Sistemas Integrados de Manufatura

1. SistemasIntegrados deManufatura Prof. Marcelo Coutinho www.ifsul.edu.br/~coutinho

2. 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

3. Facilities: constitui os equipamentos organizados de maneira lógica e os trabalhadores que os operam numa fábrica. • Produto Tipo de Manufatura

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

5. 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.

6. 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).

7. Tipos de produção e seus layouts

8. 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.

9. 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).

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. 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.

16. 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.

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

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

19. 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.

20. 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.

21. 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

22. 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?

23. 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.

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

25. 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:

26. 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)

27. 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)

28. 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)?

29. Relação produto/produção • Complexidade do produto • Solução:

30. 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

31. 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

32. 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.

33. 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.

34. 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?

35. 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.

36. 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.

37. 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).

38. 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

39. 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).

40. 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

41. 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.

42. 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.

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

44. 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.

45. Custos de manufatura • Trabalho direto, material e overhead

46. 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.

47. 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.

48. 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.

49. Determinação do tamanho do lote (Qe) • Abordagemclássica: baseadaemvariações de estoque Equações: Qual o valor de Qe ?

50. Determinação do tamanho do lote (Qe) • Diferencia-se CT emrelação à Q paraachar o pontomínimo: