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Sistemas Integrados de Manufatura

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Sistemas Integrados de Manufatura. Prof. Marcelo Coutinho www.ifsul.edu.br/~coutinho. Introdução Sistema de produção: coleção de pessoas, equipamentos e procedimentos organizada de tal forma a realizar as operações de manufatura de uma companhia.

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SistemasIntegrados deManufatura

Prof. Marcelo Coutinho

www.ifsul.edu.br/~coutinho

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Introdução

  • Sistema de produção: coleção de pessoas, equipamentos e procedimentos organizada de tal forma a realizar as operações de manufatura de uma companhia.
    • Sistemas de suporte à manufatura: procedimentos para gerenciar a produção e resolver problemas (técnicos, logística, etc), projeto do produto manter padrão de qualidade do produto (cliente).

Colarinho branco

Colarinho azul

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Facilities: constitui os equipamentos organizados de maneira lógica e os trabalhadores que os operam numa fábrica.

  • Produto Tipo de Manufatura
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Produçãobaixa

    • Geralmenteprodutoscomplexos e especializadoscomonavios, aviões e máquinasespeciais (fixed-position layout).
    • Partesindividuais do produtopodem ser produzidasseparadamente (process layout).
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Produção média

    • Hard product variety: caso em que os produtos não apresentam semelhanças. Tradicionalmente usa-se batch production com process layout (changeover time para o próximo produto).
    • Soft product variety: peças similares podem compartilhar mesmo equipamento (changeover pode não ocorrer). Para diferentes peças/produtos usa-se cellular layout onde cada célula é especializada numa função.
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Produção alta (em massa)

    • Quantity production: tipicamente usa process layout e se dedica na produção em massa de uma peça ou parte de equipamento.
    • Flow line production: múltiplas estações de trabalho em sequência (product layout).
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Sistemas de suporte à manufatura

    • Pessoas e procedimentosquegerenciam as operações de produção (projeto, planejamento, controle). O ciclo das informaçõesestárepresentadopelafigura e consistenasfunções: (1) business functions, (2) product design, (3) manufacturing planning e (4) manufacturing control.
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Automação em sistemas de produção

    • Automação:A tecnologia norteada nos princípios da mecânica, eletrônica e de sistema baseado em computador para operar e controlar a produção.
    • Elementos automatizados numa fábrica:(1) automação dos equipamentos (manufacturing systems), (2) informatização do sistema de suporte (manufacturingsupport systems).
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Automação dos equipamentos

    • O termo automação se refere ao fato de que as operações se dão de modo automático, quase não existe ação humana. Ex.:
      • sistemas de montagem automatizada
      • sistemas de inspeção de qualidade automatizada
      • sistemas de manufatura robotizada
      • etc
    • Existem três tipos: (1) automação fixa, (2) automação programável e (3) automação flexível.
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Automação dos equipamentos

    • Automação fixa
      • A sequência de operação é fixada pela configuração do equipamento;
      • Geralmente envolve aplicações mais simples;
      • Alto custo inicial;
      • Taxa de produção alta (produção em massa);
      • Não flexível para adaptar outro produto.
    • Automação programável
      • A sequência de operação é configurável (programa);
      • Alto investimento para propósitos mais gerais;
      • Flexibilidadeparatratar de variações e mudanças no produto;
      • Indicado para batch production(produção média);
      • Ex.: NC, Robótica, PLC.
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Automação dos equipamentos

    • Automação flexível
      • Capaz de produzir continuamente uma variedade maior de peças ou produtos (semelhanças entre si);
      • Changeover time é mínimo;
      • Investimento muito alto;
      • Taxa de produção média.
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Informatização dos sistemas de suporte

    • Tem por objetivo reduzir esforços no projeto de produtos, planejamento e controle da manufatura e ainda, das negociações da empresa.
    • Ex.: CAD (computer-aided design), CAM (computer-aidedmanufacturing), ou ainda, CAD/CAM.
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Razões para automatizar

    • Aumentar a produtividade do trabalho: maior saída por hora de trabalho;
    • Reduzir custo de trabalho: máquinas substituindo trabalho humano para reduzir custo do produto unitário;
    • Reduzir ou eliminar tarefas rotineiras;
    • Melhorar a segurança do trabalhador;
    • Melhorar qualidade do produto: reduzindo a taxa de defeitos;
    • Reduzir o tempo de entrega do produto;
    • Realizar processos os quais manualmente não seriam possíveis: por exemplo, circuitos integrados ou processos que exigem precisão e cálculos complexos.
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Operações de manufatura

    • Manufaturar: é a aplicação de processos físicos e químicos que altera a geometria, as propriedades e/ou aparência de um dado material para criar peças ou produtos.
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Indústrias de manufatura e produtos

    • Indústrias de manufatura: Produzem bens e/ou serviços, sendo que existem três categorias indicadas na tabela.

