tomadas com o auxílio de uma trena, iniciando da saída de material de uma máquina, até o local onde o lote é posicionado próximo à entrada da máquina subsequente (Tabela 1). De-para Distância Máquina 1 à máquina 2 75 m Máquina 1 à máquina 3 80 m Máquina 1 ao estoque final 100 m Máquina 2 à máquina 3 20 m Máquina 2 ao estoque final 40 m Máquina 3 ao estoque final 25 m Tabela 1 Distâncias entre máquinas e áreas de estocagem no layout atual O próximo passo foi a obtenção da velocidade média que um operador leva para movimentar um lote de produção de uma maquina até a outra. Para isso, foi realizada uma amostragem de vinte medições com o auxílio de um cronômetro, seguindo a seqüência do processo produtivo, obtendo-se as velocidades médias de movimentação entre as máquinas e o estoque final (Tabela 2). Não foram realizadas medidas entre a máquina 1 e a máquina 3, uma vez que esse percurso não é pertencente ao fluxo do processo. Seguindo o fluxo, o operador sempre leva material da máquina 1 para a máquina 2, depois da máquina 2 para a máquina 3 e, por fim, da máquina 3 para o estoque final. Máquina 1 à máquina 2 Máquina 2 à máquina 3 Máquina 3 ao estoque final Velocidade média (m/s) 1,434 1,220 1,211 Tabela 2 Velocidade média de movimentação do operador As capacidades de cada máquina foram consideradas em lotes produzidos por hora, dadas na Tabela 3. O tamanho do lote não foi informado por pedido da empresa em que o estudo foi elaborado. Máquina Capacidade Quantidade 1 2 lotes/hr 6 máquinas 2 10 lotes/hr 2 máquinas 3 15 lotes/hr 2 máquinas Tabela 3 Capacidade das máquinas 3.3 Layout proposto O layout para o setor de embalagens originou-se a partir de um estudo realizado na empresa, que resultou na proposição de um novo layout (Figura 3). No desenho proposto, houve 5
aproximação das máquinas 2 e 3, e a diminuição de uma etapa de movimentação. Dessa forma, os produtos, após serem processados pela máquina 2, seguem diretamente para máquina 3, demandando menor movimentação. Essa mudança foi proposta segundo princípios da Manufatura Enxuta, visando diminuir etapas desnecessárias. Na Figura 3, o novo fluxo produtivo é indicado pelas linhas tracejadas. Figura 3 Layout proposto As distâncias entre máquinas no layout proposto são indicadas na Tabela 4. De-para Distâncias Máquina 1 à máquina 2 25 m Máquina 1 à máquina 3 30 m Máquina 1 ao estoque final 40 m Máquina 2 à máquina 3 < 1m Máquina 2 ao estoque final 15 m Máquina 3 ao estoque final 10 m Tabela 4 Distâncias entre máquinas no layout proposto 3.4 Modelos de simulação dos layouts atual e proposto Com as informações citadas no item 3.2, foram construídos modelo de simulação no software Arena versão 11 para os layouts atual e proposto. Estes modelos podem ser melhor observados nas Figuras 4 e 5. O tempo simulado foi estabelecido como um período de seis dias, que é uma semana de trabalho, considerando que cada dia terá um total de vinte e uma horas trabalhadas, para considerar o tempo de refeição durante os diferentes turnos da indústria, totalizando cento e vinte e seis horas trabalhadas. Adotou-se também um tempo de aquecimento das máquinas de 6
duas horas por semana, devido à paralisação das máquinas aos domingos, fazendo com que as máquinas só sejam religadas às segundas. Foram realizadas vinte repetições da simulação para cada modelo, para proporcionar uma maior confiabilidade nos resultados gerados. Essas informações são apresentadas na Tabela 5. Figura 4 Modelo de simulação do layout atual Figura 5 Modelo de simulação do layout proposto Parâmetro Valor Tempo simulado 126 horas Tempo de aquecimento 2 horas Número de repetições da 20 7
simulação Tabela 5 Parâmetros de simulação Para as simulações, foram utilizados os seguintes módulos de fluxograma do software Arena: Create, Dispose, Process, Decide e Batch, o módulo de dados Resource, e os módulos avançados Station, Request, Transport e Free. Estes módulos foram alimentados com as informações coletadas e indicadas nas Tabelas 1 a 5. O módulo Create possibilita a modelagem da chegada de materiais. Considerou-se que a cada cinco minutos em média chega um lote de produção, de acordo com informações de pessoal do chão-de-fábrica. Como se trata apenas de um valor médio, na prática haverá variabilidade nesse tempo. Para simular a variabilidade, admitiu-se na simulação que o tempo de chegada entre lotes varia segundo uma distribuição exponencial com média de cinco minutos. O módulo Dispose é utilizado para identificar o fim do fluxo de