Marcos Rogerio Petrilli´ INTEGRAC¸ AO DA TECNOLOGIA DE … · 2017-03-31 · LISTA DE SIGLAS %B - Percent Process ... Manufacturing Execution System (Sistema de Execuc¸ao de Manufatura);

FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI CIMATEC

PROGRAMA DE POS-GRADUACAO EM GESTAO E TECNOLOGIA INDUSTRIAL

CURSO DE GESTAO E TECNOLOGIA INDUSTRIAL

Marcos Rogerio Petrilli

INTEGRACAO DA TECNOLOGIA DE IDENTIFICACAO

RFID EM UM SISTEMA DE MANUFATURA FLEXIVEL

COM O AUXILIO DE SIMULACAO DISCRETA:

APLICACAO EM UMA INDUSTRIA AUTOMOTIVA

Salvador

2011


INTEGRACAO DA TECNOLOGIA DE IDENTIFICACAORFID EM UM SISTEMA DE MANUFATURA FLEXIVEL

COM O AUXILIO DE SIMULACAO DISCRETA:APLICACAO EM UMA INDUSTRIA AUTOMOTIVA

Trabalho apresentado para exame de qualificacao como re-quisito parcial para a obtencao do tıtulo de Mestre emGestao e Tecnologia Industrial, Faculdade de TecnologiaSENAI CIMATEC.

Orientador: Prof. Dr. Xisto Lucas Travassos Jr.

Salvador

2011


INTEGRACAO DA TECNOLOGIA DE IDENTIFICACAO RFID EMUM SISTEMA DE MANUFATURA FLEXIVEL COM O AUXILIO DE

SIMULACAO DISCRETA: APLICACAO EM UMA INDUSTRIAAUTOMOTIVA

Este Trabalho de Graduacao foi julgado adequado para a obtencao do grau de Mestre eaprovado em sua forma final pela Comissao Examinadora e pelo Colegiado do Curso de Pos-Graduacao em Gestao e Tecnologia Industrial da Faculdade SENAI CIMATEC.

Aprovado em de de .

Prof. Dr. Xisto Lucas Travassos JuniorCoordenador do Colegiado do

Curso de Mestrado em Gestao e Tecnologia Industrial

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Xisto Lucas Travassos JuniorSENAI - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia

Profa. Dra. Emilia VillaniInstituto Tecnologico de Aeronautica

Prof. Dr. Robson da Silva MagalhaesSENAI - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia

Prof. Dr. Francisco Uchoa PassosSENAI - Centro Integrado de Manufatura e Tecnologia

Aos meus pais, Milton e Lucila, que sempre acreditaram em mim.

A minha esposa Celia e minhas filhas Jessica e Bianca pela compreensao aos momentos de

ausencia familiar para concretizacao deste trabalho.

AGRADECIMENTOS

Agradeco ao meu orientador Xisto Lucas Travassos Junior pelas orientacoes, pelo profis-

sionalismo, conselhos e disponibilidade em buscar recursos para a concretizacao deste trabalho.

Ao professor Francisco Uchoa e demais professores que direta ou indiretamente contribuıram

para este trabalho.

Aos colegas de aula, de trabalho e a minha supervisao pelo incentivo e reconhecimento do

esforco empregado.

Salvador, 7 de Fevereiro de 2011


RESUMO

A globalizacao esta aumentando o nıvel de competitividade entre empresas de um mesmosetor e exigindo que estas adotem sistemas de manufatura mais eficientes. Os custos de producao,qualidade e principalmente a flexibilidade do sistema em respostas as mudancas de mercadosao os fatores que requerem maior controle. O gerenciamento do sistema de manufatura pormeio do monitoramento de seus processos produtivos e fundamental para este controle e para aidentificacao de pontos a serem melhorados neste sistema. Em particular, para o caso de linhasde producao longas e complexas, o gerenciamento e o controle do sistema flexıvel de manu-fatura dependem diretamente da identificacao de seus produtos, desde sua entrada na linha deproducao ate a finalizacao do produto. Este e o caso, por exemplo, da industria automobilıstica.Com objetivo de melhorar sua produtividade, empresas tem considerado como possıvel opcaopara identificacao dos produtos a tecnologia RFID (Radio Frequency Identification), uma tec-nologia de identificacao por radiofrequencia. Neste contexto, a proposta desta dissertacao ea sistematizacao de uma abordagem baseada em simulacao dirigida a eventos discretos paraauxılio a tomada de decisao na incorporacao da tecnologia de identificacao RFID em um sis-tema flexıvel de manufatura. Um estudo de caso de uma industria automobilıstica e apresen-tado para ilustrar a aplicacao da abordagem proposta. Por meio de simulacao, busca-se estimaro ganho em produtividade resultante da incorporacao da tecnologia RFID quando comparadacom o sistema de identificacao atualmente implantado.

Palavras-chave: RFID; Sistemas de Manufatura Flexıvel; Modelagem; Simulacao de Even-tos Discretos.

ABSTRACT

Globalization is increasing the level of competition between companies within the samesector and requiring them to adopt more efficient manufacturing systems. Production costs,quality and especially the system’s flexibility in responding to market changes are the factorsthat require greater control. The management of a manufacturing system by monitoring theirproduction processes is the key to control and to identify points to be improved in this system.In particular, in case of long and complex production lines management and control of flexiblemanufacturing system directly depend on the identification of their products, since its entry intothe production system until the end of process. The automotive industry is an example of thiskind of product process. Aiming to improve their productivity, companies have considered apossible option for product identification technology called RFID (Radio Frequency Identifi-cation). In this context, the purpose of this dissertation is to systematize an approach basedon discrete events simulation to aid decision making in incorporating RFID in a flexible man-ufacturing system. The methodology implemented in this work is applied for the automotiveindustry. It is estimated through simulation the gain in productivity resulting from the incorpo-ration of RFID when compared with identification system currently deployed.

Keywords: RFID; Flexible Manufacturing Systems, Modeling, Discrete Event Simulation.

LISTA DE SIGLAS

%B - Percent Process Blocked (Percentual do Processo Bloqueado);

%D - Percent Process Delay (Percentual do Processo Atrasado);

%S - Percent Process Starved (Percentual do Processo com Falta de Pecas);

2D - Bidimensional;

AD - Anderson Darling (Teste de aderencia);

AM - Amplitude Modulation (Modulacao em Amplitude);

ANSI - American National Standard Institute;

AOT - Actual Operating Time (Tempo Real de Operacao);

ASK - Amplitude Shift Keying (Modulacao por Chaveamento de Amplitude);

CARIN - Car Identification Number (Numero de Identificacao do Carro);

CCD - Charge Coupled Device (Dispositivo de Carga Acoplada);

CL - Constrain Level (Nıvel de Restricao);

CLP - Controlador Logico Programavel;

CT - Cycle Time (Tempo de Ciclo);

DMAIC - Definir, Medir, Analisar, Melhorar e Controlar;

DPMO - Defeitos Por Milhoes de Operacoes;

EAN - European Article Number;

EAN.UCC - European Article Number Uniforme Code Council;

EPC Global - Global Electronic Product Code;

EPC Network - Redes de dados para EPC;

ERP - Enterprise Resource Planning;

FDX - Full Duplex;

FSK - Frequency Shift Keying (Modulacao por Chaveamento de Frequencia);

GE - General Electric;

GR - Gross Rate (Taxa de producao projetada);

GS1 - Global Standard 1;

GTIN - Global Trade Item Number;

HDX - Half Duplex;

HF - High Frequency;

ID - Identificador;

IFF - Identification Friend or Foe;

ILVS - In Line Vehicle Sequencing;

JPW - Jobs Per Week;

LF - Low Frequency;

LPC - Linked Process Capability;

MAIC - Medir, Analisar, Melhorar e Controlar;

MES - Manufacturing Execution System (Sistema de Execucao de Manufatura);

MIT - Massachusetts Institute of Technology;

MPM - Metrica de Performance de Manufatura;

MTBF - Mean Time Between Failure (Tempo Medio Entre Falhas);

MTTR - Mean Time To Repair (Tempo Medio Para Reparo);

NPS - Number of Production Stoppage (Numero de Paradas de Producao);

OPE - Overall Process Effectiveness (Eficacia Total do Processo);

PDCA - Planejar, Executar, Verificar e Agir;

PE - Performance Efficiency (Desempenho de Eficiencia);

PQCE - Produtividade, Qualidade, Confianca e Eficiencia;

PSK - Phase Shift Keying (Modulacao por Chaveamento de Fase);

PVC - Polyvinyl Chloride;

QR - Quality Rate (Taxa de Qualidade);

RCA - Radio Corporation of America;

RF - Radiofrequencia;

RFID - Radio Frequency Identification (Identificacao por Radiofrequencia);

RR - Rejection Rate (Taxa de Rejeicao);

RS232 - Rede serial;

RS422 - Rede serial ponto a ponto;

RS485 - Rede serial enderecavel;

SAA - Standalone Availability (Disponibilidade Autonoma);

SAC - Standalone Capability (Capacidade Autonoma do Processo);

SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition;

SEQ - Sequencial;

SMF - Sistema de Manufatura Flexıvel;

TSF - Telegrafia Sem Fio;

UHF - Ultra High Frequency;

UPC - Universal Product Code (Codigo Universal de Produto);

WWW - World Wide Web;

LISTA DE FIGURAS

1.1 Evolucao da Industria [1]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 14

1.2 Codigo de barras linear. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 15

1.3 Configuracao basica de um sistema RFID [2]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 16

2.1 Estrutura EAN-13 de codigo de barras [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 21

2.2 Codigo de barras EAN de 13 dıgitos [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 21

2.3 Arquitetura generica de um sistema RFID [4]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 25

2.4 Caracterısticas fısicas das etiquetas RFID [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 26

2.5 Acoplamento remoto por inducao magnetica [6]. . . . . . . . . . . . . . . . p. 28

2.6 Modo de comunicacao do sistema RFID [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 28

2.7 Princıpio de funcionamento da tecnologia RFID [3]. . . . . . . . . . . . . . . p. 29

2.8 Modo de comunicacao FDX, HDX e SEQ [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 30

2.9 Frequencias UHF regulamentas por regiao do globo terrestre [3]. . . . . . . . p. 32

2.10 Padronizacao das interfaces aereas de comunicacao das etiquetas RFID [3]. . p. 33

3.1 Exemplo de estrutura organizacional MES, ERP e SCADA. . . . . . . . . . . p. 39

3.2 Produto rastreado desde sua producao [7]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 41

3.3 Integracao da tecnologia RFID com Sistema MES [8]. . . . . . . . . . . . . p. 42

3.4 Arquitetura de controle centralizado. [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 44

3.5 Arquitetura de controle descentralizado [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 45

3.6 Etiqueta instalada no dispositivo de transporte [9]. . . . . . . . . . . . . . . . p. 46

3.7 Mapa conceitual do fluxo do processo [10]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 49

3.8 Diagrama de Ishikawa ou espinha de peixe [5]. . . . . . . . . . . . . . . . . p. 49

3.9 Exemplo de Grafico de Pareto. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 50

3.10 Metodologia para determinar o PQCE [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 55

3.11 Metodologia de simulacao [12]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 55

4.1 Fluxo do Processo de Pintura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 61

4.2 Exemplo de coleta de dados de paradas pelo sistema SCADA. . . . . . . . . p. 63

4.3 Grafico Boxplot para identificacao de outliers. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 63

4.4 Diagrama de Ishikawa para identificacao da causa raiz. . . . . . . . . . . . . p. 66

4.5 Diagrama de Pareto leitura RFID [13]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 67

4.6 Teste “goodness-of-fit”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 70

4.7 Modelo conceitual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 71

4.8 Modelo de Simulacao do estudo de caso. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72

4.9 Modelo de simulacao da condicao atual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 73

4.10 Modelo de simulacao da condicao futura. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 74

A.1 Outros codigos populares e suas areas de aplicacao [3]. . . . . . . . . . . . . p. 79

A.2 Codigos Bidimensionais [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 80

B.1 Padrao EPCglobal para identificacao RFID. . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 83

D.1 Grafico Boxplot para determinacao dos outliers [12]. . . . . . . . . . . . . . p. 86

E.1 Curva de distribuicao equivalente [12]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 88

LISTA DE TABELAS

2.1 Caracterısticas e aplicacoes das frequencias mais conhecidas [14]. . . . . . . p. 31

3.1 Medida de capacidade sigma [15]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 52

4.1 Tempo de intervalo entre falhas (MTBF). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 63

4.2 Tempo de intervalo entre falhas (MTBF) sem outliers. . . . . . . . . . . . . . p. 64

4.3 Medidas de desempenho do SMF [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 64

4.4 Produtividade atual pelo metodo analıtico [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 65

4.5 Tipo de falhas [3]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 67

4.6 Produtividade estimada com RFID pelo metodo analıtico [3]. . . . . . . . . . p. 68

4.7 Dados de MTBF do Leitor RFID [16]. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 68

4.8 Teste de aderencia “goodness-of-fit”. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 70

4.9 MPM modelo computacional da situacao atual. . . . . . . . . . . . . . . . . p. 72

4.10 Resultado da simulacao na condicao atual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 73

4.11 MPM modelo computacional da situacao atual. . . . . . . . . . . . . . . . . p. 74

4.12 Resultado da simulacao na condicao atual. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75

C.1 Medidas e MPMs para criterios PQCE no nıvel de processo [11]. . . . . . . . p. 84

C.2 Formulas para os MPMs nıvel de Processo [11]. . . . . . . . . . . . . . . . . p. 85

SUMARIO

1 INTRODUCAO p. 14

1.1 Definicoes do Problema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 16

1.2 Objetivos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 17

1.3 Importancia da pesquisa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 18

1.4 Motivacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 18

1.5 Organizacao do Texto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 19

2 FUNDAMENTACAO TEORICA p. 20

2.1 Tecnologia de Identificacao de Produtos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 20

2.1.1 Identificacao do produto por meio de codigo de barras . . . . . . . . p. 20

2.1.2 Desvantagens na identificacao por meio de codigo de barras . . . . . p. 22

2.2 Identificacao do Produto por Meio da Tecnologia RFID . . . . . . . . . . . . p. 22

2.2.1 Historia da Tecnologia RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 22

2.2.2 Arquitetura de um sistema RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 24

2.2.3 Etiquetas RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 26

2.2.3.1 Fonte de energia . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 27

2.2.3.2 Modo de Acoplamento . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 27

2.2.3.3 Modo de comunicacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 29

2.2.3.4 Frequencia de Operacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 30

2.2.4 Leitor RFID . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 32

2.3 Consideracoes Finais do Capıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 33

3 SISTEMAS DE MANUFATURA p. 35

3.1 Introducao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 35

3.1.1 Manufatura flexıvel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36

3.1.2 Manufatura enxuta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 36

3.1.3 Manufatura agil . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 37

3.2 Sistema de informacao no ambiente de Manufatura . . . . . . . . . . . . . . p. 37

3.2.1 Sistema de Execucao de Manufatura (MES) . . . . . . . . . . . . . . p. 38

3.3 Aplicacoes das Tecnologias de Identificacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 39

3.3.1 Codigo de barras e codigo bidimensional . . . . . . . . . . . . . . . p. 39

3.3.2 Aplicacao da tecnologia RFID na cadeia de distribuicao . . . . . . . p. 40

3.3.3 Aplicacao da tecnologia RFID em sistemas de manufatura . . . . . . p. 41

3.3.4 Integracao entre RFID, Sistemas de informacao e Manufatura . . . . p. 41

3.4 Melhoria de desempenho . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 47

3.4.1 Metricas de desempenho de processos de manufatura . . . . . . . . . p. 47

3.4.2 Ferramentas da Qualidade . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 48

3.4.3 Metodologia DMAIC . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 50

3.4.4 Medida de capacidade DPMO . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 51

3.4.5 Medida de capacidade sigma (σ ) de um processo . . . . . . . . . . . p. 51

3.5 Modelagem e Simulacao de Eventos Discretos . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 51

3.5.1 Metodologia de Simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 54

3.5.2 Coleta dos dados de entrada . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 56

3.5.2.1 Coleta e tratamento dos dados . . . . . . . . . . . . . . . . p. 56

3.5.2.2 Inferencia e Testes de aderencia . . . . . . . . . . . . . . . p. 57

3.5.3 Modelo de simulacao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 58

4 ESTUDO DE CASO p. 60

4.1 Identificacao da oportunidade de melhoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 62

4.1.1 Capacidade sigma do processo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 65

4.2 Analise da oportunidade de melhoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 65

4.2.1 Proposta de melhoria . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 68

4.2.2 Simulacao discreta . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 69

4.2.3 Tratamento dos dados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 69

4.2.4 Modelo conceitual e computacional . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 71

4.2.5 Analise dos resultados . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 74

4.3 Consideracoes finais do capıtulo . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . p. 75

5 CONSIDERACOES FINAIS p. 77

ANEXO A -- CODIGOS BIDIMENSIONAIS 2-D p. 79

ANEXO B -- PADRAO EPCGLOBAL p. 82

ANEXO C -- METRICAS PARA PCQE NO NIVEL DE PROCESSO p. 84

ANEXO D -- METODO PARA ANALISE DE OUTLIERS p. 86

ANEXO E -- METODO DE INFERENCIA PARA IDENTIFICAR UMA DISTRIBUICAO

DE PROBABILIDADE p. 87

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS p. 89

APENDICE A -- TRABALHOS PUBLICADOS p. 91

14

1 INTRODUCAO

Diante do crescimento da competitividade, empresas tem adotado sistemas de manufatura

flexıveis com alto nıvel de automacao. Segundo Wakil [17], estes sistemas sao adaptaveis a

mudanca de demanda do mercado e possibilitam a producao de diferentes produtos em dife-

rentes versoes. Como se pode observar na Figura 1.1, a industria se encontra em uma etapa

de desenvolvimento onde a producao em massa e potencialmente flexıvel a ponto de produzir

produtos sob encomenda.

Figura 1.1: Evolucao da Industria [1].

O foco das empresas entre o perıodo de 1900 a 1970 era o da producao em massa que

necessitava, de acordo com os recursos tecnologicos da epoca, uma media de 150 maquinas

para produzirem entre 10 a 15 produtos diferentes. O percentual medio de retrabalhos nos

produtos em processo final de manufatura estava igual ou acima de 25% [1].

