Sistemas Integrados de Manufatura – EMC 5255

Semestre 2014 / 1

Trabalho de Simulação

Este trabalho consiste na construção de um modelo de simulação com a posterior elaboração de um

relatório técnico, incluindo proposição de alternativas e análise de viabilidade. Deverá ser feito em equipes de 4 alunos, com posterior defesa do trabalho.

Enunciado

Considere uma linha de uma fábrica hipotética de Bicicletas. Ela é constituída por um grupo de setores responsáveis por diversas tarefas para a montagem dos produtos e suas inúmeras variações (mix). Há três subestações („Montagem do Quadro‟, „Montagem da Roda‟ e „Montagem Final‟) e quatro locais para estoques intermediários (buffers). Resumidamente, para a fabricação de uma bicicleta tem-se o seguinte processo geral: inicialmente as peças chegam de um dado fornecedor e são armazenadas no buffer B1. Depois, são encaminhadas, processadas e montadas no setor de Montagem do Quadro, onde os componentes e peças formam a estrutura principal, que varia de modelo para modelo. Paralelamente, a matéria-prima chega para a fabricação e montagem das rodas. Estes são fabricados no setor de Montagem da Roda. Quadro, Roda e outros componentes são enviados para B3, e finalmente são enviados para o setor de Montagem Final, onde rodas e outras partes mecânicas são acopladas aos quadros, juntamente com os demais componentes que compõem o modelo da bicicleta. Por fim, são realizados testes e as bicicletas produzidas são encaminhadas para a expedição.

Para ilustração, o esquema básico do funcionamento da fábrica é apresentado na Figura 1.

Figura 1 - esquema do funcionamento geral da fábrica

A linha de fabricação trabalha com quatro configurações de bicicletas: Quadro de aço com câmbio e sem câmbio, e Quadro de alumínio com câmbio e sem câmbio. Serão tratados a partir daqui essas configurações de produtos como M1M0, M1M1, M2M0 e M2M1, onde a primeira letra e número se referem ao modelo de quadro (M1 modelo aço e M2 modelo alumínio), enquanto a segunda letra e número dizem respeito à existência do câmbio ou não (M0 não há cambio e M1 há cambio).

Inicialmente, a empresa trabalhava com o sistema de produção empurrada. Entretanto, visando reduzir custos com estoques e ao mesmo tempo atender com mais precisão a demanda, a direção da empresa decidiu implantar um sistema puxado. No cenário de produção puxada, devem-se reduzir os custos, tempos de produção e estoques intermediários.

A seguir é feita a descrição detalhada de cada setor da linha. Deve-se: (i) implementar a simulação no programa Arena 9.0; (ii) fazer o diagnóstico e; (iii) propor melhorias para a planta para a empresa.

Buffer 1 (B1): Esse buffer recebe itens básicos, porém não triviais, para a fabricação de uma bicicleta convencional.

São recebidos perfis de aço, perfis de alumínio, adesivos da marca e o garfo, o qual é acoplado posteriormente. Há um estoque mínimo mantido para cada item por conta do lead-time do fornecedor, que é conhecido e representado por uma distribuição normal com média de 2 horas e desvio-padrão de 15 min. Cada pedido tem um custo fixo de $500 para o transporte. Quando o estoque encontra-se abaixo do mínimo é feito um novo pedido de fornecimento para o buffer (isto é regra para todos os buffers). Desta forma, evita-se que a produção pare por falta de peças de reposição.

Considere que as peças podem ser encomendadas de um único fornecedor e que cada pedido pode conter mais de um tipo de peça. O nível de segurança de cada peça e o custo de manutenção em estoque são apresentados na tabela 1.

