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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007
ANÁLISE DE MANUFATURA CELULAR:
CRITÉRIOS DE ADERÊNCIA AO
CONCEITO DE “CÉLULAS REAIS”
Gilson Adamczuk (UTFPR)
[email protected]
Marcelo Gonçalves Trentin (UTFPR)
[email protected]
Tarcisio Abreu Saurin (UFRGS)
[email protected]
Este trabalho aborda tema de destacada importância: as células de
manufatura e como devem ser concebidas para serem efetivas visando
qualidade, custo, entrega para os processos subseqüentes e
flexibilidade. Com a disseminação dos conceitos de Tecnologia de
Grupo e Manufatura Celular não é raro encontrar arranjos físicos
concebidos e reconhecidos como células de manufatura em empresas
nacionais.O conceito de célula de manufatura real, introduzido por
Hyer e Brown (1999) é adotado neste trabalho. Este conceito define
que uma célula real existe somente na presença de um fluxo de
trabalho onde as tarefas e quem as executa estão conectados em
termos de tempo, espaço e informação. Este conceito é complementar
ao entendimento tradicional, de que célula de manufatura assume a
dedicação dos equipamentos a uma família de parte ou produtos que
possuem processamentos similares. Três arranjos físicos, reconhecidos
internamente como células, foram analisados sob esta perspectiva
através de quatro índices de aderência propostos neste artigo.
Palavras-chaves: tecnologia de grupo, manufatura celular, células de
manufatura
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Foz do Iguaçu, PR, Brasil, 09 a 11 de outubro de 2007
1. Introdução
A competitividade internacional e conseqüente necessidade de respostas rápidas às demandas
dos mercados têm levado muitas empresas a considerar abordagens não tradicionais para o
projeto e controle de sistemas de manufatura. Uma abordagem é a aplicação de tecnologia de
grupo, caracterizada pela exploração de similaridades nas atividades ligadas à produção. Em
essência, a tecnologia de grupo tenta decompor os sistemas de manufatura em vários
subsistemas, ou grupos, controláveis. Uma aplicação importante da tecnologia de grupo é o
desenvolvimento de um sistema de manufatura celular em que peças similares são agrupadas
em famílias e máquinas são agrupadas em células. Tais sistemas proporcionam benefícios
como simplificação de controle, de implementação e de automação, redução dos tempos de
preparação e entre entrada de material e saída de produto, redução de manejo de material;
além disso, esses sistemas contribuem para o aumento da qualidade do produto final
(RIBEIRO FILHO, 2000).
Observa-se no meio acadêmico e nas indústrias em geral, que muitos gerentes e pesquisadores
tendem a considerar o conceito de célula de manufatura simplesmente como um determinado
tipo de arranjo físico (layout). Em contraponto a isto existem trabalhos que sugerem que o
conceito de célula transcende ao simples conceito de layout .
O objetivo deste trabalho é identificar e analisar arranjos físicos em empresas do setor metal
mecânico do sudoeste do Paraná, que são reconhecidos como células de manufatura pelos
seus gestores. Nesta análise estes arranjos foram caracterizados, de acordo com metodologia
descrita no item 3, visando analisar a aderência destes ao conceito de “célula real” descrito em
Hyer e Brown (1999).
2. Revisão de Literatura
Um sistema de manufatura pode ser decomposto em diversos subsistemas manejáveis, os
quais usualmente são chamados de células de manufatura. Célula de manufatura é uma
importante aplicação da tecnologia de grupo, sendo uma aproximação que pode ser utilizada
para visualizar a flexibilidade e eficiência nos dias atuais em ambientes com pequenos e
médios lotes de produção (XIAODAN et al, 2007).
Segundo Hyer e Wemmerlöv (1984) o aproveitamento das similaridades de produção ocorre a
partir das seguintes ações:
a) Executando atividades similares de forma conjunta, evitando assim perda de tempo com
as alterações necessárias para mudar de uma atividade para outra não relacionada;
b) Padronizando as atividades similares e relacionadas, direcionando o foco nas diferenças
necessárias e impedindo duplicação de esforços;
c) Armazenando e recuperando informações de forma eficiente, principalmente as
relacionadas com problemas repetidos, reduzindo assim o tempo de procura por
informações, bem como eliminando a necessidade de resolver novamente um problema já
solucionado.
Para Slack, Chambers e Johnston (2002) o arranjo físico celular é aquele em que os recursos
transformados, entrando em operação, são pré-selecionados para passar para uma parte
específica da operação ou célula. Neste local se encontram todos os recursos transformadores
2
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necessários a atender as necessidades de processamento. Após o processamento na célula os
recursos transformados podem prosseguir para outra etapa ou célula.
