perspetivas e evolução dos sistemas de...

Perspetivas e evolução dos sistemas de produção

S. Carmo-Silva

Universidade do Minho

Escola de Engenharia


Carmo-Silva, S. (2017), Perspetivas e evolução dos sistemas de produção-Dia DPS 6 Fev 2

Tópicos

Perspetiva e evolução Tecnológica

Perspetiva e evolução Organizacional e operacional

Abordagens organizacionais

Paradigmas de produção

Configurações conceptuais de sistemas de produção

Essências de conceção e operação de Sistemas de produção: Leis Fundamentais de Organização e Operação de Sistemas de Produção

Uma visão complementar

Perspetivas e evolução tecnológica

1900 a 2017 e depois

Marcos na transformação tecnológica dos sistemas de produção

Produção artesanal

Produção Mecanizada

Produção em massa e automatizada

Produção flexível

Industry 4.0


Estágios de evolução industrial dependentes da tecnologia


Produção

industrial

Anos 1900 1925 1950 1975 2000 2017

Industry 4.0

Produção artesanal

Produção

mecanizada

Produção em massa

e automatizada

Produção

Flexível

1913

1967

1947



… Produção em massa e automatização

Linha de montagem do automóvel Ford T (H. Ford, 1903))

Automatização da produção (controlo com controlo de feedback ) (H. Ford, 1947)



1900 a 2017 e depois …

Automatização Flexível CNC/DNC

Sistemas integrados de equipamento de produção e logística controlados e geridos por computador (FMS)

Sistemas de fabricação e montagem flexível

Células robotizadas …




…

Automatização Flexível

…

Computer Integrated Manufacturing (CIM)

Automatização flexível integrada com

“tudo” assistido por computador

CAD&CAM/CAE/CAPP/CA-PPC/ERP/CAQC/CA-monitoring/…

…

Principal desafio:

Interoperabilidade e Integração de equipamento e sistemas de controlo de fornecedores diferentes.



19900 a 2017 e depois

Industry 4.0

Internet based production and management, intelligent control and networking

Cyber Physical Production systems ‘‘physical and engineered production systems whose operations are

monitored, controlled, coordinated, and integrated by a computing and

communicating core “

Widespread use of intelligent systems and sensors for local and remote production, control and management, supported by the Internet and IoT.

Customization of everything via Internet The customer customize the design, choose materials, order

manufacturing, monitor progress, check and ship.

3D Printing

…Carmo-Silva, S. (2017), Perspetivas e evolução dos sistemas de produção-Dia DPS 6 Fev 8



…

Indústria 4.0

Escala longa (Europeia):

$1 200 000 000 000 a $3 700 000 000 000

Um bilião e duzentos mil milhões de dólares a

três biliões e setecentos mil milhões de dólares.

[Mckensey Global Institut, (jun 2015) Unlocking the potential of the

Internet of Things.


Perspetiva e evolução

Organizacional e

operacional


Abordagens Organizacionais


Como podemos facilitar o nosso trabalho na resolução de problemas de organização e operação de produtivos?

1º- Compreender bem o problema e enquadrá-lo num contexto organizacional e operacional de sistemas de produção adequado.

2.º Usar e desenvolver métodos adequados a esse contexto.




Sistemas Lean


Sistemas Lean – Conceito e focagem Sistemas que de maneira eficiente e muito eficaz satisfazem

os pedidos dos clientes para fornecimentos de bens ou prestação de serviços.

Centrados na

sincronização da produção com a procura, resposta rápida

na eliminação desperdícios ou perdas de qq espécie, e.g. atividades que não acrescentam valor

na execução das atividades de produção de valor acrescentado

explorando continuadamente o melhor equilíbrio possível da

eficiência do fluxo de produção com

eficiência do uso dos recursos



Sistemas Lean – Medidas de desempenho Eficiência de uso dos recursos (EUR)

Proporção utilizada de recursos em relação à quantidade disponibilizada desses recursos.

