XXXV ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO
Perspectivas Globais para a Engenharia de Produção
Fortaleza, CE, Brasil, 13 a 16 de outubro de 2015.
PROPOSTA DE UM SOFTWARE PARA O
BALANCEAMENTO DE ARRANJOS
FÍSICOS POR PRODUTO
Debora Cristina de Souza Rodrigues (IFMG)
[email protected]
Rafaela Leite das Chagas (IFMG)
[email protected]
Wemerton Luis Evangelista (IFMG)
[email protected]
Matheus Soares Nametala (IFMG)
[email protected]
Ciniro Aparecido Leite Nametala (IFMG)
[email protected]
O layout da empresa, também chamado de arranjo físico, é o modo
como as pessoas, departamentos e equipamentos são distribuídos em
um espaço. O arranjo físico por produto, também chamado de linha de
produção, é a organização da empresa em uma sequência linear de
operações, onde seu balanceamento é feito através da distribuição de
tarefas em estações. Em pequenas e médias empresas, na maioria das
vezes, o arranjo físico por produto é feito de forma negligente e não
planejado, ocasionando fadiga humana e deficiências no fluxo do
processo produtivo. Objetivou-se, com este estudo, desenvolver um
software capaz de gerar uma melhor solução de balanceamento para
arranjos físicos por produto. Para isso, utilizou-se de métodos
matemáticos selecionados e adaptados para que houvessem condições
destes serem incorporados a um sistema computacional.
Posteriormente, desenvolveu-se o programa GIAP (Gerador Inteligente
de Arranjos Físicos Planejados) que foi aplicado, testado e adaptado
em um abatedouro de pequeno porte localizado no centro-oeste de
Minas Gerais, validando assim suas funcionalidades. Neste trabalho
são apresentados os resultados obtidos e, principalmente, o escopo de
atuação do software frente à necessária participação também de um
profissional da área quando de sua aplicação.
Palavras-chave: Linha de produção, balanceamento, sistemas
computacionais, simulação
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1. Introdução
A disposição física de departamentos ou setores em uma empresa, denominada de
layout, é um dos fatores que pode influenciar diretamente na eficiência e eficácia dos
processos executados. A preocupação em dispor departamentos e recursos físicos como
máquinas, pessoas e equipamentos de forma que sejam arranjados corretamente, potencializa
as qualidades de todos os processos que destes dependem.
Araújo (2007) destaca alguns indicadores de problemas no layout, decorrentes de um
arranjo físico mal elaborado como: a demora na gestão de processos acima das perspectivas
pode propiciar um indicador de falhas no uso do espaço físico; também a má projeção de
locais de trabalho, por ter sido elaborada por pessoal não qualificado ou elaborada segundo a
vontade de cada grupo de pessoas destinadas a determinado espaço e a perda de tempo no
deslocamento de uma unidade a outra.
Para desenvolver um arranjo físico, deve-se levar em consideração alguns aspectos
que merecem destaque, que para Oliveira (2011) são: proporcionar um fluxo de comunicações
entre as unidades organizacionais de maneira eficiente, eficaz e efetiva; adaptar melhor
utilização da área disponível da empresa; tornar o fluxo de trabalho eficiente e proporcionar a
redução da fadiga do funcionário no desempenho da tarefa.
Nos pequenos e médios negócios, o arranjo físico muitas vezes é feito de forma
negligente e sem a devida importância. Muitos fatores contribuem para isso como a falta de
conhecimento dos empreendedores da importância do seu planejamento, falta de mão de obra
especializada ou o custo envolvido nas atividades.
Tomando por base este entendimento, pode-se perceber, por exemplo, que de acordo
com Evangelista (2011), empresas frigoríficas, de modo geral, têm proporcionado uma forma
de organização do trabalho composta de equipamentos, máquinas e instrumentos de corte que
suscitam considerável risco de acidente de trabalho aos seus funcionários, principalmente nas
operações que exigem atividade manual.