O layout celular ou célula de manufatura arranja em um só local máquinas diferentes que
possam fabricar o produto inteiro ou uma parte definida. Dentro da célula o material se
desloca buscando os processos necessários. Sua característica principal é a flexibilidade
quanto a tamanho de lotes por produto. Permite elevados níveis de qualidade e de
produtividade. Possui especificidade para uma família de produtos. O transporte do material e
os estoques são reduzidos. Famílias de peças que precisam ser fabricadas com certa
freqüência possuem uma grande tendência à manufatura celular (MARTINS; LAUGENI,
2005).
As células de manufatura, ou células de tecnologia de grupo, têm diversas vantagens sobre os
sistemas convencionais, aplicando-se tanto às fábricas de pequeno porte e menor volume de
produção quanto às de grande com maiores volumes. As vantagens iniciam-se com a redução
de manuseio de materiais, diminuição de contêineres intermediários e bancadas. Os custos da
não qualidade são reduzidos pela melhor capacitação dos funcionários em trabalhar com
atividades mais restritas, variando apenas dentro de uma família de produtos. Peças a serem
retrabalhadas ficam no próprio setor aonde serão recuperadas, agilizando o serviço e evitando
que sejam notadas em tempo tardio. O planejamento e controle de produção se tornam mais
simples devido a roteiros mais diretos, ocasionando produção mais rápida, menor espera em
processo, menores estoques intermediários e antecipação de expedição. Os tempos de
preparação das máquinas são reduzidos. A proximidade entre trabalhadores melhora o
trabalho em equipe, o relacionamento pessoal e a comunicação no chão de fábrica
(MARTINS; LAUGENI, 2005).
Para Agarwal e Sarkis (1998) a manufatura celular representa um grande avanço tecnológico
sobre os sistemas de manufatura tradicionais baseados em layout funcionais ou de processos
especializados. Como resultado muitas organizações manufatureiras com sistemas tradicionais
de layout funcional já tem adotado a manufatura celular ou estão considerando sua utilização.
A indústria vem por muitos anos se debatendo com o problema de trabalhar com lotes de
produção mais eficientes e que tenham boa resposta para alterações de demandas e
tecnologias. Sistemas tradicionais são preferidos por ambientes com lotes de produção fixos,
devido a sua flexibilidade e sua predominância na indústria. Porém, devido aos setups
ocorrem reduções de capacidade e aumento dos lotes e de estoques. As células de manufatura
resultam na redução do problema de tempo de setup, porém seu arranjo está comprometido
com a rota do produto e com a resposta a mudanças na demanda. Máquinas dedicadas para
células específicas, geralmente resultam em utilizações desbalanceadas (KANNANL;
GHOSH, 1996).
Balakrishnan e Cheng (2007) citam como desvantagens da célula de manufatura a possível
baixa utilização de máquinas (uma tendência de mais investimento em equipamentos)
ocasionadas pela dedicação de tarefas e grande necessidade de treinamento para que a célula
possa ser operada de forma eficiente.
Askin et al (1997) apresentam uma metodologia para projeto de sistemas flexíveis de
manufatura celular. Em linhas gerais propõem um método de formação da célula que
incorpora vários critérios de flexibilidade, servindo como um guia de referência para a
formação das células.
O projeto de sistemas de manufatura celular envolve vários aspectos estruturais e
3
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operacionais. Defersha e Chen (2006) discutem a implementação de um modelo focado num
dos passos mais importantes do projeto de células de manufatura: a formação das famílias de
partes e das máquinas dedicadas às células. Demonstraram a importância de tratar os diversos
aspectos de projeto de forma integrada.
Kulak et al. (2005) fornecem um processo de busca sistemática do melhor projeto dentre
várias alternativas, baseado em dois axiomas (independência e informação), direcionado às
empresas dispostas a efetuar a transição de seu sistema tradicional de produção para uma
orientação na forma de células.
Mahdavi et al. (2007) apresentam um novo modelo para sistemas de manufatura celular
baseado no conceito de utilização da célula. O objetivo deste modelo é minimizar os
elementos de exceção e o número de lacunas das células, visando manter alta performance de
utilização. Obtiveram resultados superiores em relação a alguns algoritmos tradicionais.