produção, registrando informações da simulação. Os módulos Process são utilizados para modelar o processamento dos produtos pelas máquinas. Os tempos de processamento foram considerados constantes, devido à baixa variabilidade observada na prática. Para o setor atual, as informações da máquina 3 foram divididas em dois processos, pois cada máquina trabalha independente da outra, tendo que produzir nove lotes para liberar o material até o estoque final. Também há um módulo Process, identificado por Mov_ate_estoque_final (Figura 4) que modela a movimentação de material até o estoque final. O módulo Decide foi utilizado para modelar a divisão do fluxo de produção como indicado nas Figuras 2 e 3. O módulo Batch foi empregado para acumular uma fila de nove lotes, que é a quantidade que o produto final deve possuir. Os módulos Station representam os locais de armazenagem dos lotes antes de cada processo, enquanto os módulos Free, Request e Transport são empregados para modelar a movimentação dos operadores e transportadores. 3.5 Resultados das simulações Os resultados das simulações dos layouts atual e proposto estão resumidos abaixo nas Tabelas 6, 7 e 8. Máquina Layout atual Layout proposto 1 98,69% 98,51% 2 59,20% 59,08% 3 78,87% 78,75% Tabela 6 Utilização das máquinas Máquina Layout atual Layout proposto 1 25,47 22,06 2 0,07 0,22 3 0,69 0,49 Tabela 7 Tamanho das filas de materiais 8
Medida de desempenho Layout atual Layout proposto Distância total média percorrida pelo transportador 220 metros 105 metros Utilização média do transportador 42,63% 11,45% Tabela 8 Informações referentes ao transportador A Tabela 6 contém informações acerca da utilização das máquinas. Os valores obtidos para o layout atual e para o layout proposto são equivalentes. Logo, não haverá impacto na utilização das máquinas devido à mudança de layout. Outrossim, a produção média obtida foi praticamente a mesma em ambos os layouts, com valor de 187 lotes, indicando que mudança de layout não implicará em perda de produtividade. A Tabela 7 exibe os resultados referentes às filas de material em espera por processamento nas máquinas. A máquina 1 exibe uma fila aproximadamente 13% menor para o layout proposto, enquanto as máquinas 2 e 3 não exibem filas em ambos os layouts, atual e proposto. Neste caso, há um ganho adicional de espaço em se adotar o novo layout, pois haverá menor necessidade de área para acomodar a fila de material. Por fim, a Tabela 8 sintetiza os resultados obtidos com relação ao desempenho do operador. A distância total média percorrida é sensivelmente menor no layout proposto, com uma redução de aproximadamente 52%, enquanto a utilização do operador se reduz de 42,63% para 11,45%, uma vez que o mesmo precisará se locomover por menores distâncias. Ou seja, nessas condições, o transportador permanecerá quase 90% do tempo ocioso aguardando por lotes para movimentar entre as máquinas. Esse maior tempo disponível pode ser aproveitado em outras atividades no chão-de-fábrica. Essas considerações levam à conclusão de que o layout proposto pode render ganhos reais para a empresa, por meio da redução das distâncias percorridas, e menor demanda por movimentação de materiais. 4. Considerações finais Este trabalho teve como objetivo apresentar um estudo de caso envolvendo a utilização da Simulação de Eventos Discretos no auxílio a um estudo de modificação de layout do setor de embalagem de uma industria de beneficiamento de castanha de caju. Os resultados das simulações permitiram concluir que a implementação da mudança do layout atual para o layout proposto proporcionará uma redução na movimentação de materiais entre as máquinas, e redução na utilização do transportador, como decorrência da diminuição das distância percorridas, sem alteração da produtividade do setor. O transportador terá mais tempo livre para desenvolver outras atividades. A realização deste estudo produziu informações para auxiliar a tomada de decisão quanto a uma mudança de layout no setor, sem a necessidade de uma modificação física no chão-defábrica, ou seja, sem o uso de equipamentos e funcionários. Com isso, foram evitados desperdícios de recursos de produção e de matéria-prima. A metodologia apresentada por este trabalho pode ser adaptada e aplicada a outros estudos de simulação de layout, necessitando da dedicação de um analista com conhecimentos específicos em Simulação e conhecimentos quanto ao processo produtivo em questão. 9
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