Sendo o processo de produção de abatedouros normalmente configurado em forma de
linha de produção, faz-se necessário o devido planejamento e balanceamento do arranjo físico
por produto neste setor para, além de outras razões que possam ser importantes, assegurar o
bem estar dos funcionários.
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Neste contexto, este estudo teve por objetivo arquitetar, desenvolver e testar em campo
uma ferramenta de software, baseada nos métodos discutidos por Larry P. Ritzman (2004) e
Lee J. Krajewski (2004), capaz de gerar uma melhor solução de balanceamento para arranjos
físicos por produto. Este programa possui a proposta de servir como ferramenta de auxílio a
gestores de pequenas e médias empresas e usuários em geral com conhecimento técnico sobre
o balanceamento do arranjo físico por produto. A aplicação deste sistema computacional foi
precedida de diversos testes e simulações em ambientes fictícios e, após esta etapa, validada
de forma real na linha de produção de um abatedouro de suínos.
2. Referencial teórico
O arranjo físico é a preocupação com a localização física dos recursos de
transformação, ou seja, a decisão de onde colocar todas as instalações, máquinas,
equipamentos e recursos humanos envolvidos na produção (SLACK et al., 2002).
As decisões de arranjo físico definem como a empresa vai produzir. O layout, ou
arranjo físico, é a parte mais visível e exposta de qualquer organização. A necessidade de
estudá-lo existe sempre que se pretende implantar uma nova fábrica, unidade de serviços ou
quando se deseja reformular plantas industriais ou outras operações produtivas (DAVIS,
AQUILANO E CHASE, 2001).
Conforme Slack et al (2002) a maioria dos arranjos físicos, na prática, provém de
quatro tipos básicos: arranjo por produto ou linha de produção, arranjo por processo ou
funcional, arranjo celular e arranjo por posição fixa ou posicional. Neste artigo, o foco está no
estudo do arranjo físico por produto ou linha de produção.
Segundo Slack et al (2002) o arranjo físico por produto envolve localizar os recursos
produtivos transformadores inteiramente segunda melhor conformidade do recurso que está
sendo transformado. Cada produto, cliente, elemento de informação segue um percurso
predefinido no qual a sequência de atividades requerida coincide com a sequência na qual os
processos foram arranjados fisicamente.
A primeira linha de produção de que se tem notícia foi arquitetada por Henry Ford, em
1939 (CORREA E CORREA, 2004). A disposição dos locais de trabalho corresponde a
sequência de processamento do produto buscando otimizar a movimentação de material
(OLIVERIO, 1985, p.175). Para que a linha de produção funcione corretamente, é necessário
que o seu arranjo físico por produto esteja devidamente balanceado para que opere
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corretamente. Segundo Ritzman (2004), o balanceamento da linha é a atribuição de trabalhos
a estações em uma linha, de modo a obter o índice de produção esperado com o menor
número de estações de trabalho.
De acordo com Tompking et al (1996) o arranjo físico por produto tem como
vantagens: a simplicidade, a lógica e um fluxo direto como resultado. O tempo total de
produção por unidade é baixo e a movimentação de material é reduzida e resulta em um
controle simples da produção. Porém, há também algumas limitações como a parada de
máquinas, que resulta numa interrupção da linha; mudanças no design do produto, que torna o
layout obsoleto; estações de trabalho mais lentas, que limitam o trabalho da linha de
produção; e, geralmente, altos custos com equipamentos.
Segundo Larry P. Ritzman (2004) e Lee J. Krajewski (2004) o arranjo físico de
produto dispõe estações de trabalho em sequência. O produto é movido de uma estação para a
seguinte até o fim da linha. As estações de trabalho são grupos de elementos de trabalho que
juntos não excedem o tempo de duração do ciclo. O ciclo é o tempo máximo de trabalho
permitido para uma unidade em cada estação. A duração do ciclo desejada é o recíproco da
taxa de produção, como mostrado na Equação 1. A duração do ciclo é expressa em horas por
unidade.