As abordagens e (ou) metodologias de projeto citados são somente pequena parte de uma
ampla e crescente área de pesquisa acadêmica, explorando os vários aspectos possíveis
pertinentes ao projeto de células de manufatura. A maior parte destes trabalhos está focada em
aspectos técnicos, dando atenção limitada aos aspectos humanos envolvidos. Hyer et al.
(1997) Apresentam uma abordagem sócio – técnica ao projeto das células, com estudo de caso
e posterior análise. Neste trabalho dão ênfase às formas como esta abordagem influencia e
melhora o projeto das células e observaram que a contribuição mais significativa foi no
sentido da sustentabilidade dos resultados.
3. Caracterização de Células de Manufatura
A proposta deste trabalho é aplicar estudos anteriores que se propõem a caracterizar de forma
correta uma célula da manufatura. Hyer e Brown (1999) sugerem o termo “disciplina” para a
caracterização como um conjunto de regras e métodos que devem ser considerados. Segundo
estes autores a disciplina das células de manufatura reais compreende a aderência a um
conjunto bem articulado de critérios.
A crítica feita por Hyer e Brown (1999) aos conceitos tradicionais é que eles induzem a
classificar célula somente como um outro tipo de layout. Não que estejam errados, mas
sugerem uma interpretação deficiente sobre uma célula real.
De acordo com Hyer e Brown (1999) uma célula de manufatura real tem duas categorias
gerais de características, ou simplesmente elementos caracterizadores:
a) Elemento caracterizador 1: a dedicação dos equipamentos para uma família de partes ou
produtos que tem requisitos de processamento similares;
b) Elemento caracterizador 2: a criação de um fluxo de trabalho onde as tarefas necessárias e
aqueles que as executam estão proximamente conectados em termos de tempo, espaço e
informação.
3.1 Método de Caracterização
O trabalho de Hyer e Brown (1999), que baliza este trabalho, aborda de forma contextualizada
o assunto, seja no aspecto acadêmico ou de vivência prática (50 empresas durante um período
de 12 anos). Porém o trabalho não propõe um instrumento claro de avaliação de células de
manufatura.
4
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Logo se propõe um instrumento de avaliação para os dois elementos caracterizadores através
de uma análise de células de manufatura, atribuindo uma avaliação in loco ou através de
informações que devam ser recebidas das empresas, tais como dados de cronoanálise, níveis
de ruído, lay out e outros. Os itens de análise das tabelas a seguir, foram obtidos de Hyer e
Brown (1999). Para cada item da tabela 1 foram estipulados pesos iguais (100). Já na tabela 2
foram estipulados pesos levando em consideração a influência de cada item sobre os fatores
tempo, espaço e informação. O peso 100 para os itens que influenciam direta e fortemente, 50
para os itens que influenciam indiretamente e de forma menos intensa e 0 para os itens que
não influenciam.
Salienta-se que a atribuição de pesos é um critério sugerido neste estudo, visando criar índices
que reflitam a aderência das células que vão ser analisadas ao conceito de célula real.
A tabela 1 busca avaliar o elemento caracterizador 1, que constitui o conceito tradicional de
células de manufatura, enquanto a tabela 2 preocupa-se com os aspectos ligados à interação
dos fatores tempo, espaço e informação, que complementa, segundo o entendimento de Hyer
e Brown (1999), o que constitui uma célula real.
