35S08 – Sistemas Flexíveis de Manufatura (SFM) Sumário 4.1 Conceituação e aplicabilidade de SFM 4.1.1 Comentário crítico 4.1.2 As vantagens dos SFM 4.1.3 Características de volume e variedade do SFMs 4.1.3.1 Caso - SFM na Yamazaki Mazak 4.2 Máquinas-ferramentas de controle numérico computadorizadas (CNC) 4.3 Robô 4.3.1 Caso – Robôs assumem alguns trabalhos repetitivos na Ecco Shoes e na Scania Trucks 4.4 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 trabalho semi-independentes, conectadas por manuseio de materiais e carregamento de máquinas 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, que desempenham operações mecânicas; instalações de carga/descarga, frequentemente robôs, que movem peças entre as estações de trabalho; instalações da transporte/manuseio de materiais, que movem peças para/entre estações de trabalho (podem ser AGVs, esteiras, trilhos transportadores ou, se as distâncias são pequenas, robôs); e, um sistema central de controle por computador, que controla e coordena as atividades dos sistema. Para Lorini (1993, p. 60) um SFM pode ser conceituado como uma combinação de equipamentos, sistemas de controle e de comunicação integrados na manufatura, para um desempenho de alta produtividade, com capacidade de respostas de modo rápido e econômico a mudanças no ambiente operacional. Elaborado por: Prof. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 sem demora para troca entre os produtos. poderia ser processada em qualquer ordem e. que tem o potencial para ser melhor do que a soma de suas partes. mas dentro do “pacote” de capacitações do sistema. Já um grupo flexível de manufatura é uma combinação de módulos e células flexíveis de manufatura localizados na mesma área de manufatura e unidos por um sistema de manuseio de material. os SFM são flexíveis.1 Comentário crítico A vantagem de flexibilidade dos SFM é normalmente menor do que parece. Qualquer conjunto de máquinas dentro de um SFM tem limitações no tamanho e forma dos materiais que pode processar. Os mesmos autores referem que uma linha flexível de manufatura é uma série de máquinas dedicadas. Elaborado por: Prof. Uma sequência de produtos. apoiada por um estoque de peças. assim chamados automação “hard” (rígida/dura). 82) um SFM consiste de grupos flexíveis da mesma (módulos1. Aquilano. Ele tem tecnologias integradas em um sistema.1. um trocador de ferramentas e um trocador de paletes 2 Para os mesmos autores acima. usinagem e montagem.36 Por sua vez. um SFM é uma micro-operação autocontida. células flexíveis2) que conectam diferentes áreas. como um AGV. que é capaz de manufaturar um componente completo do início ao fim do processamento. p. Portanto. uma célula flexível de manufatura consiste de diversos módulos flexíveis de manufatura. organizados conforme as exigências de determinado produto. Além disso. por exemplo. tais como fabricação. p. Chase (2001. O conceito de “pacotes de capacitações” é importante aqui. Um SFM é mais do que uma tecnologia. É verdade que. para Davis. 4. A implicação disso é que os SFM são melhores adaptados para aplicações de manufatura onde os projetos das peças são basicamente similares e ainda cujos tamanhos de lotes devam ser pequenos (talvez apenas um). conectadas por meio de veículos automatizados guiados (AGVs). requeriam que as instruções para as máquinas 1 Segundo Davis. as flexibilidades de cada uma das tecnologias individuais combinam-se para fazer de um SFM (pelo menos em teoria) uma tecnologia muito versátil. robôs. Aquilano. Chase (2001. esteiras transportadoras ou algum outro tipo de dispositivo automatizado de transferência). Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . quando comparados com qualquer tentativa anterior de processos de manufatura automatizada. 