Eq.1
A taxa de produção é determinada pelo plano de produção, onde se define a
quantidade de unidades a serem produzidas de acordo com o tempo de operação da linha. O
cálculo da taxa de produção é feito através da utilização da Equação 3 onde é a unidade de
media é dada por unidades por hora.
Eq.2
Para o cálculo dos números de estações é utilizado a Equação 3, denominada Mínimo
Teórico. Se o valor obtido nesta equação for fracionário, deve ser arredondado para cima,
porque não existe número fracionário de estações.
Eq.3
A relação entre o tempo produtivo e o tempo total é a eficiência da linha de produção,
expresso com uma porcentagem, como visto na Equação 1.
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Eq. 4
O valor pelo qual a eficiência não atinge 100 por cento é denominado
desbalanceamento, como apresentado na Equação 2.
Eq. 5
De acordo com Larry P. Ritzman (2004) e Lee J. Krajewski (2004) para melhor
visualizar os predecessores é utilizado o Diagrama de Precedência, onde são indicados os
elementos de trabalho por círculos, com o tempo necessário para executar o trabalho feito.
Predecessores imediatos são elementos de trabalho que precisam ser concluídos antes que o
próximo elemento possa iniciar. Para conduzir os predecessores imediatos ao próximo
elemento de trabalho são utilizadas as setas.
3 Material e métodos
Para o desenvolvimento dos requisitos que compõem o software, foi utilizado o
método de arranjo físico por produto baseado nos estudos apresentados por Larry P. Ritzman
(2004) e Lee J. Krajewski (2004).
Para o desenvolvimento do projeto do software foi desenvolvida uma especificação de
requisitos. Neste documento são descritas de forma técnica todas as funcionalidades do
programa e suas respectivas disponibilidades. Para a construção desta especificação foi
utilizada à metodologia PRAXIS conforme sugerido em Paula Filho (2008). Usaram-se
também técnicas de modelagem computacional descritas pela linguagem de especificação
UML (2000).
O software foi desenvolvido na linguagem de programação Visual Basic .NET, uma
linguagem orientada a objetos voltada para o desenvolvimento de aplicações comerciais. O
Visual Studio Express, ferramenta desenvolvida pela Microsoft, foi o ambiente de
desenvolvimento de software empregado na implementação do sistema proposto.
Foi utilizado também o banco de dados SQLServer Express 2012, uma versão mais
simplificada do SQL Server Enterprise da Microsoft. Esta versão de banco, tal como a
linguagem e ambiente de programação foram escolhidos pois além de proverem versões
gratuitas suas limitações não influenciaram os requisitos necessários a produção do sistema.
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No algoritmo, foi utilizada a estratégia de programação gulosa para a solução do
problema de geração inteligente dos arranjos. O Algoritmo Guloso ou Ganancioso, segundo
Moura (2015, p.15) é uma técnica heurística de resolução de problemas que busca solucionar
problemas de otimização realizando a escolha que parece ser a melhor no momento de acordo
com uma função heurística determinada.
Utilizou-se também para fins de qualidade e garantia de manutenabilidade do produto
de software, o padrão de projeto Model-View-Controller (MVC). O MVC, segundo Da Silva
(2012, p.1) é um padrão ou arquitetura de desenvolvimento que particiona o processo de
criação e manutenção de sistemas buscando a escalabilidade e eficiência da aplicação.
Para etapa de captação da empresa que foi campo de estudo, objetivando-se implantar,
testar e adaptar o software desenvolvido utilizou-se de critérios que dimensionam o tamanho
de uma linha de produção conforme discutido em Vilamaior (2011, p.55).
No desenvolvimento deste artigo foram utilizados dois dos instrumentos de
levantamento de informação indicados por Araújo (2007) para uma análise efetiva: entrevista
e observação pessoal.
As entrevistas foram aplicadas junto aos colaboradores e o gerente do abatedouro, este
localizado no Centro-Oeste de Minas Gerais. A observação pessoal, realizada no mesmo local
foi feita por meio de visitas in loco. Além disso, utilizou-se de cronômetro e de uma câmera
digital para fotografar o processo produtivo e os layouts da empresa analisada.