E.g:

Utilização de um equipamento=tempo usado / tempo disponibilizado

Eficiência do fluxo de produção (EFP)

Valor acrescentado / tempo total de entrega

Tempo de valor acrescentado / tempo total de entrega



Equilibrar o uso de recursos com a plena satisfação do cliente: o melhor de dois mundos”


Eficiência do

uso de recursos

Eficiência

do fluxo de

produção

As ilhas

O deserto

A Terra

prometida

O oceano

O Céu O Inferno

Adpatado de: Modig, N. and Alström (2016)

This is Lean, Rheologica pub


Sistemas ágeis Centrados

na capacidade de responderem de forma flexível e ágil à variação da procura em quantidade e variedade de produtos

na produção de produtos customizados

na customização em massa

produção sem custos adicionais de produtos variados, configurados e encomendados



Produção Ágile - Agile productionUma filosofia de produção centrada nacustomização do produto tendo como objetivoúltimo a customização em massa (mass customization), i.e., capacidade de produzir “one-of-kind” ao custo da produção em massa



Produção em Massa

Está relacionada com o paradigma de produção

em massa.

implementando um sistema dedicado no seu tempo de

vida à produçao de um único tipo de produto.

Outros paradigmas são produção

repetitiva e

não repetitiva



Produção em Lotes

Produção no sistema de diferentes artigos em quantidades superiores a um e inferiores às de produção em massa, i.e. em lotes.

É uma abordagem tradicional comum a muitas empresas tendo em conta a necessidade de fabricar quantidades variáveis de vários artigos no mesmo sistema produtivo.



“Job production” Produção Unitária

Produção de uma variedade, teoricamente infinita, de artigos em pequenas quantidades podendo ser uma unidade de cada artigo diferente - “One-of-a-kind”



Mecanizados

Automatizados

Flexíveis

Colaborativos

Virtuais

“Extended”

Distribuídos

Lean

JIT

Ágeis,

Intermitentes

Contínuos

Repetitivos

Não repetitivos

“mixed model”

Multimodel

Discretos

De processo

Em linha

Em oficina

Em célula

Em célula GT

De Máquina única

De Máquinas

paralelas

Pull

Push

Pull-Push

Orientados ao

produto

Orientados à

ordem de

produção

Orientados à

função

Em massa

Em série,

One-of-a-kind

Holónicos

V

A

T

Divergent Flow

Convergent Flow

De customização

em massa

Modular

Customizada

ETO

MTO

ETO

MTS/MTP

CTO Customized

to Order

Reconfiguráveis

Etc. etc. etc.

Produção / sistemas de produção - Classes



Donde se pode tirar uma amostra relevante de sistemas para análise:

Distribuídos

Virtuais,

Repetitivos

Reconfiguráveis

De fluxo contínuo e uniforme e

De fluxo intermitente



SISTEMAS VIRTUAIS DE PRODUÇÃO

Virtuais?

Virtual= que existe potencialmente e não em ação.

Virtual = que é feito ou simulado através de meios eletrónicos

Sistemas que existem virtualmente: é só identificá-los no conjunto de recursos existentes num mercado de recursos (que pode ser global, regional ou local) acessível através da Internet, coordená-los, operacionalizando-os através dela.



Virtual

Virtual manufacturing cells

1º.Mc Lean (1982)

Depois uma evolução para as Empresas Virtuais



SISTEMAS RECONFIGURÁVEIS DE PRODUÇÃO A reconfiguração dos sistemas contexto da organização

e operação dos sistemas de produção tem um objetivo

fundamental:

ajustá-los ou alinhá-los com os requisitos de transformação do

artigo que vão produzir.

Dimensões de reconfiguração

num ajustamento da capacidade produtiva, por remoção ou

inclusão de postos de trabalho

Na alteração do próprio posicionamento relativo dos

equipamento ou postos de trabalho

…



SISTEMAS PRODUÇÃO REPETITIVA

75% dos artigos produzidos são repetitivos (McCarthy et al) Produto repetitivo: aquele consumindo uma %

significante ( 5%) de tempo disponível (anual) do sistema de produção ,

Repetitividade APICS (1982), está associado à quantidade de produção de produtos discretos: quanto maior for mais repetitivo é o sistema de produção.



SISTEMAS PRODUÇÃO REPETITIVA

Produção repetitiva

em que os mesmos tipos de produtos (mais que um) são repetidamente requeridos, com frequência variável, em quantidades que não justificam a produção em massa.

Produção não repetitiva

em que os artigos não são repetidamente produzidos, isto é são customizados.



