O ambiente empresarial está se tornando cada vez mais complexo e se transforma de maneira cada vez mais rápida. Há uma tendência de requisitos especificados pelos clientes tornarem-se mais severos do que no passado, o que exige níveis de qualidade ainda mais elevados nos produtos, que devem ser fabricados e fornecidos em prazos cada vez mais curtos.

As empresas precisam reagir a esses requisitos de mercado e, simultaneamente, suas estruturas de produção devem ser adaptadas a esses desenvolvimentos para continuarem sendo competitivas. Portanto, muitos estabelecimentos implantaram e consolidaram as diretrizes básicas da produção enxuta. Contudo, geralmente esta abordagem permanece restrita à área de montagem[4] e até o momento não surgiram propostas para a solução de problemas na área da usinagem devido à sua complexidade[1]. No lugar delas, há uma tendência de se adotar a usinagem completa e níveis crescentes de automação[5]. Portanto, observa-se, no caso dos fabricantes de máquinas, uma forte tendência em oferecer equipamentos com alta capacidade, plenamente automatizados e capazes de executar múltiplas funções, uma vez que não existe o impacto da economia de escala associada a um maior número de peças processadas.

Fundamentos

Uma rápida análise do exemplo japonês conhecido como sistema Toyota de produção oferece uma alternativa para resolver esse problema: a fabricação de componentes usando máquinas simples e de baixo custo que permite reagir de forma flexível às flutuações da demanda[2]. Contudo, para se empregar economicamente as assim chamadas células Chaku-Chaku, é necessário dominar um campo abrangente de conhecimento que inclui, entre outros tópicos, a interação otimizada entre máquinas e operadores[6].

Na manufatura sequencial flexível, as máquinas e postos de trabalho são rearranjados de forma correspondente à sucessão de processos de fabricação em uma célula, ou seja, a linha de produção. O usuário executa as etapas de trabalho para uma peça ou um grupo construtivo, uma após a outra, em múltiplas estações de trabalho, sem a necessidade de estoques intermediários. O transporte das peças entre as estações é feito pelos operadores. Uma vez que esses percursos devam ser mantidos os mais curtos possíveis, para que as estações inicial e final de uma linha de produção situem-se o mais próximo possível uma da outra, é necessário que o arranjo das estações de trabalho siga um lay-out em forma de “U” (figura 1, pág. 38).

Figura 1 – Lay-out em “U” (aberto) de uma linha de manufatura sequencial com quatro máquinas

O fluxo dos processos ocorre no sentido anti-horário. Este sentido de fluxo é preferível por razões ergonômicas, uma vez que a maioria dos operadores usa a mão direita para efetuar as operações de carga e descarga, bem como a operação das máquinas. Após um ciclo completo, já se tem uma peça pronta para ser examinada[8]. Em função dessa configuração de fluxo de material e do transpor te imediato após a usinagem da peça, tem-se, em uma situação ideal, o transporte de uma única peça, ou seja, a produção em um fluxo de uma única peça. Portanto, a “velocidade” da célula se alinha com o ritmo (takt) do cliente (razão entre o tempo de produção disponível e a quantidade necessária de peças).

Restrições e limites

Há numerosos desafi os a serem vencidos para que a manufatura sequencial seja aplicada de forma bem-sucedida. Existem limites para sua aplicação, que, muitas vezes, requerem avaliações adicionais como, por exemplo, sobre o peso máximo da peça a ser fabricada, tolerâncias estreitas de forma e deposição, bem como elevada qualidade superficial.

O peso da peça que está sendo fabricada não pode ultrapassar determinados valores para que o operador possa efetuar sucessivos posicionamentos manuais ao longo de um turno de trabalho com duração de oito horas sem que haja risco à sua saúde ocupacional. Conforme o método Refa (da Associação para Configuração do Trabalho, Organização da Operação e Desenvolvimento de Empresas) para cálculo do limite de carga associado ao levantamento e carregamento de cargas para grupos representativos na indústria metalúrgica, o peso do componente deve ser de no máximo 10 kg[3] . As trocas frequentes de máquina influenciam a precisão da fabricação do componente, que pode ser influenciada pela máquina e por seu dispositivo de fixação.