Os avancos tecnologicos ocorridos na area de eletronica industrial a partir da decada de 70

permitiram que maquinas e equipamentos se tornassem mais produtivos e com controles mais

eficientes sobre os processos de producao. Isto possibilitou que empresas adotassem sistemas

de manufatura mais flexıveis, reduzindo o numero de equipamentos para uma media de 20 a

15

30 para produzirem uma quantidade media de 100 a 1000 diferentes produtos. O ındice medio

de retrabalho por produto caiu para 0,02% ou menos aumentando a qualidade dos mesmos [1].

Por outro lado, a capacidade crescente das empresas em oferecer uma variada linha de produtos

tornou mais complexo o gerenciamento dos seus proprios processos de manufatura.

Neste cenario, as tecnologias de identificacao tem desempenhado um papel importante, pois

permitem que os sistemas de gerenciamento de producao monitorem seus produtos de forma

automatica durante todo o processo produtivo. Uma destas tecnologias faz uso da identificacao

por meio de uma etiqueta de codigo de barras fixadas ao produto ao longo da cadeia produtiva.

Segundo Finkenzelller [5], um codigo de barras nada mais e do que a representacao grafica

de uma informacao em um padrao chamado de codigo universal de produto UPC (Universal

Product Code). Na Figura 1.2 se pode observar um exemplo de sistema de leitura de codigo de

barras utilizando um leitor a laser integrado a um sistema de gestao.

Figura 1.2: Codigo de barras linear.

Estima-se que ate 2020 as fabricas tenderao a ser rivais das oficinas por terem a capacidade

de produzir produtos cada vez mais customizados. Desta forma, os recursos medios em numero

de equipamentos, estarao entre 20 e 25 para um ilimitado numero de modelos de um produto, e

com ındices de retrabalho na ordem de 0,0005%.

Para alcancar estes indicadores, empresas tem considerado a substituicao da tecnologia de

codigo de barras pela tecnologia RFID (Radio Frequency Identification). Este sistema consiste

de um leitor, que pode tambem ser chamado de interrogador de RFID, que transmite, por meio

de uma antena, um sinal RF a um identificador especıfico chamado de etiqueta RFID, nao

necessitando de um alinhamento visual.

Na Figura 1.3, pode-se ver uma configuracao basica de um sistema RFID.

A etiqueta RFID, tambem conhecida como “tag”, interage com as ondas eletromagneticas

de radiofrequencia enviadas pela antena acoplada ao leitor, de forma a receber tanto a energia

necessaria para seu funcionamento quanto para informacoes. A etiqueta utiliza o mesmo meio

para devolver informacoes armazenadas em sua memoria para o leitor, que por sua vez, as

transmite a um computador central geralmente por meio de uma rede de dados.

16

Figura 1.3: Configuracao basica de um sistema RFID [2].

1.1 Definicao do Problema

Em um sistema de manufatura, a quantidade de versoes de uma determinada linha de pro-

dutos e proporcional ao nıvel de complexidade na identificacao destes. A complexidade na

identificacao de produtos durante seu processo de fabricacao aumenta a incidencia de erros nas

operacoes realizadas por operadores e por equipamentos de producao.

Os sistemas de execucao de manufatura (MES, Manufacturing Execution System) sao sis-

temas de chao de fabrica, orientados para a melhoria de desempenho, que complementam e

aperfeicoam os sistemas integrados de gestao (planejamento e controle) da producao. Sem a

identificacao correta dos produtos e em tempo real estes sistemas perdem sua eficiencia, visto

que dependem da informacao de chao de fabrica para o gerenciamento da producao.

Com objetivo de melhorar sua produtividade, empresas tem considerado a possibilidade

de uso da tecnologia RFID para identificacao de seus produtos. As incertezas do mercado em

funcao da competitividade pressionam as empresas a adotarem novas tecnologias em substi-

tuicao as existentes, como por exemplo a incorporacao da tecnologia RFID. Sem um estudo

sistematizado para obtencao de uma estimativa confiavel de ganhos, a incorporacao da tecnolo-

gia RFID pode ser equivocada e trazer ao inves de lucro, prejuızo para a empresa.

17

1.2 Objetivos

O objetivo geral deste trabalho e o desenvolvimento de uma abordagem sistematica baseada

na modelagem e simulacao a eventos discretos para auxılio na tomada de decisao relativa a

incorporacao da tecnologia RFID em sistemas flexıveis de manufatura.

A abordagem especifica os principais passos relativos a:

• Definicao do problema;

• Definicao das metricas de desempenho do sistema de manufatura;

• Construcao dos modelos atual (sem RFID) e futuro (com RFID);

• Obtencao dos dados do problema;

• Execucao do modelo e verificacao dos resultados.

Por meio da simulacao discreta de diferentes cenarios, pretende-se estimar os possıveis

ganhos e deficiencias relativos a incorporacao da tecnologia RFID.

Como estudo de caso para desenvolvimento e aplicacao da proposta e utilizado o processo

de pintura de uma industria automobilıstica.

O objetivo geral deste trabalho pode ser desdobrado nos seguintes objetivos especıficos:

• Estudo da tecnologia de identificacao de produtos em sistemas de manufatura, conside-

rando em particular a tecnologia RFID;

• Levantamento das deficiencias em um sistema de manufatura decorrentes direta ou indi-

retamente da tecnologia utilizada para identificacao do produto;

• Definicao de metricas do sistema de manufatura para analise dos resultados visando a

comparacao do modelo atual com o modelo futuro;

• Proposta de um procedimento para elaboracao de um modelo do sistema de manufatura

na sua configuracao atual;

• Elaboracao de diretrizes para proposta de modificacoes no sistema considerando a incor-

poracao da tecnologia RFID;

• Modificacao do modelo para a configuracao usando RFID (futuro);

18

• Proposta de um procedimento para definicao de cenarios de simulacao considerando um

conjunto de variaveis e os objetivos da simulacao;

A validacao deste trabalho foi realizada por meio da aplicacao dessa proposta em um es-

tudo de caso referente ao processo de pintura de um produto da industria automotiva. Este

processo utiliza atualmente um sistema de identificacao do produto baseado na tecnologia de

identificacao por codigo de barras.

1.3 Importancia da pesquisa

Cabe aos setores estrategicos das empresas buscarem novas tecnologias que tragam confia-

bilidade e maiores benefıcios ao seu sistema de manufatura e que sejam integraveis aos sistemas

de informacao que gerenciam este sistema de manufatura.

A tecnologia RFID apresenta algumas vantagens quando comparada a tecnologia de codigo

de barras. O metodo de leitura das etiquetas RFID possibilita que as mesmas sejam lidas em

grande velocidade em comparacao ao codigo de barras. A leitura da etiqueta RFID nao de-

pende da visualizacao, pode ser reutilizada ou operar em ambientes contaminados por sujeira

ou reagentes quımicos.

Escolhida a tecnologia, a simulacao de eventos discretos possibilita a analise do comporta-

mento do sistema de manufatura na situacao futura, ou seja, como a nova tecnologia incorpo-

rada virtualmente. Desta forma e possıvel mitigar os riscos associados a tomada de decisao pela

incorporacao ou nao da tecnologia RFID.

1.4 Motivacao

Ferramentas de qualidade tais como: Diagrama de Causa e Efeito (Ishikawa), Histogramas,

Diagrama de Pareto entre outros suportam metodologias para definicao de oportunidades de

melhoria do desempenho dos processos em sistemas de manufatura. Em alguns casos, esta

oportunidade de melhoria pode ser concretizada por meio da utilizacao da tecnologia RFID.

Neste cenario, algumas questoes sao levantadas. Qual e a garantia de que a tecnologia RFID

vai atingir os resultados esperados? Quais criterios de desempenho devem ser utilizados para

medir estes resultados? Estes criterios sao suficientes para o auxılio a tomada de decisao relativa

a adocao da tecnologia RFID? Estes questionamentos podem ser fatores inibidores na busca por

novas tecnologias, pois uma decisao equivocada pode trazer prejuızos para a empresa.

19

A abordagem proposta neste trabalho traz uma ferramenta que pode ser aplicada a neces-

sidade de tomada de decisao dos gestores acerca da incorporacao de novas tecnologias em

sistemas de manufatura, definindo uma metodologia que os auxilie nessa tomada de decisao.

1.5 Organizacao do Texto

O Capıtulo 2 apresenta a fundamentacao dos conceitos teoricos de duas tecnologias de

identificacao de produto, codigo de barras e RFID (Radio Frequency Identification).

O Capıtulo 3 apresenta inicialmente os sistemas de manufatura e exemplos de aplicacoes

da tecnologia RFID nestes sistemas, como tambem na cadeia de distribuicao de produtos. Por

fim, sao apresentados a fundamentacao e os conceitos teoricos.

O Capıtulo 4 apresenta o estudo de caso, onde aplica-se a metodologia apresentada no

Capıtulo 3 para a integracao da tecnologia de RFID em um sistema de manufatura da industria

automobilıstica.

O Capitulo 5 apresenta a conclusao em relacao aos objetivos propostos e discute os resul-

tados obtidos.

20

2 FUNDAMENTACAO TEORICA

Neste capıtulo, sera descrito o sistema de identificacao por codigo de barras e suas princi-

pais caracterısticas. Uma revisao bibliografica do sistema de identificacao por radio frequencia

(RFID) sera apresentada, como tambem as principais normas e padroes que regem esta tecnolo-

gia.

2.1 Tecnologia de identificacao de Produtos

Um produto complexo por definicao e qualquer produto composto por componentes mul-

tiplos montados em conjunto. Produtos dessa natureza necessitam de numerosos e diferen-

tes processos de manufatura. Sao exemplos de produtos complexos: computadores, aparelhos

eletronicos, eletrodomesticos e automoveis, entre outros.