SISTEMAS PRODUÇÃO NÃO REPETITIVA: Produtos customizados


Visão de: Mintzberg James H. Gilmore and B. Joseph Pine II

FORMA DE CUSTOMIZAÇÃO DA PROCURA

Customização Pura

Colaborativa Customização à Medida

Customização Estandardizada

Adaptável

Cosmética

Transparente


Sistemas Produção Contínua e Intermitente: de fluxo contínuo ou de fluxo intermitente

Contínuo: cada produto tem individualidade

própria e movimento independente durante o

processo de transformação. Havendo múltiplos artigos a continuidade de fluxo implica sua

fabricação misturada e de forma uniformizada a taxas de

produção correspondentes às taxas de consumo. Podemos dizer

que o fluxo é uniforme.

Intermitente: os produtos são produzidos em

séries ou lotes



Sistemas de Produtos Dedicados e Multiproduto

Sistemas dedicados à produção de um único tipo

artigo a taxa de produção iguais às de consumo

Sistemas para a produção de múltiplos artigos

similares ou diferentes



Configurações Concetuais de Sistemas de Produção


Configuraçõesconcetuais de sistemas de produção

Critérios: Multiplicidade de

produtos

Reconfigurabilidade

Modo de configuração

Repetitividade da produção

Uniformidade do fluxo


Intermittent flow

Uniform flow

Repetitive

Non-repetitive

Repetitive

Non-repetitive

Non Reconfigurable

Virtual

Physical

Reconfigurable

Multiple

product

system

Non Reconfigurable

Reconfigurable

Virtual

Physical

Single

product

system

1

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

2

3

4

Uniform flow

Uniform flow

Repetitive

Non-repetitive

Uniform flow

Uniform flow

Intermittent flow

Intermittent flow

Intermittent flow

Intermittent flow

Intermittent flow

Uniform flow


Multiplicidade de produtos

Produto único

O sistema é concebido para um único produto.

Terminada a produção do produto o sistema é reconfigurado para novo produto ou deixa de ter utilidade produtiva.

Produtos múltiplos

O sistema é capaz de produzir, de forma independente ou misturada, produtos diferentes, semelhantes ou não.



Reconfigurabilidade

Os sistemas podem estar sujeitos a reconfiguração ou não, numa lógica de melhor adaptar o sistema às necessidades de processamento e linearização dos fluxos de produção.

Modo de reconfiguração

A configuração pode ser Virtual

Feita com base na Internet, com meios de produção distribuídos num mercado de recursos (local, regional ou global)

Feita a partir dos meios de produção da empresa, geralmente organizados funcionalmente, por processos de decisão, i.e. planeamento e controlo de produção, sem movimentação física.

A configuração pode ser Física

Feita por movimentação física dos meios de produção para configurar sistemas orientados ao produto, e.g. células de produção.



Uniformidade do fluxo

Uniforme

Produtos diferentes são produzidos misturadamente de forma contínua sincronizada com a procura.

Intermitente

Produtos são produzidos em lotes num processo intermitente de espera de uns produtos pelos outros

Repetitividade da produção

Produção repetitiva

O mesmo tipo de produtos são repetidamente requeridos com frequênciavariável em quantidades que não justificam a produção em massa.

Produção não-repetitiva

Os produtos são customizados em grau elevado com previsão limitada de da procura de produtos finais e components.


Configurações conceptuais de Sistemas de produção



Configuração Concetual ID

C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15

Uniformidade do fluxo - - - UF IF UF IF UF IF UF IF UF IF UF IF Repetitividade da produção

- - - R R NR NR R R NR NR R R NR NR

Modo de configuração - V F - - - - V V V V F F F F Reconfigurabiidade NRc Rc Rc NRc NRc NRc NRc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Multiplicidade de produtos

U U U M M M M M M M M M M M M

Legenda: Uniformidade do fluxo UF = Uniforme IF = Intermitente Repetitividade da produção R = Repetitiva NR = Não repetitiva Modo de configuração V = Virtual F = Física Reconfigurabiidade Rc = Reconfigurável NRc = Não reconfigurável Variedade de produtos U = Único M = Vários




Configuração Concetual ID C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Uniformidade do fluxo - - - UF IF UF IF Repetitividade da produção - - - R R NR NR Modo de configuração - V F - - - - Reconfigurabiida-de NRc Rc Rc NRc NRc NRc NRc Multiplicidade de produtos U U U M M M M

De

scri

ção

e e

xem

plo

s

Linhas e máquinas

automáticas rígidas:

Produção em Massa

Empresa Virtual

(VE) & o sistema OPIM.

