Aula 6 TecGrupo

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Automação da Produção
(Tecnologia de Grupo)
para Engenharia de Produção e Desenho Industrial
Prof. Artur
Roteiro
Revisão de tipos de arranjo físico
Células de Trabalho e Tecnologia de Grupo
Otimização da formação de células
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo Posicional
O produto não pode ser movimentado durante sua construção ou montagem
Os equipamentos e funcionários se deslocam até o produtos para executarem as tarefas
Aplicação: projetos de grande tamanho tais como embarcações e construções
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo Posicional
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo orientado ao processo
Os equipamentos e funcionários são agrupados em departamentos segundo algum critério (tecnologia, funcionalidade, conveniência, etc)
Cada recurso pode ser utilizado em vários processos
Aplicação: Ambiente de produção de baixo-volume e alta-variedade
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo orientado ao processo
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo orientado ao produto
Cada grupo de equipamentos e funcionários é alinhado segundo a seqüência de produção de um dado produto
Aplicação: produção repetitiva ou contínua com alto-volume e baixa-variedade
Células de trabalho: no caso deste tipo de arranjo, é o espaço dedicado à produção de cada produto, mas pode ser usado para produzir vários produtos ou partes similares
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo orientado ao produto
Tecnologia de Grupo
É uma técnica que consiste em agrupar produtos ou partes em famílias com semelhanças geométricas e/ou com processos de fabricação similares para serem produzidos com os mesmos recursos
A motivação para o agrupamento é reutilizar soluções já desenvolvidas para outras partes similares: configurações de máquina, ferramentas, programas CNC, procedimentos, etc. 
Tecnologia de Grupo
Partes
Agrupamento:
Famílias de partes
Os códigos de identificação das partes da mesma família devem ter prefixos comuns bem delimitados.
Tecnologia de Grupo
Cada grupo de produtos é produzido em uma célula de trabalho com os seguintes padrões layout
Produção em linha
Célula de trabalho
Grupo distribuído
Tecnologia de Grupo
Turning = Torno
Milling = Fresadora
Boring = Plaina
Drilling = Furadeira
Grinding = Retificadora
Produção em linha
Célula de trabalho
Grupo distribuído
Tecnologia de Grupo
Outras vantagens:
Estoque de chão de fábrica reduzido
Delegação de responsabilidade
Cada líder de grupo fica responsável pelo respectivo grupo de produtos e cada indivíduo é avaliado de acordo com o desempenho do seu grupo
Redução do tempo de setup entre partes
Aproveitamento de ferramentas e programas CNC para partes diferentes da mesma família
Tecnologia de Grupo
Desvantagem:
A divisão da produção em grupos delimitados por famílias de partes pode reduzir a utilização das máquinas e aumentar número de máquinas requerido pode ser maior do que no caso do grupo único
Utilização Total = Tempo de Uso / Horas disponíveis (por período)
Tempo de Uso = Somas dos tempos das partes
Tempo de uma parte = Demanda x Tempo por unidade
Tempo por unidade = Tempo de processamento por unidade + Tempo de setup por unidade
Tempo de setup por unidade = Tempo de setup / Tamanho do lote
Tecnologia de Grupo
Utilização Total = Tempo de Uso / Horas disponíveis (por período)
Tempo de Uso = Somas dos tempos das partes
Tempo de uma parte = Demanda x Tempo por unidade
Tempo por unidade = Tempo de processamento por unidade + Tempo de setup por unidade
Tempo de setup por unidade = Tempo de setup / Tamanho do lote
Número de máquinas = Utilização Total arredondada para cima
Utilização Média = Utilização Total / Número de Máquinas
Exemplo...
Tecnologia de Grupo
Utilização Total = Tempo de Uso / Horas disponíveis (por período)
Tempo de Uso = Somas dos tempos das partes
Tempo de uma parte = Demanda x Tempo por unidade
Tempo por unidade = Tempo de processamento por unidade + Tempo de setup por unidade
Tempo de setup por unidade = Tempo de setup / Tamanho do lote
Exemplo 1:
As partes A, B e C têm demandas de 1000, 1200 e 1500 unidades por semana e são processadas em fresadoras em lotes de 100 unidades com tempos de setup de 40 minutos e tempos de processamento de 3, 2 e 1 minuto por unidade, respectivamente. Calcule as utilizações para 40 horas disponíveis por semana.