Tabela 1 - Detalhes do buffer 1

Peça Quantidade segurança Custo de manut. / hora

Perfil de aço 5 30$

Perfil de alumínio 5 50$

Adesivos 30 10$

Garfo 10 15$

Montagem do Quadro: Nesse setor os perfis de aço e alumínio são cortados e moldados para construção dos segmentos

que formarão o quadro. Posteriormente serão soldados, formando o quadro „bruto‟. Após a soldagem o arranjo passa por um processo de tratamento do metal, pintura e secagem. Assim

que finalizada a secagem, os adesivos que adornam os modelos são colocados. Por fim, instalam-se os garfos e realizam-se testes de qualidade. A meta de produção está relacionada à demanda do buffer 3 (B3), ou seja, a Montagem do Quadro atende pedidos de B3

Inicialmente os perfis de aço ou alumínio chegam a este setor dependendo do modelo requisitado e são encaminhados ao setor de Corte e Conformação para confecção dos seguimentos do quadro. Para realização dessas operações são necessárias 3 máquinas de corte e 2 de conformação.

Em seguida passam pelo setor de Soldagem. No entanto, os processos de soldagem são diferentes para cada metal. A soldagem do aço é feita automaticamente e a do alumínio é feita manualmente, o que gera tempos de processamento diferentes. As máquinas de solda precisam ser paradas uma vez a cada três dias para manutenção preventiva. O tempo de parada é triangular com valor mínimo de 50 minutos, média de 70 minutos e máximo de 90 minutos. A manutenção é realizada por três funcionários, sendo dois não qualificados e um qualificado.

Posteriormente, os quadros já soldados seguem para o banho de fosfato, que é utilizado para evitar corrosão e ferrugem. Esse banho leva um tempo constante de 5 minutos. Na sequência o quadro é levado a uma estufa para a secagem do banho. Esta estufa é alimentada por uma caldeira que não mantém uma temperatura constante.

Para a secagem na estufa o tempo necessário é diretamente dependente do desempenho da caldeira. Na confecção do trabalho de simulação foram realizadas tomadas de tempos a fim de chegar a uma expressão que represente o processo. O quadro 1 contém as tomadas de tempo.

Processo Amostras Unidade

Secagem na estufa 79.0 64.0 89.0 93.0 80.0 80.0 77.0 93.0 76.0 77.0 93.0 76.0 67.0 88.0 79.0 75.0 76.0 74.0 67.0 93.0 98.0 81.0 68.0 77.0 74.0 81.0 63.0 63.0 68.0 82.0 86.0 83.0 78.0 81.0 72.0 84.0 74.0 83.0 75.0 84.0 75.0 88.0 74.0 96.0 89.0 80.0 78.0 80.0 85.0 86.0

Minutos

Quadro 1 - Dados amostrais dos tempos demandados pelo processo de Secagem

Após a secagem o conjunto passa pelo setor de Pintura, onde recebe as cores preto e branco. A pintura é automatizada e é realizada por 2 braços robóticos.

Finalizando as operações de Montagem do Quadro, este é encaminhado ao setor de adesivagem. Existem 3 postos de trabalho para realizar esta tarefa, que trabalham paralelamente. Cada posto necessita de um funcionário não qualificado.

Antes de seguir em frente os garfos são instalados no conjunto já adesivado. Essa operação é efetuada por um funcionário não qualificado utilizando uma parafusadeira.

Por último, são feitos testes de qualidade para averiguar se não há nenhum problema ou inconsistência. O teste é feito por amostragem probabilística aleatória em 15% da produção, e o tempo é de 3 minutos por unidade testada (este teste é realizado por um funcionário qualificado). Considere que 4% dos quadros apresentam problemas ou não foram adequadamente montados. Neste caso, os quadros reprovados passam por uma estação de retrabalho manual e logo após, juntamente com os quadros aprovados, são enviados de caminhão até a Montagem Final.