Geralmente distribuıdos em extensas linhas de producao e com varias etapas de montagem

antes que sejam entregues ao consumidor final, necessitam de um metodo de identificacao apu-

rado. Varias versoes podem ser produzidas em uma mesma linha de montagem, aumentando

a probabilidade de ocorrer um erro na selecao do produto pelos operadores ou equipamentos

de processo. Neste cenario de complexidade, uma identificacao precisa do produto e funda-

mental para o sistema produtivo, pois esta pode reduzir paradas nao programadas de producao,

produtos defeituosos e custos decorrentes de quebras de equipamentos e ferramentas.

2.1.1 Identificacao do produto por meio de codigo de barras

Segundo Glover e Bhatt [18], o codigo de barras provavelmente e o identificador legıvel por

computador mais familiar, porem com utilizacao limitada pelo seu proprio metodo de leitura.

Finkenzeller descreve o codigo de barras como um codigo binario comprimido em um

campo de barras e lacunas dispostas paralelamente [5]. As barras e os espacos estao organizados

de acordo com um determinado padrao e representam os elementos de dados que se referem a

um sımbolo associado. A sequencia e composta de barras largas, barras estreitas e lacunas que

21

podem ser interpretadas de forma numerica e alfanumerica. O mais popular codigo de barras

e o codigo EAN (European Article Number) que foi projetado especialmente para atender a

industria alimentıcia em 1976.

O codigo EAN foi desenvolvido a partir do UPC (Universal Product Code) dos EUA (Esta-

dos Unidos da America), que ja existia desde 1973. O codigo de barras UPC e um subconjunto

do codigo EAN, portanto totalmente compatıvel com ele. Ao contrario do UPC, que possui 12

dıgitos, o codigo EAN mais popular e composto de 13 dıgitos para identificacao e possui uma

composicao como mostrada na Figura 2.1.

Figura 2.1: Estrutura EAN-13 de codigo de barras [3].

Os campos estao divididos em: identificador do paıs, identificador da empresa, identificador

do numero do item do fabricante e dıgito de verificacao. Na Figura 2.2 se pode observar outro

exemplo de codigo de barras EAN de 13 dıgitos. Atualmente outros codigos de barras EAN

com diferentes quantidades de dıgitos sao encontrados no mercado como EAN-8 e o EAN-128.

Figura 2.2: Codigo de barras EAN de 13 dıgitos [3].

Apesar dos codigos de barras terem seus desenhos fısicos semelhantes, existe consideraveis

22

diferencas entre os mais de dez tipos de codigos atualmente utilizados. Exemplos de outros

codigos de barras que podem ser encontrados facilmente em diversas aplicacoes e aprimora-

mentos desta tecnologia sao apresentados no anexo A.

2.1.2 Desvantagens na identificacao por meio de codigo de barras

Em qualquer aplicacao, a tecnologia de identificacao por codigo de barras depende de uma

linha de visao direta entre a etiqueta e o leitor optico. Alem disto, a sua aplicacao apresenta as

seguintes desvantagens:

• Para controle do estoque as empresas de varejo, por exemplo, precisam ler o codigo de

barras nas etiquetas fixadas em cada produto ou em cada caixa de produtos;

• Os codigos de barras sao apenas para leitura o que significa que eles nao enviam nenhuma

outra informacao;

• Uma etiqueta de codigo de barras pode tornar-se ilegıvel se a sua superfıcie for danificada;

• Uma vez a etiqueta impressa, as informacoes nao podem ser alteradas;

• O codigo impresso precisa estar dentro do campo de visao do sistema de leitura sem a

presenca de qualquer objeto entre eles.

Algumas destas desvantagens sao percebidas em nossa vida cotidiana, como por exemplo,

a troca de um produto no caixa de um supermercado pelo fato de a etiqueta de codigo de barras

estar danificada.

2.2 Identificacao do Produto por Meio da Tecnologia RFID

2.2.1 Historia da Tecnologia RFID

A historia da tecnologia RFID comecou com James Clerk Maxwell em 1864 quando de-

monstrou que campos eletricos e magneticos se propagam com a velocidade da luz de forma

acoplada. A teoria de Maxwell possibilitou o desenvolvimento tecnologico que caracteriza a

sociedade atual, fortemente adepta do uso de equipamentos eletronicos. Esses equipamentos

funcionam atraves do uso da energia eletrica em uma larga faixa de frequencias.

Algum tempo depois, um importante marco para a tecnologia RFID foi estabelecido em

Bolonha. Em 1896, Marconi obteve os primeiros resultados praticos das suas experiencias em

23

comunicacoes sem fio. Em 1899, Marconi conseguiu estabelecer a primeira ligacao por TSF

(Telegrafia Sem Fio) atraves do canal da Mancha e, dois anos mais tarde, ligou pela primeira

vez o Atlantico por radiotelegrafia.

Mais tarde, em 1906, Ernest F. W. Alexanderson demonstrou a primeira onda contınua e

a geracao e transmissao de sinais de radio, marcando o inıcio da comunicacao moderna, na

qual todos os aspectos de ondas de radio sao tratados. O fısico britanico Robert Watson Watt

introduziu o primeiro sistema de radar pratico em 1935, e antes de 1939 as forcas armadas

britanicas estabeleceram uma rede de estacoes de radar para descobrir agressores no mar e no

ar. Na segunda guerra mundial, tecnologias relacionadas com identificacao por radiofrequencia

estavam sendo exploradas, tais como os sistemas de transmissao e resposta (transponders) para

identificacao de longo alcance. Estes sistemas eram chamados de identificacao de amigo ou

inimigo (IFF - Identification Friend or Foe) para identificar se os avioes que se aproximavam

das bases eram aliados.

No final dos anos 60, teve inıcio o desenvolvimento dos sistemas para a vigilancia eletronica

de produtos, tais como vestuario em lojas de departamento e livros em bibliotecas. Entre as

decadas de 70 e 90, gigantes como a RCA, Fairchild e Raytheon entre outras investiram em

pesquisa e desenvolvimento da tecnologia RFID, surgindo assim diversas patentes. Rastrea-

mento de animais, veıculos e processos produtivos comecaram a utilizar a tecnologia RFID e

surgiu a primeira aplicacao comercial de cobranca eletronica de pedagios na Noruega.

Segundo Bhuptani e Moradpour [14], nos Estados Unidos, o primeiro trabalho para padro-

nizacao das aplicacoes da tecnologia RFID teve inıcio na decada de 90 com a E-Zpass Inter-

agency Group (IAG), que foi criada para representar diversas agencias de pedagios regionais

do nordeste americano. A E-Zpass desenvolveu um sistema em que uma unica etiqueta RFID

correspondia a uma unica fatura e assim um veıculo com este tipo de etiqueta tinha acesso

livre as estradas de diversas administradoras de pedagio. Contudo, nesse perıodo, a lıder ameri-

cana nas iniciativas para a padronizacao das aplicacoes RFID foi a empresa Texas Instruments.

Essa empresa, em 1991, criou o Sistema de Registro de Identificacao da Texas Instruments

(TIRIS) conhecido hoje como TI-Rfid (Sistema de identificacao por radiofrequencia da Texas

Instruments) que se tornou uma plataforma de desenvolvimento e aplicacao de novas classes de

aplicacoes em RFID.

Inıcio do ano 2000, a empresa Wall-Mart, Target e grandes varejistas exigiram de seus

fornecedores o uso de RFID em seus produtos. Em 2003, foi estabelecido o padrao codigo

eletronico global EPC Global (Global Eletronic Product Code) a partir dos primeiros trabalhos

nos laboratorios do MIT (Massachusetts Institute of Technology) Auto-ID.

24

Nos dias de hoje, semicondutores mais baratos e conexoes mais rapidas de Internet enco-

rajam os empresarios a utilizar a tecnologia RFID nas mais variadas aplicacoes. Para Glover e

Bhatt [18], “a identificacao por radio frequencia RFID e um termo que descreve qualquer sis-

tema de identificacao no qual um dispositivo eletronico anexado a um item usa frequencia de

radio ou variacao de campo magnetico para sua comunicacao”.

Comparada com a tecnologia de identificacao por codigo de barras, a tecnologia RFID pos-

sui qualidades extras principalmente em relacao a leitura das informacoes. O metodo de leitura

por radio frequencia (RF) possibilita que as etiquetas RFID sejam lidas em grande velocidade se

comparado com o metodo de leitura por codigo de barras. Na leitura por RF nao ha necessidade

de visualizacao direta do leitor na etiqueta, por exemplo, no caso de compras no varejo, se todos

os produtos em um carrinho de compras possuem uma etiqueta RFID, um leitor especıfico para

RFID, pode ler todo o conteudo deste carrinho de compras em poucos segundos sem que seja

necessario tocar em qualquer produto para direciona-lo ao leitor.