Pode-se avaliar esta precisão em uma máquina-ferramenta com o procedimento da norma técnica VDI/DGQ 3441 (Associação dos Engenheiros Alemães/Associação Alemã para a Qualidade), entre outras [9]. A precisão informa a dispersão máxima do ponto de partida, a qual não pode ser compensada pelos sistemas de controle. A partir daí, surgem hipóteses simplificadoras, que estabelecem que a faixa de dispersão oscila em relação a um valor médio.

Uma situação semelhante também ocorre com os dispo-

Figura 2 – Determinação dos tempos associados aos processos manuais com o sistema UAS da Associação Alemã para Medição de Tempos e Métodos

sitivos de fixação. Neste caso, geralmente os fabricantes informam um valor para o grau de repetibilidade. Por meio da propagação do erro, que se baseia nos princípios do cálculo das tolerâncias finais, pode-se determinar a precisão da produção, considerando-se toda a

Figura 3 – Gráfico para mostrar o esquema de processos do sistema sob tempos conhecidos de usinagem

linha de manufatura sequencial. Tolerâncias adicionais em termos de forma e de posição para o componente, como paralelismo, perpendicularidade e concentricidade, devem ser avaliadas usando-se relações semelhantes.

Configuração da linha

O fator que define o sucesso na operação de uma linha de manufatura sequencial é seu balanceamento otimizado, ou seja, a existência de uma distribuição homogênea de trabalho entre máquinas e operadores. A determinação do esforço manual dos processos de carga e descarga da máquina pode ser feita, por exemplo, usando-se o Sistema Universal de Análise desenvolvido pela Deutsche MTM – Vereinigung (Associação Alemã para Medição de Tempos e Métodos)[7]. Além disso, pode-se estimar os tempos necessários para se percorrer os percursos entre máquinas vizinhas. A análise de um exemplo prático resultou num valor de tempo de referência (tman) igual a 24 segundos, dos quais 21 segundos foram consumidos em atividades de carga/descarga (tinden) e 3 segundos no percurso entre as máquinas (tWeg) (figura 2).

A representação global dos tempos requeridos pelas tarefas executadas de forma manual e mecanizada num diagrama específi co representa um primeiro auxílio para a configuração da linha (figura 3). Dependendo do tempo (global) de usinagem tm,ges requerido pelo componente, pode-se determinar imediatamente, para um número variável de máquinas, se serão as máquinas ou os operadores que definirão o tempo de ciclo mínimo TZmin (etapa determinante do ritmo do processo).

Em função do número de máquinas ‘n’ e com base no balanceamento da linha de produção, define-se o

 

Figura 4 – Diagrama de tempos de ciclo em função do número de máquinas e de operadores

tempo de usinagem para cada etapa de processo/máquina. O ponto otimizado será alcançado quando tanto as máquinas quanto os operadores forem aproveitados ao máximo, de forma que não surja nenhum tempo de espera. Neste caso, tem-se que:

Esta condição é visualizada no diagrama como sendo a interseção das curvas dos tempos requeridos para as tarefas executadas de forma manual e mecanizada (ver cenário C na figura 3, pág. 40). Contudo, na prática, frequentemente são encontradas situações nas quais o nível de aproveitamento das máquinas (cenários A e B) ou dos operadores (cenário D) mostra-se preponderante. Além disso, há a possibilidade de se operar a linha com um número ‘m’ de operadores (cenário E).

Figura 5 – Exemplo do grau de utilização de máquinas e de operadores

O correspondente diagrama de tempos de ciclo está mostrado na figura 4 (pág. 42), considerando-se um tempo de usinagem tm,ges igual a, por exemplo, 300 s.

Apesar da influência positiva do balanceamento harmônico das etapas de trabalho, não se pode deixar de efetuar uma avaliação econômica do grau de aproveitamento da linha. Isso está representado nos exemplos de casos de A a E mostrados na figura 5 (pág. 42). Dessa forma é possível efetuar uma avaliação sobre a eficiência dos recursos empregados. O cálculo dos correspondentes rendimentos η é feito da seguinte forma:

Fica caracterizado que os cenários C e E – os quais, apesar de supostamente apresentarem um balanceamento ideal entre os processos manuais e mecanizados – podem conseguir um grau máximo de aproveitamento das máquinas no caso específico deste componente igual a apenas 78 e 69%, respectivamente. Este fato deixa claro que ambos os graus de aproveitamento precisam ser ponderados de acordo com as respectivas participações de custo no sistema de produção global, uma vez que geralmente a participação financeira das máquinas é preponderante.