Consórcio temporário, baseado na

Internet, para o fornecimento

de um produto ou serviço e.g.

projeto.

Células, física e rapidamente

reconfiguráveis, para cada nova

ordem de produção de produto. Ex.: indústria de vestuário.

Linhas de artigos

misturados. Comuns em

empresas que adotam

princípios Lean, e.g. automóvel.

Linhas de artigos

similares produzidos em

lotes, para economizar

“set-ups.

Sistema em linha, ágil com base em postos flexíveis, capaz de processar produtos customizados similares requerendo processos de fabrico iguais.

Sistema para produção

exclusivamente customizada geralmente

organizado em oficina de

fabrico funcional.




Configuração Concetual ID C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 Uniformidade do fluxo UF IF UF IF UF IF UF IF Repetitividade da produção R R NR NR R R NR NR

Modo de configuração V V V V F F F F Reconfigurabiida-de Rc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Multiplicidade de produtos M M M M M M M M

De

scri

ção

e e

xem

plo

s

Células Virtuais de artigos misturados similares ou rede de fornecedores de abastecimento cíclico e periódico dos mesmos materiais. Ex: linhas virtuais de fabrico misturado de peças em tela para automóveis L.Varela, A.Alves Carmo-Silva)

Células Virtuais operadas em lotes ou rede de fornecedores de materiais de abastecimento em lotes e de forma náo periódica ou cíclica.

Empresa Virtual

(VE) Consórcio temporári

o, baseado

na Internet,

para o fornecime

nto de vários

produtos similares.

a) Célula virtual configurada num layout funcional, para o fabrico de

uma ordem de fabrico de One-of-a-kind products;

b) VE - Consórcio

temporário baseado na

Internet para fornecimento de uma bateria de

produtos diferentes.

a) Célula dedicada em simultâneo à fabricação de artigos misturados similares. b) Physical lines adjusted by product changing of single or similar products (mixed-model).

Células/linhas operadas em lotes reconfigura-das quando o lote varia, sujeita a justes, de balancea- mento, por exemplo

Linha re configurada

para produtos

customiza-dos

similares, a fabricar de

forma misturada.

Sistema reconfigura

do com a mudança de produto ou

projeto. Ex.:Estrutura ou layout

fixo




Configuração Concetual ID C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 Uniformidade do fluxo - - - UF IF UF IF Repetitividade da produção - - - R R NR NR Modo de configuração - V F - - - - Reconfigurabiidade NRc Rc Rc NRc NRc NRc NRc Multiplicidade de produtos U U U M M M M

Caraterísticas

Production

paradigm Mass Non-repetitive Non-repetitive Repetitive Repetitive Non-repetitive Non-repetitive

Organizational

approach Mass Agile Agile Lean Batch Agile Job

Market

predictability Stable Turbulent Unpredictable Predictable Predictable Unpredictable Unpredictable

Volume (per product

ordered)

Large small Medium Medium Medium Medium One-of-a-kind

Product variety None medium small Small Small Medium Large




Configuração Concetual ID C8 C9 C10 C11 C12 C13 C14 C15 Uniformidade do fluxo UF IF UF IF UF IF UF IF Repetitividade da produção R R NR NR R R NR NR

Modo de configuração V V V V F F F F Reconfigurabiida-de Rc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Rc Multiplicidade de produtos M M M M M M M M

Atributes

Production

paradigm Repetitive Repetitive Non-repetitive Non-repetitive Repetitive Repetitive

Non-

repetitive

Non-

repetitive

Organizational approach

Lean Batch Agile Agile Lean Batch Agile Agile

Market predictability

Unpredictable Unpredictable Turbulent Turbulent Unpredictable Unpredictable Turbulent Turbulent

Volume (per product

ordered)

Small Small One-of-a-kind One-of-a-kind Small Small One-of-a-

kind

One-of-a-

kind

Product variety Medium Medium Large Large Medium Medium Large Large

Product customizability

Small Small High High small small High High

Essências de conceção e operação de Sistemas de produção:

Leis Fundamentais de Organização e Operação de Sistemas de Produção


Leis que governam o tempo dos trabalhos em produção e o desempenho dos sistemas

Lei de Little ou do efeito do WIP no tempo em curso.