Tabela 2 - Tempos de processamento na Montagem do Quadro

Processo Tempo Gasto/Unidade

Corte & Conformação Soldagem Aço

Soldagem Alumínio Banho de fosfato

Secagem na estufa Adesivagem

Instalação do Garfo Teste

Normal(15, 0.5)/minutos Normal(10,0.25)/minutos

Triangular(10,20,30)/minutos Constante(5)/minutos

Ver quadro 1 Triangular(2,5,7)/minutos

Normal(4,1)/horas Constante(3)/minutos

Reparo Triangular(2,8,15)/minutos

Os custos dos elementos envolvidos no processo, bem como a capacidades disponíveis destes, são

apresentados no quadro 2.

Quadro 2 - Recursos e custos para a Montagem do Quadro

Recurso Custo ocup./hora

Custo livre/hora Custo por uso Capacidade

Máquina de Corte $200 $50 $15 2

Máquina de Conformação

$75 $25 $8 2

Máquina de Soldagem $100 $35 $12 1

Máquina de pintura $30 $80 $1 2

Banho de fosfato $80 $15 $3 1

Estufa $100 $30 $8 1

Parafusadeira $2 $10 $10 4

Funcionário Não Qualificado

$12 $25 - Ver Schedule

Funcionário Qualificado

$30 $50 - Ver Schedule

Em relação ao quadro de funcionários, a capacidade dos funcionários não-qualificados é dado no

seguinte arranjo: entre 06:00 e 14:00, trabalham 8 funcionários. Entre 14:00 e 22:00, trabalham 7. E a capacidade dos funcionários qualificados: entre 06:00 e 14:00, trabalham 5 funcionários. Entre 14:00 e 22:00, trabalham 6. Todos os funcionários têm direito a duas paradas de quinze minutos por turno. O desenvolvedor da simulação tem a liberdade para determinar estes horários, tanto para funcionários não-qualificados quanto para qualificados. Os quadros prontos, a partir deste ponto, são enviados para o buffer 3.

Nota: os funcionários dos setores de Montagem do Quadro e de Montagem Final são compartilhados.

Buffer 2 (B2): O buffer 2 armazena as peças necessárias para a montagem das rodas. Para evitar o

desabastecimento do departamento seguinte, é mantido um nível mínimo de estoque de peças. Quando o estoque de alguma peça estiver abaixo destes números, um pedido é feito ao fornecedor de peças. As quantidades mínimas e os custos de estoque das peças estão representados na tabela 3.

Tabela 3 - Estoques mínimos e custos de armazenamento para o buffer 2

Material Estoque mínimo Custo armazenam. / hora

Cubo 20 5$

Raios 300 7$

Catraca Simples Catraca Complexa

Aro de Fibra de Carbono

5 5

14

10$ 15$ 80$

Montagem da Roda: O setor Montagem da Roda recebe peças do B2 e as monta formando as rodas que serão

encaixadas no quadro. A meta deste setor é atrelada à demanda do buffer B3. A cada pedido são confeccionadas 2 rodas, uma dianteira e uma traseira. A roda traseira receberá uma catraca “simples” (uma única coroa) ou uma catraca “complexa” (7 coroas) de acordo com o tipo do pedido.

Primeiramente, uma máquina fura os aros de fibra de carbono para a colocação dos raios. A colocação do aro na máquina é feita por um funcionário não-qualificado. Por fim, os raios são inseridos por outros dois funcionários qualificados e acoplados aos cubos das rodas. Um teste de alinhamento é realizado após essa operação e 2% de todas as rodas testadas necessitam de um realinhamento após o processo.

Nesse ponto já se pode instalar a câmara. As câmaras não ficam estocadas em B2, não possuem custo de armazenamento e estão sempre disponíveis. Dois funcionários não-qualificados são responsáveis por essa operação.

A instalação dos pneus é realizada também por 2 funcionários não-qualificados. Logo após, a roda dianteira segue para o setor de embalagem enquanto a traseira irá receber a catraca.

Para cada modelo de catraca há um tempo de operação diferente; a catraca complexa leva um pouco mais de tempo em relação à catraca simples. É necessário um funcionário qualificado e uma parafusadeira para efetuar a operação em ambas as situações.