2.2.2 Arquitetura de um sistema RFID

A tecnologia RFID, assim como o codigo de barras, fitas magneticas, reconhecimento

de voz e outras tecnologias de identificacao automatica, e uma tecnologia de aquisicao de

informacao. Existem inumeras aplicacoes da tecnologia RFID que podem passar desperce-

bidas no nosso dia a dia como, por exemplo: vigilancia eletronica de produtos que e utilizada

principalmente nas lojas de artigos vestuario; controle de acesso em edifıcios, escritorios por

meio de chaveiros, crachas e similares, e os cartoes inteligentes sem contato (contactless smart

cards) utilizados popularmente para pagamento de transporte publico entre outros. Na Figura

2.3, pode-se observar uma arquitetura basica de um sistema RFID onde uma antena conectada

a um leitor fornece energia e enviam dados a serem armazenados em um grupo de etiquetas

RFID. O leitor esta conectado a um sistema de processamento de dados por meio de uma rede

com o objetivo de receber e transferir informacoes nos dois sentidos: da etiqueta para o sistema

e do sistema para a etiqueta.

A funcionalidade da aplicacao e a chave para se determinar como uma arquitetura de

um sistema RFID pode atender satisfatoriamente a uma necessidade da industria, cadeia de

distribuicao, rastreamento de animais, varejo, etc. As caracterısticas fısicas de cada compo-

nente e seu modo de operacao dependem desta definicao, pois nao ha uma arquitetura padrao

que atenda a todas as aplicacoes.

Segundo Glover e Bhatt [18], considerando-se uma aplicacao industrial, pode haver a co-

existencia de um sistema com a tecnologia RFID e um sistema com a tecnologia de codigo de

25

Figura 2.3: Arquitetura generica de um sistema RFID [4].

barras, garantindo-se capacidades alternativas e mais automatizadas. Qualquer sistema RFID

que venha compartilhar ou substituir um sistema de identificacao existente devera prover igual

ou superior qualidade em termos de:

• Privacidade e seguranca: dependera do nıvel de autenticidade e vulnerabilidade do acesso

as informacoes que a aplicacao exigir;

• Desempenho: pode ser medido pela velocidade de processamento da informacao e o

tempo necessario para a identificacao de uma etiqueta RFID;

• Escalabilidade: quanto um sistema implementado pode atender a um aumento de de-

manda, por exemplo, o aumento da quantidade de itens a serem identificados sem neces-

sitar de grandes implementacoes tecnicas;

• Maleabilidade: e a capacidade do sistema em identificar falhas em seus componentes com

o proposito de evitar erros no processo;

• Extensibilidade e manutencao: relacionado ao nıvel de compatibilidade do sistema com

diferentes tipos de tecnologia para leitores, sensores e etiquetas.

Os sistemas RFID devem ser encarados, nas empresas, como qualquer outra tecnologia cor-

porativa, onde e essencial o conhecimento dos requisitos de qualidade descritos anteriormente

para que inovacoes sejam adotadas.

26

2.2.3 Etiquetas RFID

A etiqueta RFID, tem o proposito de anexar fisicamente informacoes sobre um objeto de

maneira a possibilitar a sua identificacao.

Todas as etiquetas RFID possuem uma antena de algum tipo, porem nem todas possuem

um microchip ou uma bateria interna. Sao produzidas com diversos materiais em formas fısicas

variadas, como se pode observar na Figura 2.4. Elas podem ter a forma de botoes e discos

plasticos, geralmente incluindo um furo central para sua fixacao, podem estar em capsulas de

vidros para resistir a ambientes corrosivos ou lıquidos, podem ter uma estrutura fısica maleavel

ou rıgida dependendo da necessidade da aplicacao.

Figura 2.4: Caracterısticas fısicas das etiquetas RFID [5].

Campos eletricos, magneticos e eletromagneticos sao utilizados para acoplamento entre a

etiqueta e o leitor RFID. As frequencias de operacao sao padronizadas conforme a aplicacao

e podem variar de 135 KHz (ondas longas) a 5,8 GHz (micro-ondas). A distancia de alcance

para a troca de dados entre um leitor e uma etiqueta pode variar de poucos milımetros a mais

de dezenas ou centenas de metros.

As capacidades de armazenamento das etiquetas RFID podem variar de 1 bit ate alguns

27

megabytes. Algumas das caracterısticas das etiquetas RFID estao relacionadas a atributos im-

portantes para a sua categorizacao, que sao: fonte de energia, frequencia operacional, modo de

comunicacao e acoplamento.

2.2.3.1 Fonte de energia

A fonte de energia para o funcionamento de uma etiqueta RFID e um dos fatores determi-

nantes para o seu custo e longevidade. A etiqueta conhecida como passiva obtem toda a sua

energia por meio da transmissao de energia proveniente do leitor. Devido a esta caracterıstica,

a etiqueta passiva tem um custo menor em comparacao com uma etiqueta ativa que possui uma

bateria interna para funcionar sem depender do leitor RFID.

Atualmente mais caras, as etiquetas ativas tem capacidade maior de alcance de leitura, de

troca de informacoes mais complexas, maior capacidade de armazenamento de dados e veloci-

dades de processamento maiores que as passivas, porem sua vida util depende da vida util de

sua bateria.

Um terceiro tipo de etiqueta, a semi-passiva (tambem chamada de semi-ativa), possui uma

bateria interna semelhante a da ativa, porem ela entra em funcionamento apenas quando e afe-

tada pelo campo magnetico do leitor. A etiqueta semi-passiva utiliza a energia de sua bateria

apenas para alimentar seus componentes internos, portanto esta economia de consumo aumenta

sua vida util em varios anos. A energia emitida pelo leitor ainda e utilizada por esta etiqueta

para realizar a troca de informacoes.

2.2.3.2 Modo de Acoplamento

O modo como um leitor e uma etiqueta influenciam um ao outro para troca de dados e

denominado modo de acoplamento. O modo de acoplamento entre um leitor e uma etiqueta de-

termina qual e a sua capacidade de receber e transmitir dados a uma determinada distancia.

O modo de acoplamento pode ser proximo (menor que um centımetro), remoto (entre um

centımetro e um metro) e o longo (mais de um metro). O meio fısico pelo qual ocorre a troca

de informacao pode ser capacitivo, magnetico, por inducao ou espalhamento (backscatter).

Na Figura 2.5 se pode observar um exemplo de um acoplamento remoto. A corrente “i”

gerada pelo leitor ao passar pela bobina cria uma inducao magnetica “B” que devido a proxi-

midade com outra bobina da etiqueta cria uma tensao “v” na etiqueta. A etiqueta utiliza esta

tensao “v” para enviar os dados ao leitor.

A maioria dos sistemas RFID atualmente vendidos sao de acoplamento indutivo, portanto

28

existem padroes e especificacoes tecnicas para etiquetas e leitores que utilizam este princıpio

de funcionamento. Alguns tipos de aplicacoes sao: cartoes inteligentes, identificacao animal

e automacao industrial. Frequencias entre 125 KHz e 13,56 MHz sao utilizadas neste tipo de

acoplamento.

Figura 2.5: Acoplamento remoto por inducao magnetica [6].

Sistemas RFID com faixas de alcance acima de 1 metro sao conhecidos como sistemas

longo alcance e operam por meio de ondas eletromagneticas na frequencia de UHF (Ultra High

Frequency) e micro-ondas.

A grande maioria destes sistemas e conhecida como backscatter (espalhamento) devido ao

seu princıpio fısico de utilizacao em que o sinal do leitor e refletido pela etiqueta. Na Figura

2.6 se pode observar uma representacao de um sistema RFID utilizando uma etiqueta passiva

no modo de acoplamento backscatter.

Figura 2.6: Modo de comunicacao do sistema RFID [3].

Distancias de 3 metros podem ser conseguidas utilizando etiquetas passivas, enquanto que

distancias de 15 metros e acima apenas com etiquetas ativas. A bateria em uma etiqueta ativa,

29

entretanto nunca e utilizada para fornecer energia para a transmissao entre a etiqueta e o leitor,

mas sim para alimentar o microchip e para manter os dados armazenados. A energia do campo

eletromagnetico recebido do leitor e a unica energia usada para a transmissao dos dados.

2.2.3.3 Modo de comunicacao

Independente do tipo e modelo, toda etiqueta RFID tem a propriedade de armazenar dados

em seu mecanismo interno e uma forma apropriada de comunicar estes dados com um meio

externo. Na Figura 2.7 pode ser observado de forma generica como ocorre o envio do dado (ID)

e onde o mesmo e armazenado na etiqueta RFID.

No modo de escrita, um computador central transmite a informacao por meio de uma rede

de dados para um leitor RFID, que por sua vez, transmite a informacao por meio de ondas

eletromagneticas para a etiqueta RFID.

O dado permanece armazenado em seu microchip para ser utilizado quando necessario pelo

sistema RFID. No modo de leitura o processo e o mesmo, porem a informacao caminha no

sentido etiqueta para o computador central por meio do leitor. A forma pela qual a etiqueta se

comunica com o leitor e chamada de interface aerea.

Figura 2.7: Princıpio de funcionamento da tecnologia RFID [3].

O modo de comunicacao RF entre um leitor e uma etiqueta passiva pode ser “Full Duplex”

(FDX), “Half Duplex” (HDX) e sequencial (SEQ). Na Figura 2.8 se pode observar como a

energia e transferida do leitor para a etiqueta e como e o procedimento de comunicacao.

No modo FDX, a transferencia de energia e contınua e a escrita de dados do leitor para

a etiqueta (downlink) ocorre simultaneamente com a leitura de dados da etiqueta para o leitor

(uplink). No modo HDX, a transferencia de energia tambem e contınua, porem a troca de

dados downlink e uplink e alternada com o tempo. Finalmente, no modo sequencial, a energia e

transferida para o leitor apenas durante o processo de escrita. A caracterıstica de chaveamento

30

Figura 2.8: Modo de comunicacao FDX, HDX e SEQ [5].