Tecnologia de Grupo
A divisão da produção em grupos delimitados por famílias de partes pode reduzir a utilização das máquinas e aumentar número de máquinas requerido pode ser maior do que no caso do grupo único
Exemplo 2:
Para a tabela de utilizações abaixo, verifique o número de máquinas de cada tipo necessárias para produzir as partes A, B, C e D sem agrupamento e dividindo em duas famílias de duas partes.
Tipo de máquina
Parte A
Parte B
Parte C
Parte D
Torno
0,7
0,7
0,5
Fresadora
0,7
0,7
0,5
Retificadora
0,7
0,7
0,5
Tecnologia de Grupo
A divisão das operações de uma mesma parte entre os grupos por ajudar a reduzir o número de máquinas mas aumenta o custo de manuseio e transporte de material 
Tecnologia de Grupo
A divisão das operações de uma mesma parte entre os grupos por ajudar a reduzir o número de máquinas mas aumenta o custo de manuseio e transporte de material 
Exemplo:
Verificar o número de máquinas para uma divisão em dois grupos, mas desta vez dividindo as operações da parte B entre os grupos.
Tipo de máquina
Parte A
Parte B
Parte C
Parte D
Torno
0,7
0,7
0,5
Fresadora
0,7
0,7
0,5
Retificadora
0,7
0,7
0,5
Tecnologia de Grupo
Exemplo:
Verificar o número de máquinas para uma divisão em dois grupos, mas desta vez dividindo as operações da parte B entre os grupos.
Assumindo uma demanda de 8000 unidades por semana para a parte B, lotes de 200 unidades e custo de manuseio de R$ 2,00 por lote, calcule o custo total de manuseio da divisão proposta
Tipo de máquina
Parte A
Parte B
Parte C
Parte D
Torno
0,7
0,7
0,5
Fresadora
0,7
0,7
0,5
Retificadora
0,7
0,7
0,5
Tecnologia de Grupo
A definição de grupos pode ser formulada como um problema de otimização multiobjetivo onde deseja-se minimizar
O número de máquinas (custo)
O manuseio de material entre grupos (custo)
O número de grupos (custo)
A complexidade de cada grupo (força a divisão em grupos)
medida como número de famílias e/ou de máquinas usadas
limitaremos o número máximo de máquinas por grupo
Neste curso, apenas calcularemos os indicadores de qualidade de uma solução assumindo que as soluções serão geradas por pacotes de otimização
Otimização de Grupos
Os critérios observados para escolher os grupos são subjetivos
Os elementos essenciais podem ser capturados por um modelo de Programação Inteira (PO I)
Um software que resolve o modelo pode ser usado com ferramenta de apoio à decisão
O gestor precisa observar as soluções geradas e ajustar os parâmetros do modelo e tomar a decisão com base na sua experiência
Usaremos uma formulação baseada no livro texto (Modeling and Analysis of Manufacturing Systems)
Exercício:
Considere as operações da tabela abaixo (tempos em minutos), grupos com no máximo 10 máquinas cada, um período semanal com 40 horas disponíveis, e custos de manuseio de 1; 2; 2,50; 4; 3; 5; 1,10 e 2,40 reais para cada lote das partes A, B, C, D, E, F, G e H, respectivamente. Assuma que o otimizador gerou dois agrupamentos (próximos slides) considerando custos de capital de 200 reais por máquina e de 2000 reais por máquina. Compare o número de máquinas necessárias nas duas soluções dadas. Calcule as utilizações médias e os custos de manuseio de material das máquinas em cada caso.
COM ERRO
Tecnologia de Grupo
COM ERRO
Tecnologia de Grupo
Exercício:
Máquinas a R$ 2.000,00
Máquinas a R$ 200,00
Exercício (opcional, substitui o anterior):
Considere as operações da tabela abaixo (tempos em minutos), grupos com no máximo 8 máquinas cada, um período semanal com 48 horas disponíveis, e custos de manuseio de 1; 2; 2,50; 4; 3; 5; 1,10 e 2,40 reais para cada lote daspartes A, B, C, D, E, F, G e H, respectivamente. Assuma que o otimizador gerou dois agrupamentos (próximos slides) considerando custos de capital de 20 reais por máquina e de 200 reais por máquina. Compare o número de máquinas necessárias nas duas soluções dadas. Calcule as utilizações médias e os custos de manuseio de material das máquinas em cada caso.