Esta abordagem foi escolhida para o estudo de caso com base nas premissas discutidas
por (YIN, 2005), o autor cita que a estratégia mais adequada para questões do tipo “como” ou
“por que” é trabalhar com atividades ligadas ao cotidiano da empresa.
Na próxima seção são apresentados os resultados da aplicação conforme os materiais e
métodos escolhidos.
4.Resultados e Discussão
Para o desenvolvimento do software de geração de arranjos físicos planejados foram
realizadas diversas etapas. Primeiramente, definiu-se os requisitos que compõem o software
com base no modelo matemático para geração de arranjo físico por produto. Posteriormente,
foi realizada a adaptação deste modelo escolhido para que fosse possível aplicá-lo ao
software.
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A etapa seguinte foi o desenvolvimento do projeto do software, um documento onde
foram descritas de forma técnica todas as funcionalidades do programa e suas respectivas
disponibilidades. Em seguida, elaborou-se o produto de software, maior parcela de todo este
estudo, onde foram utilizadas tecnologias específicas de computação para codificar o sistema
proposto. Foi definida, nesta etapa, a sequência inicial de operação do software (Figura 1).
Figura 1 - Sequência inicial do GIAP
Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
O resultado da fase do produto de software é o programa propriamente dito (Figura 2),
cujo nome dado foi GIAP (Gerador Inteligente de Arranjos Físicos Planejados).
Figura 2: Tela inicial do GIAP.
Fonte: Elaborado pelos autores, 2015.
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No GIAP, o usuário pode solicitar a criação de um novo projeto. E, implementando o
programa com a taxa de produção e as etapas do processo produtivo com seus respectivos
tempos e dependências, o software apresenta como resultado o Relatório de Projeto de
Produto (Figura 3).
Figura 3 - Exemplo de criação de novo projeto no GIAP
Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
No Relatório de Projeto de Produto o usuário pode visualizar a solução encontrada
pelo sistema, em forma de Diagrama de Procedência (Figura 4).
Figura 4 - Exemplo de um Relatório de Projeto de Produto gerado pelo GIAP
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Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
No Diagrama de Procedência gerado, as etapas cadastradas são ilustradas em forma de
círculos, cujo interior é identificado com o número do código gerado pelo programa no
momento do cadastro. As cores dos círculos representam as estações de trabalho e as linhas,
os predecessores imediatos das etapas.
O GIAP, além do Diagrama de Procedência, informa no Relatório de Projeto de
Produto os seguintes resultados calculados: ciclo, mínimo teórico de estações, eficiência e
desbalanceamento. O programa também possui outras funções úteis, como visualizar e abrir
projetos salvos existentes (Ver Figura 5).
Figura 5 - Exemplos de projetos salvos no GIAP
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Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
É possível, também, alterar projetos salvos, podendo realizar o cadastro de novas
etapas, tempos e dependências assim como modificar dados de projetos salvos (Ver Figura 6).
Para que o GIAP fosse aplicado, testado e validado em campo, foi selecionada uma
empresa frigorífica de pequeno porte, localizada no centro-oeste de Minas Gerais, onde o foco
do estudo foi a linha de produção do setor de abate suíno.
O frigorífico analisado abate, em média, 10 animais a cada dois dias. Isto ocorre
porque a empresa tem seu ciclo de produção total dividido em dois dias de trabalho: um dia
para a produção suja e um dia para a produção limpa. Entre estes dois dias, a carcaça
permanece armazenada em um refrigerador. Sendo assim, para que fosse realizada uma
análise mais adequada da linha de produção da empresa, optou-se por dividir o estudo em
duas partes.
