Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Produção Sistemas de Produção I Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr. Estudo de Caso 4 O Sistema Kanban - Puxar x Empurrar Objetivo: Este estudo de caso tem por finalidade analisar as vantagens e desvantagens do sistema puxado de programação e controle da produção JIT, confrontando-o com o sistema convencional de empurrar a programação da produção. Para tanto, foi criado um modelo no software de simulação Arena que permite analisar o desempenho de um sistema produtivo frente a variações de demanda (quantidade, tamanho de lote e mix de produção) tanto segundo a lógica de empurrar como de puxar as ordens de produção. Modelo: O estudo de caso 4 trabalha com um sistema produtivo com duas lógicas de programação diferentes: a lógica convencional de empurrar a programação da produção e a lógica JIT de puxar a programação da produção. Os dois sistemas de programação são equivalentes e trabalham dentro do mesmo sistema produtivo. Suas diferenças básicas se dão apenas ao nível de lógica de programação. Pode-se entender o estudo de caso 4 como a representação do sistema produtivo de uma empresa que pretende migrar de um sistema convencional de PCP para um sistema JIT de PCP. O sistema produtivo do estudo de caso 4 é bastante simples, e semelhante ao empregado no estudo de caso 3, seu foco está centrado na lógica de programação para quatro produtos diferentes e seu reflexo nos pedidos dos clientes que estão dando entrada na expedição. Logo, nessa simulação irão ocorrer duas ações independentes e simultâneas. Uma é a programação da produção (empurrada ou puxada), escolhida para atender a uma previsão de vendas mensal. A outra é a entrada de pedidos dos clientes de acordo com um plano de vendas estabelecido. O sistema produtivo pode produzir em suas três máquinas (máquina 1, máquina 2 e máquina 3) quatro produtos diferentes (produto 1, produto 2, produto 3 e produto 4). Os produtos 1 e 2 possuem roteiros de fabricação passando pelas máquinas 1 e 3, nessa ordem, enquanto os produtos 3 e 4 possuem roteiros de fabricação passando pelas máquinas 2 e 3, nessa ordem. Todos os quatro produtos são produzidos e movimentados em lotes e possuem os mesmos tempos padrões unitários de produção baseados em uma normal de média 3 minutos e desvio padrão de 0,3 minutos. Não são levados em consideração tempos de setups para troca de lotes nas máquinas, nem tempos de deslocamentos dos lotes no sistema. O sistema produtivo será simulado sempre para um período de seis meses, ou 57600 minutos (480 minutos/dia * 20 dias/mês * 6 meses). Na programação empurrada emite-se um programa mensal de produção, escolhendo-se o número e o tamanho dos lotes para os quatro produtos. Esses lotes serão distribuídos pelas quatro semanas do mês e darão entrada no início da semana. A medida em que os lotes das ordens de produção vão ficando prontos em cada máquina, eles vão sendo empurrados para o próximo recurso até darem entrada na expedição e ficarem disponíveis para atender aos pedidos dos clientes. A Figura 1 apresenta a tela que é mostrada durante a animação da simulação da programação empurrada. Nessa tela se podem ver os estoques de matérias primas (MP) nas duas primeiras máquinas, com 60 unidades de matérias primas dos produtos 1 e 4, e 40 unidades de matérias primas dos produtos 2 e 3, os estoques de produtos em processo (PP) na terceira máquina, com 40 unidades de produto em processo 1, e 20 unidades de produtos em processo 2, 3 e 4. Também se podem ver os níveis de 1 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br 1
estoques acabados e lead times dos quatro produtos e das vendas pendentes no almoxarifado ou expedição. Figura 1 Tela da programação empurrada simulada. Já na programação puxada, dimensionam-se os supermercados do sistema kanban definindo-se o tamanho dos lotes e o número de lotes para cada produto. A medida em que os pedidos dos clientes forem chegando, o supermercado de produtos acabados vai baixando de nível e acionando o reabastecimento de produtos em processo (PP) e matérias primas (MP) pelo sistema produtivo dentro da lógica puxada. A cada 100 minutos o sistema simulado verifica se há necessidade de reabastecer as matérias primas nos supermercados, dando entrada a um lote de cada vez caso necessário. A Figura 2 apresenta a tela que é mostrada durante a animação da simulação da programação puxada. Nessa tela se pode ver os supermercados dimensionados em quatro lotes de dez unidades por produto e, em verde, os painéis porta kanbans com os cartões autorizados para a produção. Por exemplo, olhando-se para a máquina 1 pode-se ver o seu supermercado de matérias primas com três lotes das matérias primas dos produtos 1 e 2. O cliente da máquina 1, no