s08 texto sistemas de manufatura

7/21/2019 S08 Texto Sistemas de Manufatura

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Elaborado por: Prof. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1

S08 – Sistemas Flexíveis de Manufatura (SFM)

Sumário

4.1 Conceituação e aplicabilidade de SFM4.1.1 Comentário crítico4.1.2 As vantagens dos SFM4.1.3 Características de volume e variedade do SFMs4.1.3.1 Caso - SFM na Yamazaki Mazak4.2 Máquinas-ferramentas de controle numérico computadorizadas (CNC)4.3 Robô4.3.1 Caso – Robôs assumem alguns trabalhos repetitivos na Ecco Shoes e na Scania Trucks4.4 Veículos guiados automaticamente (automatically guided vehicles – AGVs)

Referências

4.1 Conceituação e aplicabilidade de SFM

Os sistemas flexíveis de manufatura - SFM (FMS -flexible manufacturing

systems ) reúnem várias tecnologias em um sistema único.

Um SFM pode ser conceituado segundo Slack; Chambers; Johnston (2002, p.246), como “uma configuração controlada por computador de estações de trabalhosemi-independentes, conectadas por manuseio de materiais e carregamento demáquinas automatizados”.

Portanto, as partes constituintes de um SFM são: estações de trabalho CNC (computer numerical control ), sejam máquinas--ferramentas ou centros de trabalho mais sofisticados, automatizados, quedesempenham operações mecânicas;

instalações de carga/descarga , frequentemente robôs, que movempeças entre as estações de trabalho;

instalações da transporte/manuseio de materiais , que movem peçaspara/entre estações de trabalho (podem ser AGVs, esteiras, trilhostransportadores ou, se as distâncias são pequenas, robôs); e,

um sistema central de controle por computador , que controla ecoordena as atividades dos sistema.

Para Lorini (1993, p. 60) um SFM pode ser conceituado como umacombinação de equipamentos, sistemas de controle e de comunicação integrados

na manufatura, para um desempenho de alta produtividade, com capacidade derespostas de modo rápido e econômico a mudanças no ambiente operacional.



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Por sua vez, para Davis; Aquilano; Chase (2001, p. 82) um SFM consiste degrupos flexíveis da mesma (módulos1, células flexíveis2) que conectam diferentesáreas, tais como fabricação, usinagem e montagem. Os mesmos autores referemque uma linha flexível de manufatura é uma série de máquinas dedicadas,conectadas por meio de veículos automatizados guiados (AGVs), robôs, esteirastransportadoras ou algum outro tipo de dispositivo automatizado de transferência).

Um SFM é mais do que uma tecnologia. Ele tem tecnologias integradas emum sistema, que tem o potencial para ser melhor do que a soma de suas partes.Portanto, um SFM é uma micro-operação autocontida, que é capaz de manufaturarum componente completo do início ao fim do processamento. Além disso, asflexibilidades de cada uma das tecnologias individuais combinam-se para fazer deum SFM (pelo menos em teoria) uma tecnologia muito versátil. Uma sequência deprodutos, todos diferentes, mas dentro do “pacote” de capacitações do sistema,poderia ser processada em qualquer ordem e, sem demora para troca entre osprodutos. O conceito de “pacotes de capacitações” é importante aqui. Qualquerconjunto de máquinas dentro de um SFM tem limitações no tamanho e forma dosmateriais que pode processar. A implicação disso é que os SFM são melhores

adaptados para aplicações de manufatura onde os projetos das peças sãobasicamente similares e ainda cujos tamanhos de lotes devam ser pequenos (talvezapenas um).

4.1.1 Comentário crítico

A vantagem de flexibilidade dos SFM é normalmente menor do que parece. Éverdade que, quando comparados com qualquer tentativa anterior de processos demanufatura automatizada, os SFM são flexíveis. Os anteriores, assim chamadosautomação “hard ” (rígida/dura), requeriam que as instruções para as máquinas

1 Segundo Davis; Aquilano; Chase (2001, p. 82) módulo flexível de manufatura é umamáquina numericamente controlada (NC), apoiada por um estoque de peças, um trocador deferramentas e um trocador de paletes

2 Para os mesmos autores acima, uma célula flexível de manufatura consiste de diversosmódulos flexíveis de manufatura, organizados conforme as exigências de determinado produto. Já umgrupo flexível de manufatura é uma combinação de módulos e células flexíveis de manufaturalocalizados na mesma área de manufatura e unidos por um sistema de manuseio de material, comoum AGV, por exemplo.