(ou modulacao) do modo de comunicacao que pode ser feita por meio de uma onda ou um

campo eletromagnetico e e uma caracterıstica importante a ser considerada para a troca de

informacoes entre os componentes de um sistema RFID. Essa modulacao pode ser dos seguintes

tipos:

• Chaveamento de amplitude (ASK, Amplitude-Shift Keying): envia dados digitais por por-

tadores analogicos, alterando a amplitude de uma onda eletromagnetica no tempo em

relacao ao fluxo de dados;

• Chaveamento por frequencia (FSK, Frequency-Shift Keying): envia a mudanca de dados

por meio da alteracao da frequencia da onda;

• Chaveamento por fase (PSK, Phase-Shift Keying): envia a mudanca de dados por meio

da distancia de cada ciclo de onda na referencia do tempo.

2.2.3.4 Frequencia de Operacao

Segundo Glover e Bhatt [18], a frequencia operacional e a frequencia eletromagnetica que

o identificador usa para se comunicar ou para obter energia. No que se refere aos sistemas

RFID as frequencias mais utilizadas sao: frequencia baixa (LF, Low Frequency) em 135 KHz

ou menos, alta (HF, High Frequency) em 13,56 MHz, ultra alta (UHF, Ultra High Frequency)

comecando em 433 MHz e frequencia de micro-ondas de 2,45 GHz e 5,8 GHz.

Em geral a frequencia de operacao define a velocidade de transferencias das informacoes

entre a etiqueta RFID e o leitor. Quanto maior a frequencia, maior e a velocidade da troca

31

de informacoes e, portanto, menor o tempo de leitura/escrita. Segundo Bhuptani e Moradpour

[14], os aspectos ambientais onde a aplicacao necessita ser utilizada e determinante na escolha

da frequencia de operacao de um sistema RFID.

O material onde a etiqueta devera ser fixada e a presenca de outros dispositivos geradores

de ondas de radio podem interferir nas faixas de frequencia de UHF e micro-ondas. Na Tabela

2.1 pode se observar as principais aplicacoes e caracterısticas das etiquetas que operam nas

frequencias mais conhecidas na faixa de LF, HF, UHF e micro-ondas.

Frequencia Caracterıstica Aplicacao

LFFunciona melhor em metais e lıquidos Identificacao de animais

Menor taxa de transferencia Automacao industrialLe com alcance medido em poucas polegadas Controle de acesso

HF

Padroes comuns no mundo inteiro Cartoes inteligentesMaior alcance de leitura que as etiquetas LF Anti-falsificacao

Etiquetas mais baratas que as LF Rastreamento ao nıvel de itemBaixo desempenho em metais Prateleiras inteligentes

Identificacao e monitoramento de pessoas

UHF

Maior alcance de leitura que as etiquetas HF Controle de inventarioPotencial para oferecer etiquetas de menor custo Gerenciamento de armazens

Problemas de incompatibilidade Rastreamento de ativosSusceptıvel a interferencias de lıquidos e metais Controle de acesso

Micro-ondas

Altos ındices de transferencia de dados Cobranca eletronica de pedagiosComum nos modos ativo e semi-ativo Automacao industrial

Alcance de leitura similar ao UHFBaixo desempenho em metais e lıquidos

Tabela 2.1: Caracterısticas e aplicacoes das frequencias mais conhecidas [14].

Pelo fato de serem dispositivos de radio, os dispositivos de RFID nao devem interferir

em outras aplicacoes protegidas, tais como radios de emergencia e transmissoes de televisao,

portanto existem normas que regulamentam suas aplicacoes.

Os padroes representam um papel fundamental para qualquer tecnologia inovadora, pois

garante a interoperabilidade dos componentes e evita a nao conformidade com normas nacionais

ou internacionais. Um exemplo de regulamentacao de frequencias operacionais na faixa do

UHF, para determinadas regioes do globo terrestre, pode ser observado na Figura 2.11. Pode se

destacar que no Brasil as frequencias para utilizacao de sistemas RFID operando em UHF estao

nas faixas de 902-907,5 MHz e 915-928 MHz.

As organizacoes mais conhecidas e que sao citadas como referencias de padronizacao da

tecnologia RFID sao:

• European Article Number e Uniform Code Council, anteriormente conhecidos como

EAN.UCC, agora sao representados pelo GS1 (Global Standard 1);

32

Figura 2.9: Frequencias UHF regulamentas por regiao do globo terrestre [3].

• International Organization for Standardization (ISO) e uma rede de institutos de padroes

conhecida e atuante em mais de 148 paıses;

• American National Standard Institute (ANSI) e uma organizacao privada e sem fins lu-

crativos que administra e coordena o sistema de padronizacao dos Estados Unidos.

Como em qualquer iniciativa de padronizacao, a coexistencia de diversos padroes EPC-

global, ISO e ANSI e uma realidade. No anexo B e apresentada a formatacao do codigo EPC

global.

Alguns sistemas RFID necessitam que seus elementos interajam apenas com um padrao de

uma empresa, porem outros sistemas necessitam compartilhar informacoes com outros sistemas

RFID que seguem padroes de outras organizacoes regulamentadoras. Alem da padronizacao das

caracterısticas fısicas e operacionais, na Figura 2.10, pode-se observar exemplos de padroniza-

cao entre empresas e organizacoes para protocolos de comunicacao de etiquetas RFID.

2.2.4 Leitor RFID

Tal como as etiquetas, os leitores podem variar de forma, tamanho e podem suportar dife-

rentes modos de comunicacao, mas nem todos podem seguir a uma determinada norma regu-

33

Figura 2.10: Padronizacao das interfaces aereas de comunicacao das etiquetas RFID [3].

lamentadora, ou seja, alguns podem ser utilizados em parte do globo terrestre e em outra parte

nao. Os diferentes tipos de leitor podem ter:

• Formas e tamanhos: a maxima dimensao de um leitor varia de 2 centımetros ate o

tamanho de um computador de mesa. Eles podem ser instalados em um dispositivo ex-

terno ou interno, como por exemplo, dentro de um celular.

• Padroes e protocolos: protocolo e um conjunto de regras, padroes e especificacoes tecnicas

que regulam a transmissao de dados por meio de programas especıficos, permitindo a

deteccao e correcao de erros. Os padroes mais importantes para leitores incluem o ISO e

o EPC sendo que alguns deles podem suportar multiplos protocolos de comunicacao.

• Interface de rede: os leitores se comunicam com um computador central por meio de

uma rede de dados de diferentes interfaces tais como as seriais RS232 ou RS422 (ponto

a ponto, par trancado) ou RS485 (enderecavel par trancado). Os leitores tambem podem

se comunicar por meio de Ethernet e Bluetooth.

2.3 Consideracoes Finais do Capıtulo

Neste capıtulo, foram estudados os aspectos relativos a tecnologia RFID em relacao a defi-

nicoes, padroes, vantagens e desvantagens visando a aplicacao desta inovacao para substituicao

34

do codigo de barras em sistemas de manufatura.

Os sistemas RFID aplicados aos sistemas de manufatura tem peculiaridades que diferem

das aplicacoes habituais dos sistemas de RFID, como o varejo. Desta forma, no proximo

capıtulo sao abordadas as principais caracterısticas dos sistemas de manufatura e as informacoes

necessarias para criacao de uma metodologia de integracao da tecnologia RFID.

35

3 SISTEMAS DE MANUFATURA

Neste capıtulo sao apresentadas as definicoes dos sistemas de manufatura flexıvel, enxuta

e agil e seus sistemas de controle e gerenciamento de producao, Em seguida sao apresentadas

algumas aplicacoes da tecnologia RFID em sistemas de manufatura . Por fim sao apresentados

os conceitos teoricos de alguns metodos de analise de falhas e de desenvolvimento da simulacao

de eventos discretos.

3.1 Introducao

Segundo Hitomi [19], o significado original de manufatura era o de “fazer as coisas com as

maos”. Entretanto, atualmente esta definicao mudou. Em 1983, a CIRP (International Confe-

rence on Production Research) definiu a manufatura como “uma serie de atividades inter rela-

cionadas e operacoes envolvendo o design, a selecao de materiais, o planejamento, a fabricacao

de produtos, a qualidade assegurada, o gerenciamento e o marketing dos produtos fabricados

pelas industrias”.

Para Wakil [17], a manufatura pode ser definida como a transformacao do material bruto

em um produto util por meio do metodo mais facil e mais barato. E fundamental para a uma

empresa que seu sistema de manufatura tenha metodos produtivos faceis, rapidos e eficientes,

pois quanto menos eficiente for o metodo, maior sera o custo do produto e menos competitivo

sera este produto perante aos produtos similares dos concorrentes.

O sistema de manufatura pode ter diferentes conceitos, tais como:

1. Sistema de manufatura flexıvel (SMF): baseada no alto nıvel de tecnologia para promover

a flexibilidade de seus processos;

2. Manufatura enxuta: baseada no sistema produtivo da industria automobilıstica Toyota,

onde processos flexıveis e eliminacao de perdas possibilitam a manufatura de produtos

com custos continuamente decrescentes;

36

3. Manufatura agil: que e um passo a frente da manufatura enxuta, pois tem capacidade de se

adaptar a fatores externos que nao sao controlaveis, tal como as mudancas imprevisıveis

de mercado.