Lei de Kingman ou dos efeitos da variabilidade no desempenho dos sistemas de produção.

Lei das restrições de fluxo ou do efeitos dos bottlenecks nas taxas de produção.

Lei do controlo de carga ou dos efeito da norma de carga no desempenho do sistemas de produção.

Uma espécie de síntese das três anteriores


Leis Fundamentais de organização e operação de SP



L1 - Lei de Little ou do efeito do WIP no tempo em curso

“O tempo de ciclo, CT, e o trabalho em curso, WIP, determinam o tempo em produção, TT”

TT=WIP*CT

CT

CT= cycle time

Finish

unit j Finish

unit j+1

Time

Lei de Kingman ou dos efeitos da variabilidade no desempenho dos sistemas de produção

Quanto maior é a variabilidade dos tempos de serviço e do intervalo entre chegadas de ordens de fabrico ao sistema maior é o tempo em produção dos artigos.

O efeito cresce exponencialmente com o aumento da utilização

A níveis muito elevados de utilização o efeito da variabilidade na eficiência do sistema é dramático: o tempo em produção aumenta muito.


C

C= cycle time

Finish

unit j Finish

unit j+1

Variabilida

de baixa

Vaiabilidade

elevada

Resource utilization

Tempo em

produção

TT=𝐸(𝑊𝑞)~

1−𝐶𝑎2+𝐶𝑠

2

2

L2 - Lei dos efeitos da variabilidade


Todos os sistemas têm bottlenecks que determinam o output do sistema

A supressão de uns determina o aparecimento de outros

O melhor desempenho obtém-se quando todos os

postos são bottlenecks.


L3 - Lei dos efeitos dos bottlenecks

C

C= cycle time

Finish

unit j Finish

unit j+1

L3 - Lei dos efeitos dos bottlenecks

PT1 PT3 PT2

PT4

PT5

10

Time

(min)

TC=10

min

TT=WIP*TC ( Lei de Little )

9


Lei do Controlo da Carga ou dos efeito da norma de carga no desempenho do sistemas de produção

O sistema deve estar dimensionado para suportar a carga

Todos os centros de trabalho devem ter uma norma de carga mínima dependente da variabilidade

Assegura-se, assim máxima utilização de recursos e mínimo tempo em produção


Lista de pedidos

em carteira Fluxo de materiais

CTn CT2 CT1 CTn-1

Fluxo de informação

Pool: Ordens

de Fabrico

para lançar

Informação de carga


CRITÉRIO

CLASSIFICATIVO

TIPO DE PRODUÇÃO /

SISTEMA DE PRODUÇÃO (SP)

QUANTIDADE (VARIEDADE)

Fabricação Unitária e de Pequenas Séries

Fabricação em Série

Fabricação em Massa

ORIENTAÇÃO ORGANIZACIONAL

Orientado ao Produto (SPOP)

Orientado à Função (SPOF)

ESTRUTURA ORGANIZACIONAL

Fixa (1)

Máquina única Fase única

Máquinas paralelas

Oficina

Fase múltipla Linha geral

Linha pura ou de fluxo direto

FORMA DE SATISFAÇÃO DA PROCURA

ETO –“Engineer” por encomenda

Por Encomenda ATO – Montagem por encomenda

MTO- Produção por encomenda

ATO – Montagem por encomenda Para Stock

MTS – Produção para stock

FORMA DE CUSTOMIZAÇÃO DA PROCURA

Customização Pura (ETO)

Colaborativa Customização à Medida (MTO)

Customização Estandardizada (ATO)

Adaptável

Cosmética

Transparente

TIPO DE PRODUÇÃO Discreta

De processo

CONTINUIDADE DO FLUXO DE PRODUÇÃO

Intermitente ou descontínua

Contínua

Perspetivas de sistemas de produção




Tópicos

Perspetiva e evolução Tecnológica

Perspetiva e evolução Organizacional e operacional

Abordagens organizacionais

Paradigmas de produção

Configurações conceptuais de sistemas de produção

Essências de conceção e operação de Sistemas de produção: Leis Fundamentais de organização e operação de Sistemas de Produção


S. Carmo-Silva


Dia do Departamento de Produção e Sistemas6 fevereiro 2017 UMinho, Guimarães, Portugal

OBRIGADO

PELA VOSSA ATENÇÃO!

perspetivas e evolução dos sistemas de...

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