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fossem fixadas a seu hardware . Qualquer mudança requeria que a máquina fossereconfigurada. As novas tecnologias de manufatura, como os SFM, mantêm suasinstruções na forma de software (programas de computador), que podem serfacilmente alterados. Entretanto, este é o ponto principal? Os SFM podem ser maisflexíveis do que qualquer tecnologia de manufatura automatizada anterior, mas elespodem não ser mais flexíveis do que os sistemas de manufatura que substituem. Asoperações de alguma variedade e de volumes relativamente baixos, onde os SFMparecem ser os mais apropriados, teriam anteriormente usados máquinas-ferramentas independentes/autônomas (stand alone ), arranjadas ou em arranjofísico por processo ou celular. Tal sistema de manufatura é extremamente flexível

em termos de variedade de componentes que pode processar, certamente maisflexível do que qualquer SFM. Talvez seja por isso que os SFM são usados paraaplicações onde a faixa de peças a produzir não é particularmente ampla.

4.1.2 As vantagens dos SFM

Uma forma de flexibilidade que os SFM têm é a de flexibilidade de produto, ouseja, a habilidade de introduzir mudanças nos projetos dos produtos. O controleintegrado e a flexibilidade programável dos SFM fazem disso tarefa relativamentesimples. Entretanto, a maioria dos benefícios relatados vem de outros objetivos dedesempenho.

Pesquisa com empresas que adotaram os SFM, relalizada pelo Prof. JohnBessant da Universidade de Brighton, referida por Slack; Chambers; Johnston (2002,p. 247), identifica os seguintes benefícios:

Redução do lead time e do tempo de atravessamento (porta a porta dafábrica) entre 60 e 70%;

Economia de estoque (especialmente de material em processo) e fluxo demateriais mais uniforme ao longo da fábrica, com menos formação de fiolasde materiais esperando usinagem;

Utilização aumentada (nas manufaturas por lotes, o nível de utilização deequipamentos é relativamente baixo, já que muito tempo é gasto espetandoque produtos sejam colocados nas máquinas). A extensão dosmelhoramentos esteve na faixa de 200 a 400%;



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Redução dos tempos de preparação (associada à melhoria dos níveis deutilização). Melhoramentos relatados entre 50 e 90%;

Número de máquinas ou operações reduzido (derivado da integração físicadas operações em menos e mais complexas máquinas); e,

Qualidade aumentada (não inteiramente atribuída àquela tecnologia);melhoramentos estiveram na faixa de 20 a 90%.

Outros benefícios relatados foram: economia de espaço; dependência desubcontratados reduzida; economia no uso de mão de obra especializada; prontidãode resposta aos consumidores aumentada (rapidez e qualidade de serviço); ciclos

de inovação da produção mais rápidos; e, capacidade melhorada de fazerprotótipos.

4.1.3 Características de volume e variedade dos SFMs

As tecnologias descritas aqui diferem em seus níveis de flexibilidade edesempenho econômico e, portanto, cada uma vai ser apropriada para diferentespartes do continuum de volume-variedade. A Figura 4.1 posiciona as tecnologias namatriz volume x variedade.

As posições ilustradas na Figura 4.1 não pretendem ser prescritivas, somenteindicativas de o que é sensato sob as atuais condições de custo e desenvolvimentotecnológico. Além disso, a área ocupada pela tecnologia SFM tem crescido e,provavelmente vai crescer mais, à medida que o SFM realmente tornar-se maisflexível, mantém vantagens de custo de integração e automação.

Figura 4.1 – As características de volume x variedade das tecnologias de manufatura.Fonte: Slack; Chambers; Johnston, 2002, p. 248.