3.1.1 Manufatura flexıvel

Segundo Groover [20], um sistema de manufatura flexıvel e altamente automatizado e cons-

tituıdo de estacoes de trabalho interconectadas por sistemas automaticos de movimentacao de

pecas ou materiais os quais sao controlados por um sistema computadorizado. A razao de

ser chamado de flexıvel e devido ao mesmo ser capaz de processar diferentes partes em suas

estacoes de trabalho com uma variedade de modelos e quantidades para:

• Responder efetivamente a momentos de mudanca;

• Ter capacidade de assumir novas circunstancias;

• Responder a variedade de produtos, nıveis de producao e prazos de entrega;

• Manter o desempenho apesar de incertezas em curto prazo;

• Atender em longo prazo a novos produtos, novos mercados e novos concorrentes;

• Manter opcoes para a ignorancia decorrente de ausencia de um direcionamento estrategico.

3.1.2 Manufatura enxuta

A manufatura ou producao enxuta e um termo generico usado para definir um sistema de

producao eficiente, flexıvel, agil e inovador, superior a producao em massa. Segundo Groover

[20], a producao enxuta pode ser definida como uma adaptacao da producao em massa em

que os trabalhadores e as celulas de trabalho sao mais flexıveis e eficientes adotando metodos

para reducao de desperdıcio em todas as formas. Comparada a producao em massa a producao

enxuta e baseada nos seguinte princıpios:

• Mınimo desperdıcio;

• Mınimo inventario;

• Entregas em just-in-time;

• Produzir certo na primeira vez (nao retrabalho);

37

• Times de trabalho;

• Envolvimento do operario;

• Sistem flexıvel de producao;

• Melhoria contınua.

3.1.3 Manufatura agil

Segundo Groover [20], a manufatura agil pode ser definida como um nıvel de estrategia

de manufatura que introduz novos produtos no mercado com maior velocidade. Ela tem maior

possibilidade de prosperar em um ambiente de mercado mais competitivo e caracterizado por

mudancas muitas vezes imprevisıveis. Segundo Kunde [21], a manufatura agil deve ser elabo-

rada tendo-se em mente cinco princıpios basicos:

• Mudanca contınua;

• Resposta rapida;

• Melhoria da qualidade;

• Responsabilidade social;

• Foco total no cliente.

Na Manufatura Agil os papeis tradicionais de competidor, fornecedor e cliente podem fre-

quentemente mudar para aproveitar oportunidades do mercado. A vantagem competitiva da

manufatura agil esta em promover maior velocidade ao mercado de novos produtos, e a ha-

bilidade para satisfazer preferencias individuais de consumidores ou clientes, sem reduzir a

atencao para a intensificada preocupacao publica referente aos impactos sociais e ambientais

provocados pela manufatura.

3.2 Sistema de informacao no ambiente de Manufatura

Para a tomada de decisoes empresariais, e necessario que o tomador de decisao possua

informacoes precisas do que esta ocorrendo em seu processo (producao, cadeia de suprimentos,

custo do produto final, pedidos que entram nos estoques atuais, logısticas de entrega). Enfim,

toda a cadeia produtiva precisa estar em conformidade com os resultados desejados.

38

As empresas necessitam, cada vez mais, de flexibilidade em seus processos de manufatura

para responder com mais agilidade e competitividade as exigencias do mercado. A disponi-

bilidade de informacoes atualizadas e precisas do chao de fabrica e fundamental e, portanto, a

chave para que a empresa alcance seus objetivos de negocio, integrando estas informacoes aos

sistemas de tomada de decisao como, por exemplo, o sistema de execucao de manufatura.

3.2.1 Sistema de Execucao de Manufatura (MES)

De acordo com Correa, Gianesi e Caon [22], um sistema de execucao de manufatura (MES)

“E um sistema de chao de fabrica orientado para a melhoria de desempenho que complementa

e aperfeicoa os sistemas integrados de gestao (planejamento e controle) da producao”. Hua et

al. [8] descrevem MES como sistemas de controle do chao de fabrica que incluem atividades

manuais e automaticas, relatorios de producao, como tambem pesquisas em tempo real e atalhos

para consulta de ordem de servico, recebimento de mercadoria, embarque, controle de quali-

dade, manutencao, programacao de producao, e outras tarefas relacionadas com o processo de

manufatura.

Independente de quao bom seja o planejamento de uma empresa, erros na estimativa de

producao, problemas de qualidade, gargalos de capacidade, quebras, falhas de comunicacao e

ineficiencia dificultam este planejamento. O sistema MES destina-se a aumentar a dinamica dos

sistemas de planejamento de producao por meio das seguintes funcionalidades:

• Gerencia dos lotes de producao;

• Gestao detalhada de recursos incluindo sequenciamento, liberacao, monitoramento de

equipamentos;

• Alocacao e coordenacao de recursos humanos e ferramental;

• Instrucoes de trabalho;

• Rastreamento da producao.

O MES coleta e disponibiliza informacoes de chao de fabrica fazendo a ligacao entre sis-

temas, tais como o ERP (Enterprise Resources Planning) que suporta todas as necessidades

de informacao para a tomada de decisao gerencial baseados em custos, faturamento, recursos

humanos, financas contabilidade dentre outros e os sistemas SCADA (Supervisory Control And

Data Acquisition), conforme mostrado na Figura3.1.

39

Figura 3.1: Exemplo de estrutura organizacional MES, ERP e SCADA.

Os sistemas SCADA sao sistemas de supervisao, controle e aquisicao de dados. Eles moni-

toram e coletam dados de varios equipamentos (remotos ou locais) em uma fabrica. Estes dados

sao tambem enviados para um computador central, que manipula os mesmos e os disponibi-

liza segundo a necessidade do usuario. Atualmente eles estao sendo largamente utilizados na

industria, principalmente aquelas cujos processos sao geograficamente muito distribuıdos.

3.3 Aplicacoes das Tecnologias de Identificacao

3.3.1 Codigo de barras e codigo bidimensional

A utilizacao desta tecnologia e facilmente percebida pelo cliente, pois basta olhar para uma

embalagem de um produto industrializado que se verifica a existencia de uma etiqueta com o

codigo fixada ou ate mesmo diretamente impressa em sua superfıcie. Um sistema de manufatura

flexıvel e caracterizado pelo seu alto nıvel de automacao, pois necessitam da utilizacao de robos,

equipamentos controlados por CLP (Controlador Logico Programavel), equipamentos controla-

dos por computadores industriais ao longo de uma mesma linha de producao. Tais equipamentos

geralmente tem integrado ao seu hardware e software a tecnologia de identificacao por codigo

de barras para leitura e identificacao (manualmente realizada pelo operador ou automatico rea-

lizado pelo proprio equipamento) do produto. Os equipamentos necessitam desta identificacao,

pois como e uma parte de um sistema de manufatura flexıvel, seus processos variam de acordo

com a caracterıstica do produto. Um exemplo e a industria automotiva, onde um mesmo modelo

de veıculo pode ser pintado na cor conforme solicitado pelo cliente no momento de formulacao

do pedido de compra.

Normalmente o modelo utilizado para integracao do codigo de barras ao sistema de manu-

fatura flexıvel requer uma arquitetura de informacao tecnologica (IT) onde a etiqueta de iden-

tificacao fixada ao produto tem uma capacidade limitada de informacoes, nao sendo suficiente

para que o equipamento consiga diferenciar um produto de outro. Os equipamentos envolvidos

40

no processo precisam estar conectados a uma rede de dados para acessar ou serem acessados por

um sistema de informacao tal como o sistema de execucao de manufatura (MES) ou sistemas

de planejamento de recursos da empresa (ERP) para consulta ao banco de dados. Os dados

complementares do produto e relevantes ao processo nao podem ser gravados nas etiquetas de

codigo de barras devido as limitacoes de capacidade de armazenamento.

3.3.2 Aplicacao da tecnologia RFID na cadeia de distribuicao

A competicao global exige das empresas rapidez na tomada de decisao, comprometimento

com prazos a cliente, maxima produtividade e qualidade. Para isto e fundamental integrar a

producao ao sistema de negocios. Em relacao a area de logıstica e da cadeia de fornecimento

de produtos, a estrategia de utilizacao da tecnologia RFID e bastante popular. Empresas como

o Wall-Mart estao realizando grandes investimentos nos EUA e filiais em varios paıses. Desde

janeiro de 2005, por exigencia da empresa, 137 grandes fornecedores comecaram a etiquetar

com RFID os paletes e caixas enviados ao centro de distribuicao.

No Brasil, o Wall-Mart ja iniciou a introducao do RFID, com oito fabricantes selecionados

nessa primeira fase da implantacao: Gilette, HP, Johnson & Johnson, Kimberly-Clark, Kraft

Foods, Nestle Purina PetCare, Procter & Gamble e Unilever.

O Grupo Pao de Acucar tambem iniciou o teste da nova tecnologia, em parceria com a

Procter & Gamble e Gillette, em coordenacao com a Chep, fornecedora de paletes. As etiquetas

foram instaladas em mil paletes que sao movimentados em centros de distribuicao do Grupo

Pao de Acucar em Sao Paulo desde novembro de 2004.

Na Figura 3.2, se observa um exemplo de aplicacao da tecnologia RFID para gerenciamento

do produto desde o seu ponto de origem. As informacoes basicas sobre um produto sao inseridas

em uma etiqueta RFID que acompanha este produto por toda a cadeia de distribuicao.