Finalizada a montagem da roda traseira ela se une à dianteira e ambas são embaladas para transporte.

Tabela 4 - Tempos de Processamento da Montagem da Roda

Processo Tempo Gasto/Unidade

Furação do Aro de Fibra de Carbono Normal(2, 0.25)/minuto Colocação Raios & Cubo Triangular(1,2,2.15)

Realinhamento Normal(3, 0.2)/minuto Instalação Câmara Triangular(1.3,2,3)/minutos

Instalação Pneu Instalação Catraca Simples

Instalação Catraca Complexa Embalagem

Triangular(0.3,1,1.3)/minutos Normal(2.15, 0.3)/minuto Normal(3.15, 0.3)/minuto

Normal(3, 0.3)/minuto

Os custos dos elementos envolvidos no processo, bem como as capacidades disponíveis destes, são

apresentados no quadro abaixo.

IMPORTANTE: os funcionários da Montagem da Roda são exclusivos a este setor. Isso se deve ao fato de que a fábrica de rodas é separada fisicamente do resto da linha de montagem.

Recurso Custo ocup./hora

Custo livre/hora Custo por uso Capacidade

Máquina de posicionamento

$750 $350 $80 2

Máquina furadeira $250 $500 $40 1

Parafusadeira $2 $10 $10 1

Funcionário não qualificado Funcionário Qualificado

$20

$45

$30

$70

- -

Ver schedule

Ver schedule

Quadro 3 - Custos dos recursos da Montagem da Roda

Em relação à capacidade dos funcionários do setor Montagem da Roda, há o seguinte arranjo: entre 06:00 e 14:00, trabalham 3 funcionários não Qualificados e 2 Qualificados. Já entre 14:00 e 22:00, trabalham 4 não Qualificados e 3 qualificados. Todos os funcionários têm direito a duas paradas de quinze minutos por turno. O desenvolvedor da simulação tem a liberdade para determinar esses horários.

O setor Montagem da Roda é o único da fábrica a utilizar esteiras para o transporte dos componentes durante a fabricação. Há duas esteiras. A primeira leva as câmaras até o processo de instalação da mesma no aro, onde elas são descarregadas em uma estação de trabalho. Uma vez unidos, são novamente depositados na mesma esteira. Posteriormente, seguem até o setor onde ocorrerá a colocação dos pneus, sendo depositados nesta estação de trabalho, ou seja, deixando a Esteira 1.

Finalizadas as operações o conjunto é depositado na Esteira 2, levando-o até a estação de testes. As esteiras funcionam no modo acumulativo e sua velocidade é de até 20 unidades de distância por hora. Estas são ajustadas de acordo com a necessidade e as rodas ocupam uma célula da esteira. As distâncias entre as estações estão mostradas na

tabela 5.

Tabela 5 - Distâncias entre as estações

Estações Distância

Entrada da esteira 1 – Instalação câmara Instalação câmara – Instalação pneus

40

100 Entrada da esteira 2 – Teste 20

Transporte das Rodas: O transporte das rodas é feito por um caminhão, com capacidade para cinquenta unidades de

embalagens (unidade: uma roda dianteira e uma traseira). Há uma distância considerável entre o centro de Montagem das Rodas e o centro de Montagem Final (responsável pela junção das rodas com os quadros), tornando a operação de transporte cara e demorada. Para a execução desta operação é necessário um motorista.

Recomenda-se evitar muitas viagens para o transporte, mas fica a critério do desenvolvedor escolher uma quantidade mínima para o transporte. O veículo leva 50 minutos no trajeto entre os dois centros gastando no total 1h40 entre ida e volta. Os custos de operação do caminhão estão no quadro 1.