82) módulo flexível de manufatura é uma máquina numericamente controlada (NC). Os anteriores. todos diferentes. como os SFM. As operações de alguma variedade e de volumes relativamente baixos. a habilidade de introduzir mudanças nos projetos dos produtos. As novas tecnologias de manufatura. a maioria dos benefícios relatados vem de outros objetivos de desempenho. mas eles podem não ser mais flexíveis do que os sistemas de manufatura que substituem. Tal sistema de manufatura é extremamente flexível em termos de variedade de componentes que pode processar.1. relalizada pelo Prof. certamente mais flexível do que qualquer SFM. Elaborado por: Prof. Pesquisa com empresas que adotaram os SFM. o nível de utilização de equipamentos é relativamente baixo. arranjadas ou em arranjo físico por processo ou celular. Johnston (2002. com menos formação de fiolas de materiais esperando usinagem. que podem ser facilmente alterados. John Bessant da Universidade de Brighton. identifica os seguintes benefícios: Redução do lead time e do tempo de atravessamento (porta a porta da fábrica) entre 60 e 70%. teriam anteriormente usados máquinasferramentas independentes/autônomas (stand alone). 247). 4. Economia de estoque (especialmente de material em processo) e fluxo de materiais mais uniforme ao longo da fábrica.37 fossem fixadas a seu hardware. Entretanto. p. ou seja. este é o ponto principal? Os SFM podem ser mais flexíveis do que qualquer tecnologia de manufatura automatizada anterior. onde os SFM parecem ser os mais apropriados. já que muito tempo é gasto espetando que produtos sejam colocados nas máquinas). Talvez seja por isso que os SFM são usados para aplicações onde a faixa de peças a produzir não é particularmente ampla. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 A extensão dos . referida por Slack. Entretanto. melhoramentos esteve na faixa de 200 a 400%. O controle integrado e a flexibilidade programável dos SFM fazem disso tarefa relativamente simples. Chambers. Utilização aumentada (nas manufaturas por lotes.2 As vantagens dos SFM Uma forma de flexibilidade que os SFM têm é a de flexibilidade de produto. mantêm suas instruções na forma de software (programas de computador). Qualquer mudança requeria que a máquina fosse reconfigurada. mantém vantagens de custo de integração e automação. melhoramentos estiveram na faixa de 20 a 90%. a área ocupada pela tecnologia SFM tem crescido e.1 não pretendem ser prescritivas. prontidão de resposta aos consumidores aumentada (rapidez e qualidade de serviço). provavelmente vai crescer mais. cada uma vai ser apropriada para diferentes partes do continuum de volume-variedade. dependência de subcontratados reduzida.38 Redução dos tempos de preparação (associada à melhoria dos níveis de utilização). Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . somente indicativas de o que é sensato sob as atuais condições de custo e desenvolvimento tecnológico. Figura 4. Número de máquinas ou operações reduzido (derivado da integração física das operações em menos e mais complexas máquinas). 248. Qualidade aumentada (não inteiramente atribuída àquela tecnologia).1 posiciona as tecnologias na matriz volume x variedade. Fonte: Slack. à medida que o SFM realmente tornar-se mais flexível. economia no uso de mão de obra especializada. 2002. capacidade melhorada de fazer protótipos. Além disso. Outros benefícios relatados foram: economia de espaço.3 Características de volume e variedade dos SFMs As tecnologias descritas aqui diferem em seus níveis de flexibilidade e desempenho econômico e. Melhoramentos relatados entre 50 e 90%. ciclos de inovação da produção mais rápidos.1 – As características de volume x variedade das tecnologias de manufatura. portanto. Chambers. As posições ilustradas na Figura 4. p. Johnston. A Figura 4.1. Elaborado por: Prof. 4. e. e. Com vasta variedade de mais de sessenta produtos. É claro. possibilitando que a empresa maximize seus investimentos. Cada máquina é capaz de manusear quase qualquer um dos componentes. Seus quatro sistemas SFM permitem a produção noturna sem funcionários. em comparação com os tempos dos concorrentes.SFM na Yamazaki Mazak O fabricante de máquinas-ferramentas japonês