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4.1.3.1 Caso - SFM na Yamazaki Mazak

O fabricante de máquinas-ferramentas japonês Yamazaki possui uma das

mais avançadas operações de fabricação de máquinas-ferramentas em sua unidadeeuropéia (pesquisar em http://www.mazak.eu/jkcm/Default.aspx?pg=25). Seusquatro sistemas SFM permitem a produção noturna sem funcionários, possibilitandoque a empresa maximize seus investimentos. É claro, os produtos Yamazaki sãofabricados por meio de um sistema SFM Yamazaki(http://www.youtube.com/watch?v=07FKFsUEodo). Com vasta variedade de mais desessenta produtos, os volumes individuais eram pequenos. Em virtude disso, aempresa queria uma operação que fosse tão flexível que não importasse a ordemem que os itens fossem processados. A alta utilização das máquinas seria mantida,fazendo trocas rápidas de lotes, que também reduziriam a necessidade de lotesgrandes. A operação produtiva pode fazer até peças individuais, para atender àssuas apertadas programações. Isso possibilita à empresa oferecer tempos deatendimento de pedidos a seus clientes de apenas quatro semanas, em comparaçãocom os tempos dos concorrentes, de oito ou mais semanas para produtos similares.Todos os componentes são carregados em dispositivos montados sobre paletes(estrados) especiais. O operador prepara trabalho suficiente para possibilitar que osistema rode a noite toda sem supervisão humana. No centro do SFM está umcomputador central, que programa e controla a atividade de cada centroautomatizado e dispositivo de manuseio de materiais. O computador pré-determinaas localizações dos paletes e, à medida que os centros de trabalho ficam livres, umdispositivo de pegar e carregar automático (por exemplo, um braço robótico) vaiselecionar a “peça” seguinte de uma fila de espera e vai colocá-la na máquinadisponível para ser trabalhada. Cada máquina é capaz de manusear quase qualquerum dos componentes, assim não se desenvolvem gargalos em qualquer ponto dosistema. As ferramentas sobressalentes para os centros automatizados sãoarmazenadas em banco de ferramentas central na extremidade da área e sãotransportadas para a máquina que delas necessita por dispositivo que as prende emuma linha de movimentação elevada, que corre acima dos centros produtivos. Nofinal de um turno, o operador que entra pode consultar o computador para um

relatório das ferramentas que podem precisar ser substituídas no banco deferramentas. Muitos dos materiais são entregues dos armazéns para a fábrica por



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Veículos Guiados Automaticamente – VGA (Automated Guided Vehicles – AGVs),que pegam os itens sob requisição do sistema de programação central.

Questões a responder:

1. Quais parecem ser os benefícios do investimento da Yamazaki em suafábrica altamente automatizada?

2. Quais são os maiores problemas de produção noturna sem funcionários eo que a Yamazaki fez para evitá-los?

3. Que tipo de flexibilidade o SFM da Yamazaki proporciona?

Figura 4.2 – Sistema Flexível de Manufatura.Fonte: Mazak.

4.2 Máquinas-ferramentas de controle numérico computadorizadas (CNC)

As máquinas de controle numérico computadorizadas (computer numerical

control – CNC) armazenam informações codificadas em um computador acoplado àmáquina. O conjunto de instruções codificadas e os computadores ligados àmáquina tomaram o lugar do operador, que anteriormente controlava-amanualmente. Essa substituição dá mais acurácia (exatidão/precisão) erepetitividade ao processo. Pode também dar mais produtividade, por meio daeliminação de possíveis erros do operador, porque o controle por computador pode

definir padrões ótimos de corte, já que há a substituição de mão de obra habilidosa ecara.



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As máquinas-ferramentas de comando numérico mais recentes fazem poucomais do que as convencionais que elas substituíram. As mais recentes tecnologiasdesenvolveram-se em dois sentidos (o grau de liberdade e os magazines).