Indústria de processo:processos químicos,

farmacêutica, petróleo, alimento, bebidas e

energia elétrica.

Indústria de produtos discretos:automóveis,

aviões, computadores, máquinas e indústrias de

peças para montar os produtos citados.

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Indústrias de manufatura e produtos

    • As operações de produção podem ser divididas em: (1) produção contínua e (2) produção em lote.
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Indústrias de manufatura e produtos

    • Produtos manufaturados: nos interessam os produtos discretos da indústria secundária, reunidos abaixo.
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Indústria de manufatura e produtos

    • Produtos manufaturados:os produtos da tabela anterior são divididos em: (1) bens de consumo e (2) bens de capital.
    • Bens de consumo: comprados diretamente pelos seus consumidores, ex., TVs, brinquedos, carros, etc.
    • Bens de capital: comprados por outras companhias para produzir bens e serviços, ex., aviões comerciais, computadores mainframe, máquinas, etc.
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Operações de manufatura

    • Para uma indústria de produtos discretos tem-se as seguintes atividades:(1) processing and assembly operations, (2) material handling, (3) inspection and test e (4) coordination and control.
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Relação produto/produção

    • Nesse estudo os seguintes parâmetros são importantes:(1) production quantity, (2) product variety, (3) complexity of assembled products e (4) complexity of individual parts.
      • Production quantity and product variety
        • Seja Q = quantidade da produção (número de unidades/ano de uma dada peça ou produto) e P = número de variedade de produtos. Cada estilo de peça/produto será identificado com subscrito j. Assim, Qj = quantidade anual do estilo j e Qf = quantidade total de todas as peças.
        • P1: número produtos distintos
        • P
        • P2: número modelos distintos

Linha de produção

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Relação produto/produção

    • Exemplo: Uma companhia é especializada em produtos de fotografia. Produz somente câmeras e projetores. Na sua linha de câmeras oferece 15 modelos diferentes e na linha de projetores oferece 5. Qual a variedade de produtos?
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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto
      • Tentar-se-á quantificar quão complexo é a produção de um produto e/ou peça.
      • O número de componentes é indicativo da complexidade do produto montado.
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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto
      • O número de operações no processamento é indicativo da complexidade de um componente fabricado.
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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto
      • Seja nP = número de peças por produto e nO = número de operações no processamento por peça.
      • Três plantas são identificadas nesse estudo:
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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto
      • Relações entre P, Q, nPe nOpara indicar o nível de atividade numa planta de manufatura:
        • Desprezar diferença entre P1 e P2 ;
        • Assumindo que o produto é montado por peças produzidas na planta (não existe compra) ;
        • Então:

nPf : número total de peças manufaturadas na fábrica (pç/ano)

Qj : quantidade anual de um produto j (produtos/ano)

nPj : número de peças no produto j (pç/produto)

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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto

Nível de atividade numa fábrica

nOf : número total de ciclos de operações realizadas (ops/ano)

nOjk : número de operações de processamento para cada peça k , somado sobre o

número de peças no produto j (nPj)

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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto
      • Exemplo: Suponha que uma companhia projetou uma nova linha de produto e está planejando construir uma nova planta para manufaturar esta linha de produto. A nova linha consiste de 100 tipos de produtos diferentes e para cada tipo de produto a companhia quer produzir 10000 unidades anualmente. Os produtos possuem em média 1000 componentes cada e o número médio de operações de processamento para cada componente é 10. Tudo é produzido pela fábrica. Cada passo do processamento leva em média 1min. Determine:
        • A) Quantos produtos anualmente são produzidos?
        • B) Quantas peças anualmente são produzidas?
        • C) Quantas operações anualmente?
        • D) Quantos trabalhadores serão necessários para a planta (250 dias/ano)?
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Relação produto/produção

    • Complexidade do produto
      • Solução:
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Limitações e capacidades de uma planta

    • O exemplo visto é muito difícil de ocorrer na prática. Imagine o número de trabalhos indiretos, pessoal administrativo, gerência, etc? Imagine o tamanho da fábrica?
    • Uma fábrica precisa estar focada num serviço (focused factory: parts producer ou assemply plant).
    • Manufacturing capability: refere-se aos limites técnicos e físicos de uma planta (fábrica) de manufatura.
    • Alguns parâmetros: (1) technological processing capability, (2) physical size and weight of product e (3) production capacity
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Modelos matemáticos