Para fins de modelagem do processo, considere que o custo do transporte está associado ao motorista. O motorista é um tipo especial de funcionário que apenas realiza o transporte das rodas (não está incluído no número de funcionários apresentado na especificação da Montagem das Rodas).

Nota: Sempre há um motorista disponível para dirigir o caminhão.

Recurso Custo ocup./hora Custo livre/hora Custo por uso

Caminhão $50 $75 $10

Quadro 1 - Custos de transporte

Buffer 3 (B3): O buffer de nível 3 armazena os conjuntos de rodas e os quadros para serem acoplados. Para evitar

o desabastecimento do departamento seguinte é mantido um nível mínimo de estoque dos componentes (tabela 6). Quando o estoque de algum componente estiver abaixo destes números um pedido é enviado ao fornecedor de peças ou à etapa produtiva correspondente.

Tabela 6 - Detalhes do buffer 3

Material Estoque mínimo Custo armazenam. / hora

Quadro de Aço 5 $110 Quadro de Alumínio 5 $130

Conjunto com roda traseira sem Câmbio

8 $30

Conjunto com roda traseira com Câmbio

16 $55

Montagem Final: Nessa etapa as rodas são inseridas no quadro, juntamente com os demais componentes para

finalizar a montagem da bicicleta. São realizados testes de qualidade antes de serem enviados ao Buffer 4. Primeiramente, o par de rodas adequado é fixado ao quadro atendendo a ordem de produção que

originou sua fabricação. Deve-se atentar que existem dois modelos de rodas traseiras e dois modelos de quadros. A combinação deve respeitar a demanda que solicitou sua montagem, produzindo assim um dos quatro modelos de bicicleta.

A junção é realizada por uma máquina de posicionamento e um funcionário qualificado. Em seguida, outros componentes mecânicos são instalados (freios e guidom). Estas operações necessitam de um funcionário qualificado e 2 não-qualificados. Posteriormente, os modelos que devem receber câmbio são enviados para Instalação de Câmbio. Os que não necessitam seguem direto para o setor de instalação de pé de vela, pedais e sistema de transmissão, por onde os modelos com câmbio também deverão passar.

Ao final da montagem um funcionário qualificado realiza os testes de qualidade e a taxa de rejeição é de 4%. As bicicletas que apresentam algum problema mecânico são enviadas ao retrabalho antes de serem enviadas ao Buffer 4. O retrabalho necessita de um funcionário qualificado e um não qualificado e uma parafusadeira. A partir de então são enviados às lojas, mas essa etapa não faz parte do escopo dessa linha de fabricação.

Abaixo estão os tempos relacionados aos processos citados anteriormente. Tabela 7 - Tempos de processamento na Montagem Final

Processo Tempo Gasto/Unidade

Junção Quadro e Rodas Normal(3,0.2)/minutos Instalação Guidom e Freios

Instalação do Cambio Instalação Pé de vela, Pedal e Transmissão

Normal(10,2)/minutos Triangula(2,3,4)

Normal(10,5)/minutos Testes Normal(10,1)/minutos

Retrabalho Triangular(5,10,15)/minutos

Buffer 4 (B4): A fim de evitar atraso na entrega, a empresa mantém estoques de segurança dos diversos modelos

de bicicletas. Esses níveis de segurança estão indicados no quadro abaixo:

Tabela 8 - Detalhes do buffer 4

Material Estoque mínimo Custo armazenam. / hora

M1M0 6 $100 M1M1 10 $150 M2M0 8 $130 M2M1 12 $215

Quando o nível de estoque final de algum modelo fica abaixo do nível mínimo, é transmitido um

pedido à linha de Montagem Final para produção deste determinado produto. Demanda: A demanda de cada modelo é conhecida previamente, através das estatísticas de vendas da

empresa. Ela pode ser representada de maneira simplificada por distribuições estatísticas, como mostradas na tabela 9 (tempo entre chegada de pedidos, em minutos).