Figura 6 - Exemplos de alterações em projeto salvo no GIAP
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Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
A linha de produção do abatedouro não é organizada em estações de trabalho. Os
quatro funcionários da empresa trabalham todos ao mesmo tempo, revezando as atividades de
forma não organizada, sem qualquer planejamento ou definição de cargos e tarefas
individuais. Ou seja, o funcionário que opera em uma etapa do processo pode, por vezes,
deixar de concluir sua atividade para voltar ou avançar para outra etapa.
Além disso, analisou-se o trabalho realizado no frigorífico separando-o em elementos
de trabalho, ou seja, menores unidades de trabalho que podem ser executadas de modo
independente. O tempo que um funcionário levou para realizar cada elemento de trabalho foi
cronometrado e foi necessário observar, também, os predecessores imediatos de cada unidade
de trabalho.
4.1 Produção Suja
Os dados obtidos da produção suja do abatedouro foram coletados e representados em
forma de Diagrama de Procedência (Figura 7) e dispostos em forma de tabela (Ver Tabela 1).
Estas informações são necessárias para a modelagem do ambiente no GIAP.
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Figura 7 - Diagrama de procedência da produção suja do abatedouro.
Fonte:Elaborado pelos autores (2015)
Tabela 1 - Dados da produção suja do abatedouro
Produção Suja
Elementos
Código gerado
Tempo
Predecessor(es)
de
pelo GIAP
Descrição
(s)
imediato(s)
A
267
Aquecimento da água
2400
Nenhum
B
268
Recepção dos animais
60
Nenhum
C
269
Ducha Hídrica
60
B, A
D
270
Insensibilização
60
C
E
271
Sangria
74
D
F
272
Escaldagem
91
E
G
273
Despelagem
495
F
H
274
Retirada da pele do rosto
148
G
I
275
Dependurar a carcaça
90
G, H
J
276
Chamuscamento
300
I
K
277
Limpeza da carcaça
116
J
L
278
Evisceração
120
K
M
279
Limpeza da pele do rosto e dos órgãos
324
H, L
Trabalho
Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
A produção da empresa é de 10 animais a cada 8 horas, ou seja, cada funcionário abate
1/3 do animal a cada uma hora. Porém, somando os tempos de todos os elementos de trabalho
da Tabela 1, foi possível concluir que cada funcionário conseguiria abater um animal a cada
uma hora e 14 minutos. Sendo assim, foi proposto que o plano de produção da empresa fosse
de 4 animais por hora. Como os dados coletados foram calculados em função de um único
funcionário, considerou-se a taxa de produção igual a um animal por hora.
Ao modelar a situação com os dados coletados no GIAP, foi possível obter o resultado
da produção suja (Ver Figura 8). De acordo com o relatório gerado pelo software, a linha de
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produção deve ser dividida em duas estações de trabalho, onde recomenda-se que sejam
dispostos dois funcionários em cada estação para que não haja sobrecarregamento.
O GIAP calculou também o tempo máximo de trabalho permitido para uma unidade
em cada estação, o ciclo, igual a uma hora. Com estas mudanças e monitorando o
cumprimento do tempo de ciclo,
a empresa pode alcançar uma eficiência de 60%,
porcentagem que tende a decair conforme o ambiente real seja diferente do ambiente virtual
gerado pelo algoritmo inteligente do GIAP. Além disso, a produção de um dia da empresa
pode ter um aumento de até 220%, ou seja, partindo da atuação situação, onde acontece
diariamente o abate de apenas 10 animais, a empresa implementando a sugestão gerada pelo
software poderia abater até 32 porcos por dia em condições normais.
Figura 8 - Relatório Projeto de Produto gerado pelo GIAP para a produção suja do abatedouro (a) Primeira parte
do Diagrama de Procedência; (b) Segunda parte do Diagrama de Procedência; (c) O ciclo, mínimo teórico de
estações, eficiência e desbalanceamento calculados pelo GIAP
(a)
(b)
(c)
Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
4.2 Produção Limpa
Os dados da produção limpa do abatedouro, necessários para a implementação do
GIAP, foram coletados e organizados na Tabela 2 e expresso em forma de Diagrama de
procedência (Figura 9).