Além disso, a importância do conceito de equipamento

Figura 6 – Determinação dos parâmetros de um exemplo prático

dimensionado corretamente e seu impacto positivo sobre os custos fixos são significativos. O valor da efi ciência da célula ηZ que resulta dessas condições pode ser calculado como se segue, assumindo-se uma participação nos custos ‘k’ associada às máquinas:

Com

Um valor menor da eficiência da célula indica, de forma correspondente, o potencial oferecido pela configuração da linha. O procedimento adotado até o momento, o qual se baseia na hipótese de que as etapas de trabalho podem ser deslocadas de forma ideal entre as máquinas isoladas, não é viável na prática. Contudo, uma vez que o balanceamento bem-sucedido da linha gera uma contribuição considerável para a operação econômica, é conveniente definir um índice que avalie sua eficiência. Dessa forma é possível definir a eficiência do balanceamento como se segue:

Uma eficiência do balanceamento da linha igual a 100% corresponde a um caso matematicamente ideal. Na prática, considera-se como sendo positivos valores já da ordem de 80%.

Aplicação prática

Finalmente, a figura 6 apresenta os valores calculados para os parâmetros mencionados anteriormente, com referência ao caso de um componente real, o qual foi produzido numa linha de produção sequencial instalada na Fábrica para Aprendizado de Processos – Centro para Produtividade Industrial (CiP). Dentro dos cálculos efetuados para este exemplo, assumiu-se uma participação dos custos associada às máquinas igual a 70%. Uma vez que a máquina 3 efetua processo de furação em dois pontos, o operador precisará posicioná-la duas vezes, podendo-se estimar dessa forma um tempo de operação manual igual a 42 s (ou 48 s se for incluído o tempo necessário para a movimentação).

Conclusão

A avaliação de um sistema de produção pode ser auxiliada pelo levantamento de parâmetros numéricos e gráficos. Investigações efetuadas no Instituto para Gestão da Produção, Tecnologia e Máquinas-Ferramenta da Universidade Técnica de Darmstadt (PTW) mostraram que o uso de parâmetros simples, como o índice de aproveitamento das máquinas e operadores, bem como a eficiência do balanceamento da linha, já é suficiente para constituir uma ajuda significativa para cumprir esse objetivo. Por meio da combinação de diversos parâmetros e da integração dos impactos financeiros pode-se, entre outras atividades, efetuar uma avaliação financeira, permitindo uma comparação com outras formas de organização do chão de fábrica em termos econômicos.

Referências

  1. Abele, E.; Bechtloff, S.; Cachay, J.; Eichhorn, N.: Qualifizierung zur Optimierung von Zerspanprozessen. Schlanke Zerspanung. In: WB Werkstatt+Betrieb 1439, S. p. 94-98, 2010.

  2. Abele, E.; Bechtloff, S.; Krause, F.: Flexible Serienfertigung im Kundentakt. In: WB Werkstatt+Betrieb 144 6, S. 24- 7, 2011.

  3. Bongwald, O.; Luttmann, A.; Laurig, W.: Leitfaden für die Beurteilung von Hebe- und Tragetätigkeiten. HVBG, Sankt Augustin, 1995.

  4. Cachay, J.; Gimpel, H.; Kaar, J.; Rumpel, G.; Sandau, J.: Made in Germany – Zukunftsperspektiven für die Produktion in Deutschland. In: PTW (Hrsg.): McKinsey & Company. Düsseldorf, 2009.

  5. Damm, H.: Trotz Auf und Ab fest im Sattel. In: WB Werkstatt+Betrieb 144 9, S. 18-22, 2011.

  6. Jalizi, B.; Korff, D.; Rost, R.: Alleskönner oder Teamplayer? Mehrtechnologiemaschinen versus Maschinenkonzepte. In: WB Werkstatt+Betrieb 142 10, S. 12-17, 2009.

  7. MTM. Deutsche MTM Vereinigung: MTM-UAS-Verfahren. Hamburg, 1989.

  8. The Productivity Development Team (Hrsg.): Cellular Manufacturing: One Piece Flow for Workteams. Productivity Press Inc, Portland, 1999.

  9. VDI/DGQ Richtlinie 3441: Statische Prüfung der Arbeits-und Positionsgenauigkeit von Werkzeugmaschinen. Grundlagen. VDI-Verlag, Düsseldorf, 1977.


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