caso a máquina 3, está solicitando para completar seu próprio supermercado de produtos em processo, dois lotes de produto 2. Um desses lotes está no painel porta kanban da máquina 1 e o outro está sendo trabalhado pela máquina 1. Como nesse momento da simulação não há solicitação de vendas dos produtos 3 e 4, tanto o supermercado dos produtos em processo 3 e 4 na máquina 3, como o supermercado de matérias primas dos produtos 3 e 4 na máquina 2, estão cheios com quatro lotes. Por essa razão pode-se notar na Figura que o operador da máquina 2 está parado, pois o sistema é de puxar e não há solicitações de seu cliente (máquina 3). Também se podem ver os níveis de estoques acabados e lead times dos quatro produtos e das vendas pendentes no almoxarifado ou expedição. A outra ação no modelo simulado, paralela a lógica de programação da produção e independente do tomador de decisões, ocorre com a definição dos pedidos dos clientes. Os pedidos dos clientes podem variar quanto ao seu volume total mensal, quanto ao tamanho dos lotes, quanto ao mix de 2 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br
produção, e quanto à variabilidade pequena ou grande no tempo entre as chegadas dos pedidos. A definição do tamanho do lote de vendas irá estabelecer o número de pedidos dos clientes que entrarão por mês durante os seis meses. Por exemplo, para uma previsão de vendas mensal de 1600 unidades e lotes de 20 unidades, o sistema irá dar entrada em 80 lotes de vendas por mês (1600 unidades/mês divididas por 20 unidades). Esses 80 lotes serão distribuídos pelos quatro produtos de acordo com o mix de vendas selecionado. Por exemplo, para um mix de 25% para cada produto, tem-se 20 lotes de vendas por mês por produto. Figura 2 Tela da programação puxada simulada. Além do volume, tamanho dos lotes e mix dos pedidos dos clientes, haverá ainda uma certa variabilidade (pequena ou grande) no tempo entre a chegada dos pedidos. Essa variabilidade busca dar uma dinâmica mais real as vendas, e utiliza uma distribuição triangular para sortear o tempo até a próxima chegada de um pedido dos clientes. A variabilidade pequena utiliza uma distribuição triangular com valor médio igual ao tempo médio entre pedidos, e os valores mínimo e máximo iguais a 5% a menos ou a mais, respectivamente, do tempo médio. De forma semelhante, a variabilidade grande emprega uma distribuição triangular com valor médio igual ao tempo médio entre pedidos, e os valores mínimo e máximo iguais a 50% a menos ou a mais, respectivamente, do tempo médio. Por exemplo, admitindo-se 80 lotes de vendas por mês com um mix de 20 lotes para o produto 1, e escolhendo-se uma variabilidade pequena, o tempo entre a entrada desses pedidos seguirá uma distribuição triangular com média de 480 minutos (9600 minutos/mês dividido por 20 lotes), valor mínimo de 456 minutos (480 minutos vezes 0,95), e valor máximo de 504 minutos (480 minutos vezes 1,05). Já ao se escolher uma variabilidade grande, mantém-se a média de 480 minutos, mas com valor mínimo de 240 minutos (480 minutos vezes 0,50) e valor máximo de 720 minutos (480 minutos vezes 1,50). Como se pode ver, a variabilidade grande faz com que os pedidos de vendas entrem no sistema de forma bastante irregular, pois o período entre entradas pode variar, segundo 3 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br 3
uma distribuição triangular, de 240 até 720 minutos, enquanto que com variabilidade pequena eles variam na faixa de 456 a 504 minutos. A partir de uma previsão inicial de vendas mensal com a definição do volume total, tamanho dos lotes, do mix de produtos e da variabilidade no tempo entre as chegadas dos pedidos, os pedidos de vendas passarão a chegar na expedição segundo a dinâmica aleatória da simulação e, caso tenhamse produtos em estoque, eles serão entregues em lotes de vendas. Caso contrário, os pedidos ficam aguardando a entrada de novos lotes de produção para serem atendidos. Resultados: Ao final dos seis meses (57600 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 3 apresenta a tela do relatório de saída da simulação do sistema empurrado, e a Figura 4 a tela do relatório de saída da simulação do sistema puxado. Inicialmente serão descritos os itens constantes do relatório de saída do sistema empurrado, posteriormente serão descritas as pequenas diferenças existentes no relatório de saída do sistema puxado. No relatório de saída do sistema empurrado da Figura 3 podem-se ver quatro quadros de respostas: Lotes Mensais de Produção, Previsão de Vendas, Posição Média da Fábrica e Lead Time Médio. Alguns dos valores apresentados no relatório de saída do estudo de caso 4 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 Previsão de Vendas mostra o valor selecionado, em número de produtos, para