Tecnologia de Grupo
Tecnologia de Grupo
Exercício (opcional, substitui o anterior):
Máquinas a R$ 200,00
Máquinas a R$ 20,00
Tecnologia de Grupo
Relembrando os objetivos a serem minimizados:
O número de máquinas (custo)
O manuseio de material entre grupos (custo)
O número de grupos (custo)
A complexidade de cada grupo (força a divisão em grupos)
medida como número de famílias e/ou de máquinas usadas
limitaremos o número máximo de máquinas por grupo
O modelo terá então os seguintes dados de entrada
Otimização de Grupos
Dados de entrada:
I = no de operações, P = no de partes, M = no de tipos de máquina
p(i) = parte cuja produção requer a operação i (operações consecutivas do mesmo produto têm índices consecutivos)
m(i) = máquina que executa a operação i
mu = número máximo de máquinas por grupo
F = custo fixo por grupo criado
ti = tempo da operação i por item (incluindo rateio do setup)
Dp = demanda do produto p
Rm = tempo disponível por máquina do tipo m
cm = custo de capital por máquina do tipo m
Hi = custo de manuseio total de material entre grupos após a operação i
Otimização de Grupos
Dados de entrada:
I = no de operações, P = no de partes, M = no de tipos de máquina
p(i) = produto cuja produção requer a operação i (operações consecutivas do mesmo produto têm índices consecutivos)
m(i) = máquina que executa a operação i
mu = número máximo de máquinas por grupo
F = custo fixo por grupo criado
ti = tempo da operação i por item (incluindo rateio do setup)
Dp = demanda do produto p
Rm = tempo disponível por máquina do tipo m
cm = custo de capital por máquina do tipo m
Hi = custo de manuseio total de material entre grupos após a operação i
Coeficientes que ponderam 3 dos objetivos!
Otimização de Grupos
Dados de entrada:
I = no de operações, P = no de partes, M = no de tipos de máquina
p(i) = produto cuja produção requer a operação i (operações consecutivas do mesmo produto têm índices consecutivos)
m(i) = máquina que executa a operação i
mu = número máximo de máquinas por grupo
F = custo fixo por grupo criado
ti = tempo da operação i por item (incluindo rateio do setup)
Dp = demanda do produto p
Rm = tempo disponível por máquina do tipo m
cm = custo de capital por máquina do tipo m
Hi = custo de manuseio total de material entre grupos após a operação i
Limitante que trata do quarto objetivo!
Otimização de Grupos
Dados de entrada:
I = no de operações, P = no de partes, M = no de tipos de máquina
p(i) = produto cuja produção requer a operação i (operações consecutivas do mesmo produto têm índices consecutivos)
m(i) = máquina que executa a operação i
mu = número máximo de máquinas por grupo
F = custo fixo por grupo criado
ti = tempo da operação i por item (incluindo rateio do setup)
Dp = demanda do produto p
Rm = tempo disponível por máquina do tipo m
cm = custo de capital por máquina do tipo m
Hi = custo de manuseio total de material entre grupos após a operação i
Otimização de Grupos
Modelo de Programação Inteira:
Baseado no modelo do livro texto (Modeling and Analysis of Manufacturing Systems)
O modelo do livro cria uma variável Xig para representar cada operação i atribuída a cada grupo g
Isto cria uma simetria que dificulta a otimização
Ex.: As soluções (grupo 1 = {1, 2}, grupo 2 = {3, 4, 5}) e (grupo 2 = {1, 2}, grupo 1 = {3, 4, 5}) são a mesma mas representadas de forma diferente
O novo modelo força que o número do grupo seja igual ao menor número de operação (líder)
Otimização de Grupos
Dados de entrada:
I = no de operações, P = no de partes, M = no de tipos de máquina
p(i) = produto cuja produção requer a operação i (operações consecutivas do mesmo produto têm índices consecutivos)
m(i) = máquina que executa a operação i
mu = número máximo de máquinas por grupo
F = custo fixo por grupo criado
ti = tempo da operação i por item (incluindo rateio do setup)
Dp = demanda do produto p
Rm = tempo disponível por máquina do tipo m
cm = custo de capital por máquina do tipo m
Hi = custo de manuseio de material entre grupos após a operação i
Variáveis de decisão:
Xij = 1 se a operação i está no grupo (liderado pela operação) j, e 0 se não está.
Ymj = número de máquinas do tipo m no grupo j.
vij = 1 se a operação i está no grupo j, a operação i + 1 (do mesmo produto) não está no grupo j, e 0 caso contrário.