Item
Pesos P1i
1.1 Número de partes ou produtos da célula
1.2 Número de setup’s por parte/produto
1.3 Número de mudanças na seqüência das operações por parte/produto
100
100
100
Tabela 1 – Avaliação do elemento caracterizador 1 (Ec1)
Item
2.1 Tamanho de lote
2.2 Quantidades transferidas entre tarefas na célula
2.3 Prazos de entrega das partes produzidas na célula
2.4 Conformidade quanto às especificações dos materiais que chegam
2.5 Eficácia dos equipamentos e (ou) processos
2.6 Tempos de setup’s
2.7 Balanceamento das estações de trabalho
2.8 Tamanho da célula
2.9 Operadores conhecem as outras tarefas correlatas e rotatividade nas tarefas
2.10 Equipamentos dispostos no sentido do fluxo dominante
2.11 Miniaturização dos processos
2.12 Equipamentos podem ser movidos quando a célula precisa mudar
2.13 Existência de rotinas de manutenção preventiva
2.14 Operadores habilitados para manutenção preventiva
2.15 Linguagem comum entre os operadores
2.16 Bom relacionamento entre os operadores
2.17 Operadores continuamente dividem informações
2.18 Operadores habilitados como um time de trabalho
2.19 Operadores têm acesso visual a todas as atividades da célula
2.20 Operadores têm o entendimento de toda a tarefa
2.21 Existência de sistemas de controle gerenciais (visual, auditoria manual,
computadorizada) que disponibilizam informação rápida para os
operadores
2.22 Existência de feedback’s ao longo das estações da célula e entre célula e
clientes e fornecedores internos
2.23 Projetos de trabalho e outros controles que permitem aos operadores
reagir em função dos sinais
2.24 Projetos de trabalho e outros controles que unam os operadores em
função de resultados
2.25 Baixo ruído
Tempo
(pesos P2Ti)
Espaço
(pesos P2Ei)
Informação
(pesos P2Ii)
100
100
100
100
100
100
100
100
100
100
50
50
100
100
50
50
50
50
50
50
50
0
50
0
0
0
0
0
100
0
100
100
100
0
0
0
0
0
0
0
0
0
50
50
0
0
0
50
50
100
100
100
50
50
0
50
100
100
100
100
100
100
100
50
0
100
50
0
100
50
0
100
0
0
100
5
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Tabela 2 – Avaliação do elemento caracterizador 2 (Ec2T , Ec2E ,Ec2I)
Assim para os itens das tabelas 1 e 2 são atribuídas avaliações percentuais (Av1i e Av2i
respectivamente) com valor máximo 100%. O resultado final da avaliação é tabulado da
seguinte forma:
Ec1 = (
Ec 2T = (
Ec 2 E = (
Ec 2 I = (
3
i =1
3
i =1
3
i =1
3
i =1
3
Av1i .P1i ) /(
i =1
3
Av 2i .P2Ti ) /(
Av 2i .P2 Ei ) /(
Av 2i .P2 Ii ) /(
i =1
3
i =1
3
i =1
P1i )
P2Ti )
P2 Ei )
P2 Ii )
O resultado final são quatro índices de aderência ao conceito de célula real, que podem servir
como uma avaliação da aplicação da manufatura celular numa dada empresa.
3.1.1 Aplicação – 03 células de manufatura
Para aplicação do instrumento de avaliação foram visitadas 03 empresas do ramo metalmecânico e escolhido um arranjo físico, em cada uma delas, considerado internamente como
célula.
As células 1 e 2 são de duas diferentes empresas de pequeno porte que atuam no setor de
aramados. São empresas de um mesmo grupo e o corpo técnico (processos, qualidade e
manutenção) atua nas duas empresas. As informações foram coletadas junto ao responsável
pela área de processos.
A célula 3 pertence a uma empresa de médio porte que fabrica eletrodomésticos. Grande parte
das informações foram coletadas junto a um supervisor de área. Croquis e cronoanálise foram
levantados junto ao setor de engenharia.
Os níveis de ruído foram fornecidos pelos técnicos de segurança das empresas.
Para efeito deste trabalho as mesmas estão resumidas a seguir:
− Célula 1: composta por três funcionários, mesa e máquina de solda ponto. Têm o objetivo
de montagem em gabarito e solda-ponto de grelhas. As partes produzidas nesta célula são
dez tipos de grelhas inacabadas, subconjuntos de conjuntos fornecidos a uma indústria de
eletrodomésticos. As grelhas inacabadas são enviadas a uma máquina que retira as
rebarbas, que atende outras células. Logo o operador desta máquina não faz parte da
célula;
− Célula 2: composta por quatro funcionários, mesa e máquina de solda ponto. Têm o
objetivo de montagem em gabarito e solda-ponto de grades. As partes produzidas nesta
célula são cinco tipos de grades inacabadas, subconjuntos de um conjunto fornecido a uma
indústria de eletrodomésticos. As grades inacabadas são enviadas a uma máquina que retira
as rebarbas, que por atende outras células. Logo o operador desta máquina não faz parte da
6
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célula;
− Célula 3: composta por sete funcionários, cinco prensas excêntricas e uma prensa
hidráulica. As partes produzidas nesta célula são sete peças que passam basicamente por
duas operações de corte e dobra, ou seja, ocupam simultaneamente duas prensas.
A seguir aparecem desenhos esquemáticos das células citadas.
