sistemas integrados de manufatura

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind.Sistemas Integrados de Manufatura

Sistemas Integrados deSistemas Integrados deManufaturaManufatura

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.

– 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


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

Produto Tipo de Manufatura


• Produção baixa

– Geralmente produtos complexos e especializados como navios, aviões e máquinas especiais (fixed-position layout).

– Partes individuais do produto podem ser produzidas separadamente (process layout).


• 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.


• 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).


Tipos de produção e seus layouts


• Sistemas de suporte à manufatura– Pessoas e procedimentos que gerenciam as operações de produção (projeto,

planejamento, controle). O ciclo das informações está representado pela figura e consiste nas funções: (1) business functions, (2) product design, (3) manufacturing planning e (4) manufacturing control.


• 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 (manufacturing support systems).


• 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.



– 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;• Flexibilidade para tratar de variações e mudanças no produto;• Indicado para batch production (produção média);• Ex.: NC, Robótica, PLC.



– 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.


• 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-aided manufacturing), ou ainda, CAD/CAM.


• 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.


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.


• 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 eenergia elétrica.

Indústria de produtos discretos: automóveis,aviões, computadores, máquinas e indústrias depeças para montar os produtos citados.


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

produção em lote.


• Indústrias de manufatura e produtos– Produtos manufaturados: nos interessam os produtos discretos da indústria

secundária, reunidos abaixo.


• 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.


• 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.


• 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, Q j = quantidade anual do estilo j e Qf = quantidade total de todas as peças.

P1: número produtos distintos

– P

P2: número modelos distintos

1

P

jjf QQ

Linha de produção


• 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?

205152PP2P

s)(projetore 5P2 , (câmeras) 152P e 21P2

1jj

1P

1jj

21



– 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.



– Complexidade do produto

• O número de operações no processamento é indicativo da complexidade de um componente fabricado.



– 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:



– Complexidade do produto• Relações entre P, Q, nP e nO para 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:

P

1jPjjPf nQn

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)



– Complexidade do produto

Pjn

kOjk

P

jPjjOf nnQn

11Nível 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)



– 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)?



– Complexidade do produto• Solução:

000.000.110000100...1000010000Q , 100 )100

11f

xQQPaj

j

P

jj

0001.000.000.1.000 x 000.000.1n )1

Pf

P

jPjjnQb

.00010.000.00010 x 000.000.000.1n )11

Of

Pjn

kOjk

P

jPjj nnQc

ores trabalhad333.832000

x1067,1 w

) (250/5) ano50semanas/ x a40hs/seman pois ,2000hs/ano lhador traba trabalhaCada

1,67x101/60 x .00010.000.000 totalempo )

8

8

horasd T


• 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


• Modelos matemáticos– Na produção por lote, o tempo para processar um lote com Q unidades consiste

em:

onde Tsu é o tempo de setup em min e Tc é 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

csub QTTT

Q

TT b

p

pç/hr 60

pp T

R


• 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 Rp é a taxa de produção de cada máquina em unidades de saída/hr.

pnSHRPC



– 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.

PC

QU



– 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?

0,62550/80 UAssim hr. 50pç/hr 20

pç 1000H

temosuso, em estava realmente máquina a que em

semana naquela tempoo usando ainda,ou

62,5%ou 0,6251000/1600 Ub)

unid/sem 160080x20PC a)



– 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.

MTBF

MTTRMTBFA



– 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.

unid/sem 58751781068.09.0

)(

xxxxxQ

nSHRAUQ p



– 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).

ojn

inojicjijsujij TTQTMLT

1

)(



– Supondo todos tempos de setup, operação e não operação são iguais para todas as noj máquinas, 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

hrMLT 100)71,0.1003(5



– Work-in-process (WIP)– É a quantidade de peças 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).

SH

MLTPCAUWIP

))((


• 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

)(QVCFCTC


• 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.



– 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.



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



– 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.

(R$/ano). anual overhead corporate custos COHC onde

, DLC

COHCCOHR

(R$/ano) anual direto trabalhocom custos DLC e

(R$/ano) anual overheadfactory custos FOHC onde

,

DLC

FOHCFOHR



– Trabalho direto, material e overhead

%6000.6000.200.1$

000.200.7$ b)

%27575.2000.400$

000.100.1$

%2505.2000.800$

000.000.2$ a)

2

1

COHR

FOHR

FOHR



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


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.


• Determinação do tamanho do lote (Qe)

Definir uma quantidade econômica Qe cujos custos de fabricação sejam mínimos. Os custos são divididos como:

• Custo de “set-up”• mão-de-obra aplicada na preparação das máquinas;• materiais envolvidos;• indiretos: administrativos, etc.

• Custo unitário de produção• matérias-primas;• mão-de-obra aplicada na produção;• tempos de máquinas.

• Custo de manutenção do estoque• juros de capital imoblizado;• risco de obsolescência do produto;• deterioração;• instalações.



• Abordagem clássica: baseada em variações de estoque

Equações:

Qual o valor de Qe ?



• Diferencia-se CT em relação à Q para achar o ponto mínimo:


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, algunsparâmetros 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.


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 ;

sistemas integrados de manufatura

Documents