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Tabela 2 - Dados da produção limpa do abatedouro
Produção Limpa
Elementos
Código gerado
de
pelo GIAP
Predecessor(es)
Descrição
Trabalho
Tempo
imediato(s)
(s)
N
289
Desossa
1415
Nenhum
O
291
Embalagem
1161
N,P,
P
290
Clareamento do pé
240
N
Q
292
Rotulagem
60
O
R
293
Armazenamento das embalagens
72
Q
Fonte: Elaborado pelos autores, 2015.
Figura 9 - Diagrama de procedência da produção limpa do abatedouro
Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
Assumiu-se, somando os tempos de todos os elementos de trabalho da Tabela 2, que
cada funcionário seria capaz de abater um porco a cada 50 minutos. Desta forma,
recomendou-se que a empresa tivesse seu plano de produção alterado para 4 suínos abatidos
por hora, conforme a sugestão feita para a produção suja. Para implementar o GIAP, então,
considerou-se a taxa de produção igual a um porco por hora.
Com todas as informações necessárias para o GIAP, foi possível obter o Relatório
Projeto de Produto para a produção limpa (Figura 10).
Figura 10 - Relatório Projeto de Produto gerado pelo GIAP para a produção limpa do abatedouro (a) Diagrama
de Procedência; (b) O ciclo, mínimo teórico de estações, eficiência e desbalanceamento calculados pelo GIAP
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(a)
(b)
Fonte: Elaborado pelos autores (2015)
Segundo os resultados apresentados na Figura 10, a linha de produção deve ter um
estação de trabalho, onde todos os funcionários operam juntos. Além disso, o ciclo de até uma
hora, calculado pelo GIAP, deve ser obedecido e monitorado.
Organizando a linha de produção limpa da forma proposta e controlando o tempo de
ciclo da produção, a empresa pode alcançar uma eficiência de até 82%, visto que este número
pode declinar, conforme explicado anteriormente. Outra vantagem seria um aumento na
produção, da mesma amplitude que da produção suja, ou seja, a empresa conseguiria ter um
aumento de 220% na sua produção.
5. Considerações Finais
Conforme proposto, o GIAP atendeu as espectativas quanto aos calculos necessários
para se desenvolver os métodos matemáticos escolhidos. Sendo assim, foi possivel validar
suas funções analisando os resultados gerados pela sua aplicação em um ambiente real, neste
estudo de caso, um frigorífico para abate de suínos.
Porém, mesmo que o programa seja simples de se utilizar e exija apenas três tipos
diferentes de dados de entrada, percebe-se que a aplicação do mesmo carece de
conhecimentos técnicos da área.
Além disso, toda produção possui peculiaridades específicas as quais comumente
necessitam de um tratamento especial e individualizado. Esta situação pode ser percebida no
abatedouro, onde a análise precisou, por exemplo, ser fragmentada em duas partes devido a
divisão do ciclo total de produção. Estes importantes detalhes, muitas vezes, não serão
devidamente tratados pelos usuários ou pelos responsáveis pelas linhas de produção, o
software também não abstrai tal tipo de informação tão genérica.
Sendo assim, para um arranjo físico por produto devidamente adequado a realidade
das empresas, o GIAP deve ser usado não como solução definitiva, mas como ferramenta de
suporte aos profissionais da área, possibilitando agilidade na geração de soluções para
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arranjos físicos e maior facilidade na tomada de decisão com base nos cenários gerados de
forma inteligente pelo algoritmo do sistema.
E, com base no estudo feito na empresa frigorífica, recomenda-se que as mudanças
geradas pelo GIAP sejam implantadas na empresa e monitoradas, afim de documentar as
mudanças que ocorrem para posteriores estudos. Também faz-se necessário a definição dos
cargos e tarefas referentes a cada funcionário. Desta forma, o frigorifico poderia estabelecer
um rodício de atividades, importante para o bem estar dos seus colaboradores.
REFERÊNCIAS
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