    • Na produção por lote, o tempo para processar um lote com Q unidades consiste em:
      • onde Tsué o tempo de setup em min e Tcé o tempo de operação por peça em min/pç.
    • Se o interesse é obter o tempo de produção médio por unidade, então
    • Finalmente, a taxa de produção (production rate) média será
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Modelos matemáticos

    • Capacidade de produção
      • É a taxa máxima de saída de uma produção sob dada condição de operação (turnos por dia, dias de operação da planta no mês, etc) ;
      • Existe a tendência de definir a capacidade da produção levando em conta o tempo total disponível na semana, ou seja, 168 hr/sem ;
      • Então a capacidade de produção PC é dada por
        • onde n é o número de máquinas, S é o número de turnos em turno/sem, H é o tempo de operação de cada máquina em hr/turno e Rpé a taxa de produção de cada máquina em unidades de saída/hr.
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Modelos matemáticos

    • Utilização e disponibilidade
      • Utilização U é a relação entre o que é produzido (saída) pela capacidade de produção PC, ou seja,
      • Também pode ser definido como a relação entre o tempo em que uma planta (ou equipamento) opera e o tempo total disponível pela sua capacidade.
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Modelos matemáticos

    • Utilização e disponibilidade
      • Exemplo: Uma máquina opera 80 hr/sem (dois turnos, 5 dias) na capacidade máxima. Sua taxa de produção é de 20 unidades/hr. Durante uma certa semana, a máquina produziu 1000 peças e esteve ociosa o resto do tempo. (a) Determine a capacidade de produção da máquina. (b) Qual foi a utilização da máquina durante aquela semana?
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Modelos matemáticos

    • Utilização e disponibilidade
      • Availability é uma medidade da confiabilidade do equipamento e é dada por
        • onde MTBF é o tempo médio entre falhas (mean time between failures) em hr e MTTR é o tempo médio para reparar (mean time to repais) em hr.
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Modelos matemáticos

    • Utilização e disponibilidade
      • Exemplo: Uma planta possui 6 máquinas dedicadas na produção de uma mesma peça. As operações se dão por 10 turnos por semana. O número de horas por turno é 8. A taxa de produção média de cada máquina é de 17 unid/hr. Considere ainda que as máquinas possuam A=90% e U=80%. Calcule a saída esperada da planta em unid/sem.
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Modelos matemáticos

    • Tempo de entrega do produto (manufacturing lead time – MLT)
      • É o tempo que a empresa leva para entregar o produto ao cliente;
      • É o tempo total que o produto ou peça leva para ser processado e portanto, deseja-se que seja o menor possível.
      • Produção: (1) operação: a peça ou produto está na máquina de produção e (2) não operação: transporte, armazenamento temporário, inspeção e outras.
      • onde MLTj = lead time para a peça ou produto j (min), Tsuji=tempo de setup para a operação i (min), Qj=número de peças do tipo j no lote (pç), Tcji=tempo da operação i (min/pç), Tnoji=tempo de não operação associado à operação i (min) e i indica a sequência de operação (i=1,2,...,noj).
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Modelos matemáticos

    • Supondo todos tempos de setup, operação e não operação são iguais para todas as nojmáquinas, e ainda, os lotes são iguais para todos os produtos/peças e são processados pelo mesmo número de máquinas (noj=no); então:
      • Exemplo: Uma dada peça é produzida em um lote com 100 unidades. O lote precisa ser roteado através de 5 operações para completar o processamento. O tempo de setup médio é 3 hr/operação e o tempo de operação médio é 6 min. O tempo de não operação é de 7 hr/operação. Determine quantos dias levará para completar o lote, assumindo que a planta funciona 8 hr/dia.
      • A 8 hr/dia, essa quantidade equivale a 100/8=12,5 dias
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Modelos matemáticos

    • Work-in-process (WIP)
      • É a quantidadedepeças ou produtos atualmente localizado na fábrica que está sendo processada ou que está entre operações de processamento;
      • WIP pode ser medido por
      • onde WIP é dado em (pç), A=disponibilidade, U=utilização, PC=capacidade de produção em (pç/semana), MLT= manufacturing lead time (hr), S=número de turnos por semana (turnos/semana) e H=horas por turno (hr/turno).
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Custos de manufatura

    • Veremos que as decisões nos processos de produção e automação são geralmente baseados nos custos ;
    • Custos variáveis e fixos
      • Fixos: construção da fábrica, equipamentos, segurança e taxas. Expresso em quantidade anual ;
      • Variáveis: geralmente é proporcional à quantidade de produção. Exemplos: trabalho direto, matéria prima e energia elétrica ;
      • O custo, portanto, total é dado por
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Custos de manufatura