Inicialmente, elas aumentaram o grau de liberdade. Máquinas-ferramentasmuito simples, como furadeiras, podem ter somente um grau de liberdade demovimento – para cima e para baixo. Outras, como um torno, que trabalha formascilíndricas, tema dois - para dentro e para fora e, ao longo da peça que está sendoconformada. Os centros automatizados usualmente têm três ou mais (onde a cabeçade corte inclina-se) graus de liberdade, o que lhes permite conformar peças maiscomplexas.

O segundo desenvolvimento foi a habilidade de armazenar magazines comdiferentes ferramentas dentro da máquina. Quando o programa pede uma mudançade ferramenta, a ferramenta antiga é substituída no magazine e a nova é colocadana cabeça de corte. Juntos esses dois desenvolvimentos aumentaram a variedade ea complexidade do que pode ser produzido.

Figura 4.2.1 – Torno CNC.Fonte: http://www.romi.com.br/mf_multiplic.0.html?&L=0.



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Figura 4.2.2 – Centro de usinagem.Fonte: http://www.romi.com.br/mf_romi_ph000.0.html?&L=0.

4.3 Robô

Um robô pode ser conceituado como “um manipulador automático multifunçãoreprogramável, tendo diversos graus de liberdade, capaz de manusear materiais,

peças, ferramentas e dispositivos especializados por meio de movimentosprogramados variáveis, para desempenho de uma variedade de tarefas”.

Um robô frequentemente tem a aparência de um ou braço, terminando em umpulso. Sua unidade de controle de controle usa um elemento de memória e algumasvezes pode usar sensores e dispositivos de adaptação, que levam em conta oambiente e as circunstâncias. Essas máquinas de múltiplos propósitos sãogeralmente projetadas para executar funções repetitivas e podem ser adaptadas a

outras funções sem alternação permanente do equipamento.Em termos de suas aplicações, os robôs podem ser classificados como:

Robôs de manuseio. A peça de trabalho é manuseada pelo robô, porexemplo, para carga e descarga de centros de trabalho;

Robôs de processo. A peça é segurada pelo robô, por exemplo, nos váriostipos de operações de trabalho em metal, ligação de materiais, tratamentosde superfícies, e outras;



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Robôs de montagem. Os robôs são usados para montagem de peças,componentes e produtos completos.

Robôs mais recentes podem também incluir alguma retroalimentaçãosensorial (ainda que limitada), mediante controle de visão e controle de toque.Todavia, apesar de a sofisticação dos movimentos dos robôs estar aumentando,suas habilidades são ainda mais limitadas do que sugerem as imagens popularesdas fábricas robotizadas.

De fato, a maioria dos robôs é, na prática, usado para operações insalubres,perigosas e repetitivas, tais como: soldagem; pintura; esmirilhamento/decapagem;empilhamento de contenedores; embalagem; carregamento e descarregamento demáquinas; e, outras. Nessas tarefas, o atributo dos robôs que está sendo exploradoé a habilidade de desempenhar tarefas repetitivas, monótonas e, algumas vezes,perigosas por longos períodos, sem variações e sem reclamações.

4.3.1 Caso – Robôs assumem alguns trabalhos repetitivos na Ecco Shoes e naScania Trucks

A Ecco Shoes, empresa fabricante dinamarquesa, produz mais de setemilhões de sapatos todos os anos e investiu extensivamente em recursos robóticosem sua operação de manufatura, principalmente para melhorar a consistência daqualidade de seus produtos. Os estágios iniciais de produção ainda sãoprocessados manualmente. A parte macia de couro que formará o sapato é cortadae costurada em fábricas indianas e indonésias antes de serem enviadas por navio àsfábricas mais automatizadas para finalização. Um robô é utilizado para cortar uma

beirada de 5 mm ao redor dessa parte do couro e, é então transferida por umsegundo robô até a máquina de forma de sola, onde o couro é então moldado sobreuma sola flexível. Um terceiro robô é empregado para cortar o material excedente dasola sem estragar a parte superior do sapato. Cada robô é programado para operarde acordo com o tamanho e modelo reconhecido do sapato que está sendoprocessado. Os gerentes de produção da Ecco Shoes acreditam que o ambiente detrabalho é bastante beneficiado com o uso de robôs para as tarefas mais

demandantes fisicamente ou tediosas, como também propicia aumento deprodutividade e qualidade.