Figura 1 – Célula 1
Figura 2 – Célula 2
Entrada de
peças para
as prensas
5-6
Saída
peças
prontas
Entrada de peças para as prensas 1-4
Figura 3 – Célula 3
Salienta-se que as células 1 e 2, muito semelhantes, têm um fluxo definido das operações. Já a
célula 3 trabalha com as prensas 1-4 podendo produzir até 06 tipos de peças e as prensas 5-6
7
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estão praticamente dedicadas a uma única peça. Logo o fluxo das operações é definido pela
programação diária e pelo líder da célula
3.2 Análise dos Elementos Caracterizadores das Células
Com base nos levantamentos de campo e informações obtidas nas 03 empresas chegou-se à
avaliação das 03 células, representada pelas tabelas 3 e 4.
Item
1.1
1.2
1.3
Célula 1
Célula 2
Célula 3
valor
Av1i
valor
Av1i
valor
Av1i
10
2
0
80
100
100
5
2
0
100
100
100
7
2
várias
60
100
30
Tabela 3 – Avaliação do elemento caracterizador 1 – 03 células
Item
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
2.13
2.14
2.15
2.16
2.17
2.18
2.19
2.20
2.21
2.22
2.23
2.24
2.25
Célula 1
Célula 2
Célula 3
valor
Av2i
valor
Av2i
valor
Av2i
500-6000
1
N.A.
N.A.
N.A.
30 min.
cronoanálise
3
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
87,6 dB
20
100
70
100
80
50
50
100
70
100
100
80
0
0
100
100
50
60
100
100
50
80
20
90
60
500-6000
1
N.A.
N.A.
N.A.
10 min.
cronoanálise
4
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
93 dB
20
100
70
100
80
80
70
100
75
100
100
80
0
0
100
100
50
60
100
100
50
80
20
80
40
1000-3000
0-1600
N.A.
N.A.
N.A.
15 min.
cronoanálise
7
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
N.A.
93,9 dB
50
70
90
100
90
90
80
90
100
20
80
60
100
0
100
100
70
70
40
100
60
50
20
70
40
Tabela 4 – Avaliação do elemento caracterizador 2 – scores
Obs. N.A. – não aplicável, ou seja, não existe uma quantificação para o item.
Utilizando as avaliações das tabelas 3 e 4 e os pesos das tabelas 1 e 2 obtiveram-se os
seguintes índices, na tabela 5, que procuram representar a aderência ao conceito de célula real.
Elemento caracterizador 1
Célula 1
Célula 2
Célula 3
Ec1
93,3%
100%
63,3%
Elemento caracterizador 2
Tempo
Espaço
Informação
Ec2T
Ec2E
Ec2I
66,9%
95,6%
73,1%
69,7%
95,6%
73,1%
71,7%
63,3%
65,4%
Tabela 5 – Avaliação final das células
8
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4. Conclusões
A maior dificuldade encontrada nas avaliações foi a atribuição dos valores ( 0-100%). Não
existem parâmetros claros para isto e existem variações de realidades entre as empresas.
As células 1 e 2 têm boa aderência ao conceito tradicional (elemento caracterizador 1). A
Célula 3 não adere bem a este conceito. Isto é facilmente identificado na tabela 3 pois existe
uma grande variação nas seqüências de operações associada ao número de partes produzidas
da família. Apesar disso a empresa considera que isto não interfere na efetividade das
operações, inclusive entende que esta flexibilidade permite maior agilidade dos processos.
No fator tempo as 3 células tiveram uma avaliação final semelhante. No fator espaço as
células 1 e 2 tiveram índices muito bons, o que era esperado dado que as mesmas fisicamente
encontram-se dispostas concentradas em uma bancada de trabalho (mesa). Já para a célula 3
o que mais influenciou na redução deste índice foi: não existência de um sentido do fluxo
dominante e os equipamentos que não podem ser movidos facilmente, mesmo porque se
tratam equipamentos de grande porte.
No fator informação as 3 células tiveram uma avaliação final semelhante, tendo a célula 3 um
índice ligeiramente inferior.
Alguns itens influenciaram negativamente em mais de um fator e poderiam ser abordados
pelas empresas num primeiro momento. Embora o presente trabalho enfoque a aderência em
si ao conceito de célula, não significa que as células analisadas não tenham bom desempenho
e produtividade. Segundo relatado, atualmente, as mesmas têm bons índices de performance.
Para trabalhos futuros sugere-se conjugar os índices de aderência ao desempenho, inclusive
buscando analisar um número mais representativo de células de manufatura.
Agradecimentos
Agradecemos à CAPES e à Fundação Araucária, pelo apoio financeiro que possibilitou a
execução deste trabalho, às empresas Aramart , Atlas e Extremo Sul por disponibilizar acesso
às suas unidades industriais para os trabalhos de campo.
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