a previsão de vendas mensal, o tamanho dos lotes de venda, o mix da previsão de vendas, em percentual, escolhido para cada tipo de produto e o grau de variabilidade nos tempos de chegada dos pedidos de vendas. Já o quadro de resposta Lotes Mensais de Produção passa para o relatório de saída o número e o tamanho dos lotes de cada um dos quatro produtos que foram liberados mensalmente para a produção durante o período simulado. O quadro de resposta Posição Média da Fábrica do relatório de saída do sistema empurrado informa quais foram os valores médios por produto no semestre simulado, em unidades, dos três níveis de estoques no sistema (matérias primas, produtos em processo e produtos acabados) e das vendas pendentes dos clientes. Um resumo com os totais desses valores também é apresentado. Por exemplo, no relatório da Figura 3 tem-se que durante o período simulado os estoques médios de matéria prima (fila junto a máquina 1) para o produto 1 foi de 11,29 unidades, os estoques médios do produto 1 em processo (fila junto a máquina 3) foi de 11,95, e os estoques médios do produto 1 acabado (fila na expedição) foi de 14,52 unidades. Por outro lado, em virtude da falta de sincronismo entre produção e vendas, o valor médio das vendas pendentes do produto 1 durante o período simulado foi de 2,67 unidades. O quadro de resposta Lead Time Médio do relatório de saída informa os tempos médios em minutos que tanto os lotes de produção como os lotes de venda incorreram durante o período simulado. Nesse estudo de caso o lead time dos lotes de produção compreende o intervalo de tempo entre a entrada da matéria prima na fila das máquinas 1 ou 2, até a entrada dos produtos acabados na expedição, sendo composto pelo somatório dos tempos de espera nas filas das máquinas com os tempos produtivos nas máquinas. Já o lead time dos lotes de venda é o intervalo de tempo decorrido desde a entrada de um lote de venda no sistema até seu atendimento pelo estoque de produtos acabados. Por exemplo, no relatório de saída da Figura 3 os clientes esperaram, em média, 64,90 minutos para verem seus pedidos atendidos. Por outro lado, os produtos gastaram em média 677,91 minutos para ficarem prontos desde a entrada no sistema em forma de ordens de produção. 4 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br
Figura 3 Tela do relatório de saída da simulação do sistema empurrado. A Figura 4 apresenta a tela do relatório de saída da simulação do sistema puxado. Nesse relatório podem-se ver quatro quadros de respostas: Lotes, Previsão de Vendas, Posição Média da Fábrica e Lead Time Médio. As informações constantes desse relatório são semelhantes às informações apresentadas no relatório de saída da simulação do sistema empurrado (Figura 3) e já detalhadas. A única diferença se dá no quadro de respostas Lotes, onde, nesse relatório é apresentado o tamanho dos lotes e o número de lotes por produto selecionados para simular o sistema puxado JIT. Uma vez entendidos os dados físicos e financeiros fornecidos pelos relatórios de saída das Figuras 3 e 4, pode-se passar para a apresentação das questões para a discussão das principais vantagens e desvantagens do sistema puxado de programação da produção em confronto com os sistemas empurrados de programação. Questões para Discussão: No estudo de caso 4 têm-se duas grandes alternativas a serem simuladas: o sistema convencional empurrado de programação da produção e o sistema puxado JIT de programação da produção. Uma vez dentro de cada um desses sistemas, pode-se trabalhar com diferentes políticas de programação da produção empurradas ou puxadas no que se refere ao tamanho e número de lotes para cada um dos quatro produtos. Essas políticas serão montadas no sentido de atender à previsão de vendas, que por sua vez, poderá ter variações quanto ao volume mensal de produtos vendidos, quanto ao tamanho dos lotes de venda, quanto ao mix de vendas, e ainda, quanto à variabilidade nos tempos de chegada dos pedidos. 5 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br 5
Figura 4 Tela do relatório de saída da simulação do sistema puxado. Mantendo o princípio de estabelecer uma situação básica inicial e depois ir mexendo nas variáveis, uma a uma, para verificar seus efeitos sobre o sistema produtivo com programação puxada ou empurrada, propõem-se como padrão à simulação de uma alternativa inicial com uma previsão de vendas mensal de 1600 unidades, lotes de venda de 20 unidades, mix de 25% para cada um dos quatro produtos, e variabilidade pequena nos tempos entre chegadas dos pedidos de vendas. A partir da simulação dessa proposta inicial, pode-se sugerir as seguintes questões para discussão das principais características relacionadas aos sistemas puxados e empurrados de programação da produção. 