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O grupo sueco Scania decidiu construir nova instalação de pintura em suafábrica de eixo em Falun. A decisão de usar robótica na oficina de pintura baseou-seem sua habilidade de atender precisamente às exigências dos consumidores arespeito do tipo de pintura, cor e especificação. Os robôs são fácil e rapidamentealterados e adaptados a novos produtos. Dois operadores podem fazer funcionartodo o sistema da sala de controle, onde telas de computador mostram movimentose a ambientação de cada robô. Inicialmente, os robôs preparam e limpam as peças,depois secam a umidade ao injetar ar comprimido entre as cavidades e reentrânciasexistentes e, finalmente pintam as peças. As peças do eixo nos caminhões Scaniasão moldadas diferentemente, o que significa que as pistolas de jato de tinta do

sistema de pintura precisam ser ajustadas continuamente durante o processo. Háum sistema de controle integrado de computador que coordena todos os ajustes,controlando a quantidade de tinta que é jateada e reduzindo possíveis espirros (parabenefício tanto ambiental como de custo). Essencialmente, a principal característicados robôs é a sua flexibilidade. A Scania acredita que pode adaptar os sistemasconforme necessário para satisfazer às exigências futuras. O uso de robôs tambémmelhorou as condições de trabalho dos empregados e ajudou a reduzir desperdícios

e emissões de solventes.Questões a serem respondidas.

1. Nas fábricas de sapatos Ecco, por que alguns estágios de manufatura sãomanuais e outros, robotizados?

2. Quais são as vantagens em se usar tecnologia de robô para pintar eixosna fábrica da Scania?



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Figura 4.3.1 – Robôs.Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=WlqJ2YpFUlE&feature=related.

Figura 4.3.2 – Robô artista.Fonte: http://www.youtube.com/watch?v=98aDUQDmUjc&feature=related.

4.4 Veículos guiados automaticamente ( automatically guided vehicles –AGVs)

Para todas as atividades em processo de manufatura que agregam valor aoproduto por meio de transferência física, existe usualmente uma que move ouarmazena o material. Apesar de serem frequentemente inevitáveis, essas atividadesnão agregam nenhum valor ao produto. Não é de surpreender, então, que gerentesde produção busquem avidamente automatizá-las. Os veículos guiados



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automaticamente (AGVs) são uma classe de tecnologia que faz isso. AGVs sãoveículo autônomos que movem materiais entre operações que agregam valor (Figura4.4.1). Eles são usualmente guiados por trilhas magnéticas no chão da fábrica oupor rádio frequência e, recebem instruções de um computador central. O uso deAGVs pode ajudar a promover entregas just in time (no momento e na quantidadenecessária), de peças entre as etapas no processo de produção. Também podemser usados como estações de trabalho móveis, por exemplo, motores de caminhõesque podem ser montados sobre AGVs, com os AGVs movendo-se entre as estaçõesde montagem. Os AGVs são, algumas vezes, usados para mover materiais emoperações que não são de manufatura. Armazenagem é um exemplo, mas eles

também são usados em bibliotecas para mover livros, em escritórios para movercorrespondências e, em hospitais e laboratórios para transportar amostras.

Figura 4.4.1 – AGVs.Fonte: http://www.youtube.com/watch?gl=BR&feature=related&hl=pt&v=GtBdvcQIO_A.

REFERÊNCIAS

DAVIS, M. M.; AQUILANO, N. J.; CHASE, R. B.Fundamentos da administraçãoda produção. 3. ed. Porto Alegre : Bookman, 2001. 598 p.LORINI, Flávio J.Tecnologia de grupo e organização da manufatura. Florianópolis: Ed, da UFSC, 1993. 105 p.SLACK, Nigel; CHAMBERS, Stuart; JOHNSTON, Robert.Administração daprodução. 2. ed. São Paulo: Atlas, 2002. 747 p.STEVENSON, William J.Administração das operações de produção. 6. ed. SãoPaulo: LTC, 2001. 722 p.

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