Yamazaki possui uma das mais avançadas operações de fabricação de máquinas-ferramentas em sua unidade européia (pesquisar em http://www. O operador prepara trabalho suficiente para possibilitar que o sistema rode a noite toda sem supervisão humana. para atender às suas apertadas programações.1 Caso . um dispositivo de pegar e carregar automático (por exemplo. Muitos dos materiais são entregues dos armazéns para a fábrica por Elaborado por: Prof.39 4. fazendo trocas rápidas de lotes. que programa e controla a atividade de cada centro automatizado e dispositivo de manuseio de materiais. A alta utilização das máquinas seria mantida. o operador que entra pode consultar o computador para um relatório das ferramentas que podem precisar ser substituídas no banco de ferramentas. No centro do SFM está um computador central. os volumes individuais eram pequenos. Em virtude disso. à medida que os centros de trabalho ficam livres.eu/jkcm/Default.com/watch?v=07FKFsUEodo). um braço robótico) vai selecionar a “peça” seguinte de uma fila de espera e vai colocá-la na máquina disponível para ser trabalhada. os produtos Yamazaki são fabricados por meio de um sistema SFM Yamazaki (http://www. de oito ou mais semanas para produtos similares.aspx?pg=25). As ferramentas sobressalentes para os centros automatizados são armazenadas em banco de ferramentas central na extremidade da área e são transportadas para a máquina que delas necessita por dispositivo que as prende em uma linha de movimentação elevada. Isso possibilita à empresa oferecer tempos de atendimento de pedidos a seus clientes de apenas quatro semanas.1.mazak.youtube. O computador pré-determina as localizações dos paletes e. Todos os componentes são carregados em dispositivos montados sobre paletes (estrados) especiais. que também reduziriam a necessidade de lotes grandes. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 .3. a empresa queria uma operação que fosse tão flexível que não importasse a ordem em que os itens fossem processados. assim não se desenvolvem gargalos em qualquer ponto do sistema. que corre acima dos centros produtivos. No final de um turno. A operação produtiva pode fazer até peças individuais. Essa o lugar do substituição operador.40 Veículos Guiados Automaticamente – VGA (Automated Guided Vehicles – AGVs). Quais parecem ser os benefícios do investimento da Yamazaki em sua fábrica altamente automatizada? 2. Pode também dar mais produtividade. dá mais que anteriormente acurácia controlava-a (exatidão/precisão) e repetitividade ao processo. que pegam os itens sob requisição do sistema de programação central. por meio da eliminação de possíveis erros do operador.2 – Sistema Flexível de Manufatura. 4. Questões a responder: 1. O conjunto de instruções codificadas e os computadores ligados à máquina tomaram manualmente. Elaborado por: Prof.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 à máquina. Fonte: Mazak. porque o controle por computador pode definir padrões ótimos de corte. já que há a substituição de mão de obra habilidosa e cara. Quais são os maiores problemas de produção noturna sem funcionários e o que a Yamazaki fez para evitá-los? 3. Que tipo de flexibilidade o SFM da Yamazaki proporciona? Figura 4. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . elas aumentaram o grau de liberdade.41 As máquinas-ferramentas de comando numérico mais recentes fazem pouco mais do que as convencionais que elas substituíram. Outras. Os centros automatizados usualmente têm três ou mais (onde a cabeça de corte inclina-se) graus de liberdade. que trabalha formas cilíndricas. ao longo da peça que está sendo conformada. Figura 4. Quando o programa pede uma mudança de ferramenta. o que lhes permite conformar peças mais complexas.1 – Torno CNC. Juntos esses dois desenvolvimentos aumentaram a variedade e a complexidade do que pode ser produzido. como um torno.0. como furadeiras.com.para dentro e para fora e.2. a ferramenta antiga é substituída no magazine e a nova é colocada na cabeça de corte. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . Elaborado por: Prof.romi. As mais recentes tecnologias desenvolveram-se em dois sentidos (o grau de liberdade e os magazines). Fonte: http://www. Máquinas-ferramentas muito simples. tema dois . Inicialmente.html?&L=0. podem ter somente um grau de liberdade de movimento – para cima e para baixo. O segundo desenvolvimento foi a habilidade de armazenar magazines com diferentes ferramentas dentro da máquina.br/mf_multiplic. html?&L=0. A peça é segurada pelo robô. por exemplo. Em termos de suas aplicações.2 – Centro de usinagem.com.0. Fonte: http://www. ligação de materiais. por exemplo. peças. nos vários tipos de operações de trabalho em metal. os robôs podem ser classificados como: Robôs de manuseio. para desempenho de uma variedade de tarefas”. 4.3 Robô Um robô pode ser conceituado como “um manipulador automático multifunção reprogramável. para carga e descarga de centros de trabalho. Robôs de processo. A peça de trabalho é manuseada pelo robô.42 Figura 4. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . que levam em conta o ambiente e as circunstâncias. ferramentas e dispositivos especializados por meio de movimentos programados variáveis. Essas máquinas de múltiplos propósitos são geralmente projetadas para executar funções repetitivas e podem ser adaptadas a outras funções sem alternação permanente do equipamento.2. e outras.br/mf_romi_ph000. Um robô frequentemente tem a aparência de um ou braço. Sua unidade de controle de controle usa um elemento de memória e algumas vezes pode usar sensores e dispositivos de adaptação. tratamentos de superfícies.romi. capaz de manusear materiais. terminando em um pulso. Elaborado por: Prof. tendo diversos graus de liberdade. onde o couro é então moldado sobre uma sola flexível. apesar de a sofisticação dos movimentos dos robôs estar aumentando. principalmente para melhorar a consistência da qualidade de seus produtos. perigosas e repetitivas. Nessas tarefas. algumas vezes. empilhamento de contenedores. carregamento e descarregamento de máquinas. componentes e produtos completos. embalagem. De fato. A parte macia de couro que formará o sapato é cortada e costurada em fábricas indianas e indonésias antes de serem enviadas por navio às fábricas mais automatizadas para finalização. Todavia. e.43 Robôs de montagem.1 Caso – Robôs assumem alguns trabalhos repetitivos na Ecco Shoes e na Scania Trucks A Ecco Shoes.3. empresa fabricante dinamarquesa. mediante controle de visão e controle de toque. Um terceiro robô é empregado para cortar o material excedente da sola sem estragar a parte superior do sapato. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . o atributo dos robôs que está sendo explorado é a habilidade de desempenhar tarefas repetitivas. como também propicia aumento de produtividade e qualidade. 4. Elaborado por: Prof. é então transferida por um segundo robô até a máquina de forma de sola. na prática. pintura. usado para operações insalubres. tais como: soldagem. sem variações e sem reclamações. monótonas e. Cada robô é programado para operar de acordo com o tamanho e modelo reconhecido do sapato que está sendo processado. Robôs mais recentes podem também incluir alguma retroalimentação sensorial (ainda que limitada). Os estágios iniciais de produção ainda são processados manualmente. Os robôs são usados para montagem de peças. a maioria dos robôs é. Os gerentes de produção da Ecco Shoes acreditam que o ambiente de trabalho é bastante beneficiado com o uso de robôs para as tarefas mais demandantes fisicamente ou tediosas. Um robô é utilizado para cortar uma beirada de 5 mm ao redor dessa parte do couro e. perigosas por longos períodos. produz mais de sete milhões de sapatos todos os anos e investiu extensivamente em recursos robóticos em sua operação de manufatura. outras. esmirilhamento/decapagem. suas habilidades são ainda mais limitadas do que sugerem as imagens populares das fábricas robotizadas. finalmente pintam as peças. Há um sistema de controle integrado de computador que coordena todos os ajustes. a principal característica dos robôs é a sua flexibilidade. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . A Scania acredita que pode adaptar os sistemas conforme necessário para satisfazer às exigências futuras. os robôs preparam e limpam as peças. Dois operadores podem fazer funcionar todo o sistema da sala de controle. robotizados? 2. cor e especificação.44 O grupo sueco Scania decidiu construir nova instalação de pintura em sua fábrica de eixo em Falun. Questões a serem respondidas. Inicialmente. Os robôs são fácil e rapidamente alterados e adaptados a novos produtos. Nas fábricas de sapatos Ecco. depois secam a umidade ao injetar ar comprimido entre as cavidades e reentrâncias existentes e. O uso de robôs também melhorou as condições de trabalho dos empregados e ajudou a reduzir desperdícios e emissões de solventes. 1. As peças do eixo nos caminhões Scania são moldadas diferentemente. por que alguns estágios de manufatura são manuais e outros. onde telas de computador mostram movimentos e a ambientação de cada robô. A decisão de usar robótica na oficina de pintura baseou-se em sua habilidade de atender precisamente às exigências dos consumidores a respeito do tipo de pintura. o que significa que as pistolas de jato de tinta do sistema de pintura precisam ser ajustadas continuamente durante o processo. Quais são as vantagens em se usar tecnologia de robô para pintar eixos na fábrica da Scania? Elaborado por: Prof. Essencialmente. controlando a quantidade de tinta que é jateada e reduzindo possíveis espirros (para benefício tanto ambiental como de custo). que gerentes de produção busquem Elaborado por: Prof.com/watch?v=98aDUQDmUjc&feature=related.youtube. então.4 Veículos guiados automaticamente (automatically guided vehicles – AGVs) Para todas as atividades em processo de manufatura que agregam valor ao produto por meio de transferência física.3. Fonte: http://www. Data: 12/05/2015 Os Revisão: R1 veículos guiados . Figura 4.com/watch?v=WlqJ2YpFUlE&feature=related.45 Figura 4. Gilberto Wolff avidamente automatizá-las. Não é de surpreender. essas atividades não agregam nenhum valor ao produto.3.1 – Robôs. Apesar de serem frequentemente inevitáveis.youtube. Fonte: http://www. 4.2 – Robô artista. existe usualmente uma que move ou armazena o material. Gilberto Wolff Data: 12/05/2015 Revisão: R1 . B. Armazenagem é um exemplo. Fonte: http://www. por exemplo. 747 p. São Paulo: Atlas. Elaborado por: Prof. Stuart. William J.1). Porto Alegre : Bookman. Flávio J. usados para mover materiais em operações que não são de manufatura. Tecnologia de grupo e organização da manufatura.4.. AGVs são veículo autônomos que movem materiais entre operações que agregam valor (Figura 4. ed. J. SLACK. da UFSC. Os AGVs são. STEVENSON. AQUILANO. 2002. em escritórios para mover correspondências e. CHASE.1 – AGVs. JOHNSTON. 598 p. em hospitais e laboratórios para transportar amostras. REFERÊNCIAS DAVIS. Administração das operações de produção. 2. M. 722 p. Nigel.com/watch?gl=BR&feature=related&hl=pt&v=GtBdvcQIO_A. 105 p.46 automaticamente (AGVs) são uma classe de tecnologia que faz isso. 6.4. São Paulo: LTC. N. ed.youtube. 1993. 2001. Administração da produção. CHAMBERS. Figura 4. Florianópolis: Ed. ed.. Também podem ser usados como estações de trabalho móveis. motores de caminhões que podem ser montados sobre AGVs. Fundamentos da administração da produção. algumas vezes. LORINI. Robert. O uso de AGVs pode ajudar a promover entregas just in time (no momento e na quantidade necessária). M. com os AGVs movendo-se entre as estações de montagem. R. mas eles também são usados em bibliotecas para mover livros. Eles são usualmente guiados por trilhas magnéticas no chão da fábrica ou por rádio frequência e. recebem instruções de um computador central. de peças entre as etapas no processo de produção. 3. 2001.