Tabela 9 – Demanda por modelos de automóveis

Modelo da bicicleta Tempo entre pedidos

M1M0 Normal (100,15) M1M1 Normal (200,20) M2M0 Normal (150,25) M2M1 Normal (300,45)

Sempre que um cliente faz um pedido de uma bicicleta, a empresa garante que ele seja

disponibilizado em menos de 3 dias. Caso este prazo de entrega seja excedido, a empresa vende o produto com um desconto de 10% do preço inicial por hora de atraso.

Análise esperada

Deve-se apresentar uma análise geral do processo de fabricação, indicando:

um diagnóstico geral da fábrica;

os gargalos importantes no sistema;

quais processos devem prioritariamente ser aprimorados com base no diagnóstico (por exemplo, considerando gargalos, níveis de ociosidade, tamanho de buffer, tempos de transporte, etc.);

quais alternativas existem para o aprimoramento destes processos, ou seja, discutir e apresentar, mediante o ambiente de simulação, uma ou mais alternativas de mudança de processo que poderão trazer resultados positivos;

qual é o ganho imediato obtido por essa(s) mudança(s) financeiramente, no tempo médio de atendimento à demanda, nas taxas de utilização dos recursos (máquinas e funcionários). Outras avaliações poderão ser acrescentadas pelas equipes.

Deve-se também apresentar uma análise dos custos de produção para fixação do preço de venda. Considere como despesas fixas:

­ $100 mil mensais em aluguel dos galpões para as linhas; ­ $20 mil mensais em publicidade e campanhas de marketing; ­ $150 mil mensais em salários e encargos dos cargos gerenciais.

A meta da empresa é de ter um lucro líquido de pelo menos $20 mil por mês, considerando impostos

de 12,5% sobre o lucro. Desconsidere qualquer outro tipo de imposto (IPI, COFINS, ICMS...).

Analisar a possibilidade de diminuir os estoques de segurança a fim de reduzir custos de estoque e assim de encontrar um valor mais otimizado, que minimize os custos gerais, mas que não comprometa a demanda / produção.

Analisar o impacto de reduzir o número de funcionários não especializados. Pretende-se desenvolver um processo contínuo de capacitação dos funcionários e pensa-se em liberá-los do trabalho para essa capacitação em 15% do tempo. Todavia, para não reduzir o turno de operação de fábrica, essa liberação deverá ocorrer em diferentes horários para cada funcionário, de modo que a fábrica continue operando nos mesmos horários, porém como uma redução no efetivo. Defina quais são os setores que devem ter seu efetivo reduzido para que o impacto no tempo de produção seja o menor possível.

Com o intuito de aprimorar o sistema de manufatura proposto, analisar a possibilidade de:

reduzir os tamanhos de lote;

incluir esteiras/áreas FIFO;

incluir supermercado(s);

incluir cartões Kanban;

reduzir o tempo/distância de transporte.

Avaliação Serão levados em consideração na avaliação do exercício:

coerência do modelo com a especificação;

qualidade da interface gráfica;

qualidade da análise final dos resultados obtidos e das sugestões propostas;

defesa oral do grupo, com participação e manifestação de todos nos questionamentos. 50% da nota deste trabalho corresponderá ao modelo no ARENA, e os outros 50% ao relatório

associado. Não será aceito o modelo sem o relatório.

Envio dos arquivos de Simulação Enviar os arquivos da simulação (.doe), do PA (.pan) e OQ (.opt) compactados (.zip/.rar), no formato

<nomes_do_trio> até o dia 7 de julho. Basta um arquivo por grupo. Além disso, agendar um horário para defesa, que deve ocorrer entre os dias 7 e 9 de julho, necessariamente com todos os membros de cada equipe.

Envio do Relatório Técnico Enviar o arquivo do relatório (.doc[x] ou .pdf) por e-mail (portanto, não é necessário imprimir) para

j.c.ferreira@ufsc.br até o dia 7 de julho. Basta um arquivo por grupo.