Curso Superior de Tecnologia em Automao Ind Sistemas

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura Prof. Marcelo Coutinho www. ifsul. edu. br/~coutinho

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura – Facilities: constitui os equipamentos organizados de maneira lógica e os trabalhadores que os operam numa fábrica. Produto Tipo de Manufatura

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

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura Tipos de produção e seus layouts

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

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • 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; Flexibilidade para tratar de variações e mudanças no produto; Indicado para batch production (produção média); Ex. : NC, Robótica, PLC.

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

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

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

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Indústrias de manufatura e produtos – As operações de produção podem ser divididas em: (1) produção contínua e (2) produção em lote.

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Indústrias de manufatura e produtos – Produtos manufaturados: nos interessam os produtos discretos da indústria secundária, reunidos abaixo.

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • 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. P 1: número produtos distintos Linha de produção – P P 2: número modelos distintos

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Relação produto/produção – Complexidade do produto • O número de operações no processamento é indicativo da complexidade de um componente fabricado.

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Relação produto/produção – Complexidade do produto • Seja n. P = número de peças por produto e n. O = número de operações no processamento por peça. • Três plantas são identificadas nesse estudo:

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Relação produto/produção – Complexidade do produto • Relações entre P, Q, n. P e n. O para indicar o nível de atividade numa planta de manufatura: – Desprezar diferença entre P 1 e P 2 ; – Assumindo que o produto é montado por peças produzidas na planta (não existe compra) ; – Então: n. Pf : número total de peças manufaturadas na fábrica (pç/ano) Qj : quantidade anual de um produto j (produtos/ano) n. Pj : número de peças no produto j (pç/produto)

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Relação produto/produção – Complexidade do produto Nível de atividade numa fábrica n. Of : número total de ciclos de operações realizadas (ops/ano) n. Ojk : número de operações de processamento para cada peça k , somado sobre o número de peças no produto j (n. Pj)

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • 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 1 min. 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)?

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Relação produto/produção – Complexidade do produto • Solução:

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

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

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

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

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

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

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Modelos matemáticos – 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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Modelos matemáticos – 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).

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • 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 arcondicionado, 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.

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Custos de manufatura – Trabalho direto, material e overhead • A figura abaixo mostra as porcentagens de custos:

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Custos de manufatura – Trabalho direto, material e overhead

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

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

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • 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” • • Custo unitário de produção • • mão-de-obra aplicada na preparação das máquinas; materiais envolvidos; indiretos: administrativos, etc. 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.

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Determinação do tamanho do lote (Qe) • Abordagem clássica: baseada em variações de estoque Equações: Qual o valor de Qe ?

Curso Superior de Tecnologia em Automação Ind. Sistemas Integrados de Manufatura • Determinação do tamanho do lote (Qe) • Diferencia-se CT em relação à Q para achar o ponto mínimo:

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

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