1. Simule diferentes políticas de programação da produção empurrada para a situação básica inicial da previsão de vendas. Qual o tamanho e número de lotes que proporcionam os melhores resultados no atendimento aos clientes? Justifique com os dados simulados. 2. Simule diferentes políticas de programação da produção puxada para a situação básica inicial da previsão de vendas. Qual o tamanho e número de lotes que proporcionam os melhores resultados no atendimento aos clientes? Compare com os valores obtidos na questão um e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 3. Mantendo a programação da produção empurrada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão um, simule uma variação de volume para cima e para baixo na previsão de vendas mensal (por exemplo, para 2000 unidades por mês e para 1200 unidades por mês) para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas empurrados de programação da produção quando ocorrem variações de volume nas vendas inicialmente previstas? Justifique com os dados simulados. 4. Mantendo a programação da produção puxada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão dois, simule uma variação de volume para cima e para baixo na previsão de vendas 6 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br
mensal (por exemplo, para 2000 unidades por mês e para 1200 unidades por mês) para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas puxados de programação da produção quando ocorrem variações de volume nas vendas inicialmente previstas? Compare com os valores obtidos na questão três e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 5. Mantendo a programação da produção empurrada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão um, simule uma variação de mix na previsão de vendas mensal (por exemplo, 10% para os produtos 1 e 3, e 40% para os produtos 2 e 4, ou ainda, 50% para os produtos 1 e 3 apenas) para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas empurrados de programação da produção quando ocorrem variações de mix nas vendas inicialmente previstas? Justifique com os dados simulados. 6. Mantendo a programação da produção puxada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão um, simule uma variação de mix na previsão de vendas mensal (por exemplo, 10% para os produtos 1 e 3, e 40% para os produtos 2 e 4, ou ainda, 50% para os produtos 1 e 3 apenas) para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas puxados de programação da produção quando ocorrem variações de mix nas vendas inicialmente previstas? Compare com os valores obtidos na questão cinco e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 7. Mantendo a programação da produção empurrada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão um, simule uma variação de tamanho de lote de venda para cima e para baixo (por exemplo, para 50 unidades por lote e para 1 unidade por lote) para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas empurrados de programação da produção quando ocorrem variações no tamanho do lote de venda inicialmente previsto? Justifique com os dados simulados. 8. Mantendo a programação da produção puxada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão dois (adaptações no supermercado podem ser necessárias), simule uma variação de tamanho de lote de venda para cima e para baixo (por exemplo, para 50 unidades por lote e para 1 unidade por lote) para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas puxados de programação da produção quando ocorrem variações no tamanho do lote de venda inicialmente previsto? Compare com os valores obtidos na questão sete e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 9. Mantendo a programação da produção empurrada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão um, simule uma maior variabilidade nos tempos entre chegadas dos pedidos de vendas para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas empurrados de programação da produção quando ocorre uma maior variabilidade nos tempos entre chegadas dos pedidos de vendas? Justifique com os dados simulados. 10. Mantendo a programação da produção puxada (tamanho e número de lotes) selecionada na questão dois, simule uma maior variabilidade nos tempos entre chegadas dos pedidos de vendas para a situação básica inicial. Qual o efeito para os sistemas puxados de programação da produção quando ocorre uma maior variabilidade nos tempos entre chegadas dos pedidos de vendas? Compare com os valores obtidos na questão nove e justifique as diferenças encontradas com os dados simulados. 11. Resumindo as questões anteriores responda e justifique quando os sistemas puxados de programação da produção superam os sistemas empurrados? E quando acontece o inverso? 7 Prof. Dalvio Ferrari Tubino, Dr tubino@eps.ufsc.br 7