  • onde TC é o custo total anual em R$/ano, FC é o custo fixo anual em R$/ano, VC é o custo variável em R$/pç e Q é a quantidade anual produzida em pç/ano.
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Custos de manufatura

    • Trabalho direto, material e overhead
      • Trabalho direto: salário e benefícios pagos aos operadores de máquinas;
      • Material: matéria-prima usada na manufatura do produto. Na indústria de montagem, matéria-prima inclui as peças produzidas por outras empresas;
      • Overhead: são os outros gastos associados à manufatura e dividem-se em
        • Factory overhead: custos para operar a fábrica como energia para as máquinas, depreciação de equipamentos, transporte de materiais, benefícios adicionais, seguros pessoais, aquecimento e ar-condicionado, segurança, taxas, etc;
        • Corporate overhead: custos para manter em atividade a fábrica como P&D, vendas e marketing, departamentos financeiro e contabilidade, executivos, taxas, seguros pessoais, energia, benefícios adicionais, etc.
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Custos de manufatura

    • Trabalho direto, material e overhead
      • A figura abaixo mostra as porcentagens de custos:
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Custos de manufatura

    • Trabalho direto, material e overhead
      • A seguir, exemplos de como determinar alguns índices de custos e como estes são utilizados para estimar custo de manufatura e estabelecer preço de venda:
    • Exemplo: Suponha que todos os custos foram compilados para uma dada firma de manufatura no último ano. O resumo está apresentado na tabela abaixo. A companhia opera duas plantas diferentes mais um centro administrativo. Determine (a) FOHR – factory overhead rate para cada planta (b) COHR – corporate overhead rate. Essas taxas (rates) serão utilizadas pela firma no ano seguinte.
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Custos de manufatura

    • Trabalho direto, material e overhead
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Custos de manufatura

    • Trabalho direto, material e overhead
    • Exemplo: Uma ordem de cliente de 50 peças está para ser processada pela planta 1 do exemplo anterior. Matéria-prima é suprida pelo cliente. O tempo total para o processamento será de 100 horas. Trabalho direto será de $10.00/hr. Determine o custo do trabalho.

O custo total seria de $9500. Usando uma margem de 10%, para a empresa obter

lucro, o preço cotado ao cliente seria de (1.10)*($9500)=$10450.

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Fabricação em Lotes

    • O problema: O tamanho adequado do lote é importante tendo em vista que deve atender a demanda entre intervalos de produção, buscando o menor custo de fabricação e manutenção do estoque.
      • De um lado, aspectos financeiros impõem redução de estoques para baixar custos de manutenção e de outro, a produção quer aumentar o tamanho dos lotes para diluir custos de preparação.

Indústrias do ramo metal-mecânico.

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Determinação do tamanho do lote (Qe)

  • DefinirumaquantidadeeconômicaQecujoscustos de fabricaçãosejammínimos. Os custossãodivididoscomo:
    • Custo de “set-up”
      • mão-de-obraaplicadanapreparação das máquinas;
      • materiaisenvolvidos;
      • indiretos: administrativos, etc.
    • Custounitário de produção
      • matérias-primas;
      • mão-de-obraaplicadanaprodução;
      • tempos de máquinas.
    • Custo de manutenção do estoque
      • juros de capital imoblizado;
      • risco de obsolescência do produto;
      • deterioração;
      • instalações.
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Determinação do tamanho do lote (Qe)

    • Abordagemclássica: baseadaemvariações de estoque

Equações:

Qual o valor de Qe ?

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Determinação do tamanho do lote (Qe)

    • Diferencia-se CT emrelação à Q paraachar o pontomínimo:
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DEFINIÇÃO DE FAMÍLIAS E CÉLULAS

Concepção e operacionalidade

  • Vimos que existem diversos algoritmos desenvolvidos para se estabelecer as
  • células de máquinas e famílias de peças. Essa metodologia garante eficiência,
  • no entanto, a qualidade está ligada à otimização da definição das rotas;
  • Na aplicação de um algoritmo sobre as informações de rotas das peças, alguns
  • parâmetros de projetos podem ser restrições na criação de famílias e células:
    • o tamanho da célula;
    • o limite de carga para cada máquina;
    • a interdependência entre as máquinas.
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O tamanho da célula

  • É medido pelo número de processos ou de máquinas alocadas na mesma ;
  • É um parâmetro que deve ser controlado por razões como:
    • limitação do espaço físico ;
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