Um sistema de gerenciamento e capaz de acompanhar o produto por todas as etapas de seu

trajeto automaticamente ate o consumidor final gracas a esta tecnologia como se pode observar

no exemplo da Figura 3.2:

• Etapa 1: material “A” no tambor “9” e material “B” no tambor “3” foram embarcados no

caminhao de numero 33;

• Etapa 2: os materiais “A” e “B”, vindos da industria quımica “X”, desembarcados dos

tambores “9” e “3”, foram combinados no produto “Y” no fabricante “W” e embarcados

no caminhao 25 para o Distribuidor “Z”;

41

Figura 3.2: Produto rastreado desde sua producao [7].

• Etapa 3: produto “Y” chegou as 1:30 AM no Distribuidor “Z” no caminhao 25 e saiu as

9:45 AM no caminhao 76 para Drogaria “T”;

• Etapa 4: o produto “Y” chegou as 7:00 PM na Drogaria “T” .

3.3.3 Aplicacao da tecnologia RFID em sistemas de manufatura

Segundo Bhuptani e Moradpour [14]: “Em virtude de a tecnologia RFID poder captar

eletronicamente os dados durante determinadas etapas do processo, os dados sobre os resul-

tados operacionais se tornam mais rapidamente disponıveis em tempo real”. Isto por sua vez,

facilita uma analise e um ajuste mais preciso dos processos operacionais. O uso da tecnologia

RFID e comum na automacao industrial, pelo fato de cada etapa no processo de manufatura ser

precedida por outra etapa especıfica e predeterminada, as etiquetas de RFID sao utilizadas para

registrar as etapas em que o produto passou.

Em cada nova etapa, um leitor RFID consulta a etiqueta para garantir que o item passou

por todas as etapas anteriores a atual. Isto e muito vantajoso quando um produto passa por

um processo que muda sua aparencia para sempre como e o caso das etapas de pintura. Um

exemplo e um automovel que ja esta em uma etapa da linha de montagem e o processo no

momento exige o conhecimento da pintura interna que nao esta mais visıvel para o operador.

Esta informacao da cor pode estar gravada na etiqueta e permitir que o processo de montagem

continue corretamente.

3.3.4 Integracao entre RFID, Sistemas de informacao e Manufatura

Segundo Hua et al. [8], por meio da integracao da tecnologia RFID aos sistemas de manufa-

tura flexıvel, um maior numero de informacoes pode ser transferido em tempo real e com maior

42

detalhamento, aprimorando a produtividade e provendo um alto nıvel de controle de qualidade,

evitando o desperdıcio de tempo com retrabalho de produtos.

Na arquitetura do sistema de informacao da Figura 3.3, observa-se um sistema MES subdi-

vidido em tres nıveis, sendo que a tecnologia RFID esta integrada no nıvel de chao de fabrica de

forma a permitir a captacao das informacoes de processo em tempo real. Os leitores estao trans-

mitindo e recebendo informacoes do chao de fabrica provenientes da automacao industrial, do

sistema de abastecimento de pecas na linha de producao e de processos envolvendo operadores

(workers).

Figura 3.3: Integracao da tecnologia RFID com Sistema MES [8].

Segundo Baudin e Rao [23], o RFID pode ser usado como um sistema a prova de erros

em um fluxo variado de montagem de certos produtos tal com computadores pessoais, que

nao tem diferencas dimensionais entre si e assim nao podem ser facilmente diferenciados por

operadores. Muitas aplicacoes de RFID em manufatura estao centradas na total identificacao

automatica de objetos que nao podem ser lidos a partir do alinhamento entre o objeto e o leitor.

Com o passar dos anos outras aplicacoes com a tecnologia RFID apareceram de acordo com

uma necessidade especıfica das empresas. Pode-se citar os exemplos:

43

• Toyota (Africa do Sul): Utilizacao de etiquetas RFID indexadas ao produto durante o

processo de manufatura para rastreamento e por todo ciclo de vida do mesmo mantendo

historico de manutencao do mesmo;

• Harley Davidson: Automacao de processos etiquetando carrinhos que carregam as pecas

para fornecer instrucoes para os operarios em cada etapa do processo;

• Johnson Controls: Rastreamento de bancos de carros e caminhos por todos os processos

de producao.

Segundo Gunther, Kletti e Kubach [7], aplicacoes com a tecnologia RFID pelas industrias

estao normalmente ligadas ao sistema de controle de processo de producao tal como o sistema

de manufatura flexıvel onde prevalecem os estudos de caso com os seguintes objetivos:

• Leitura de produtos: Em algumas plantas de manufatura o produto a ser lido pode ter um

formato que dificulte a fixacao da etiqueta de codigo de barras para a leitura automatica

requerendo a intervencao humana na operacao, ao contrario, a etiqueta RFID pode ser

lida automaticamente, pois nao depende do posicionamento no produto e sim da presenca

da mesma no produto;

• Rastreamento do produto: Um melhor rastreamento assegura a precisao e a velocidade

dos relatorios sobre o ”status” de producao. Melhor rastreamento tambem permite uma

analise mais detalhada do processo e pode assim reduzir erros de producao e aprimora-

mento da qualidade;

• Identificacao de problemas de qualidade: A tecnologia RFID e a chave para rastrear pro-

dutos que apresentam problemas de qualidade. Quando um erro de producao e detectado,

todos os produtos potencialmente afetados devem ser checados manualmente e se pro-

duto ja foi embarcado, a checagem deve ser fora das dependencias da empresa elevando

custos operacionais e ate judiciais. Com o aprimoramento do rastreamento pela precisao

e detalhes da informacao os produtos defeituosos podem ser facilmente detectados;

• Gerenciamento Metadata: O acompanhamento de documentos junto ao produto durante

o processo de manufatura e usado frequentemente na industria. Estes documentos sao

chamados de “metadata” e contem informacoes necessarias ao processo de manufatura.

Tal documento pode ser perdido durante o processo de atualizacao do mesmo ja que nao

esta incorporada fisicamente ao produto.

44

Segundo Finkenzeller [5], a descentralizacao das informacoes para aquisicao de dados do

produto referentes a processos pode ser obtida com a utilizacao da tecnologia RFID. Na Figura

3.4 se observa uma arquitetura centralizada onde, em cada etapa de fabricacao existe a necessi-

dade de diferenciar o processo para atender a especificacao do produto. Um computador central

toma a decisao ou informa qual processo deve ocorrer naquele exato momento baseado no dado

armazenado no banco de dados central e fornece o comando para tomada de decisao como se

pode observar pela linha pontilhada.

Tal arquitetura requer uma continua monitoracao do processo pelo computador central que

toma a decisao, por exemplo, se o produto sera pintado em uma determinada cor na etapa

“Pintura 1” ou “Pintura 2”, ou que apos a pintura deva seguir para uma operacao adicional ou

passar diretamente para a colagem (Gluing). Esta dependencia de tomada de decisao exige que

o computador central seja infalıvel caso contrario o controle sobre o processo pode ser perdido

e tanto o objeto quanto o equipamento pode ate ser danificado. A velocidade de processamento

das informacoes realizado pelo computador central deve ser alta para que nao ocorram atrasos

nos processos.

Figura 3.4: Arquitetura de controle centralizado. [5].

Na Figura 3.5, se observa uma proposta de controle descentralizado da operacao por meio

de etiquetas com alta capacidade de armazenamento de dados. Com a possibilidade de leitura

e escrita, as etiquetas atuam como uma memoria movel com muitas informacoes sobre as ca-

racterısticas do produto como, por exemplo, a cor que o mesmo deve ser pintado. Com estas

45

informacoes na etiqueta que acompanha o produto, nao ha a necessidade de interrogar o com-

putador central para direcionar o produto para o processo de pintura “Pintura 1” ou “Pintura 2”,

pois esta informacao ja esta na etiqueta. O resultado da pintura tambem pode ser gravado na

etiqueta, assim a decisao de se fazer ou nao um processo adicional pode tambem ser descentra-

lizado.

O comando agora e realizado pelos leitores RFID capacitados com um software para in-

terpretacao das informacoes de processo armazenadas na etiqueta, como por exemplo, um pre-

ajuste (setup) no equipamento que seja apenas necessario em um produto especıfico.

Figura 3.5: Arquitetura de controle descentralizado [5].

Segundo Randy [24], em aplicacoes industriais, muitas empresas estao optando por seguir

as normas ISO 15693, que estabelece a frequencia de 13,56 MHz para etiquetas RFID passivas

de acoplamento remoto (indutivo) usada no transporte de dados, pois em aplicacoes industriais,

esta frequencia esta fora do alcance dos campos de interferencia. Outro motivo e que esta faixa

de frequencia tambem e utilizada como padrao mundial para aplicacoes industriais em RFID e

seu uso esta bem regulamentado.

Uma das maiores dificuldades na implementacao de sistemas RFID em ambientes industri-

ais e a temperatura que o produto e exposto nos processos de pintura. Nos sistemas produtivos

com alta capacidade de producao, o tempo de cura da tinta utilizada no processo de pintura esta

abaixo de 45 minutos, ou seja, as temperaturas internas das estufas de secagem estao proximas

de 120o Celsius.

Este problema pode ser resolvido com o uso de etiquetas que podem operar nesta faixa de

temperatura e suportar temperaturas de aproximadamente 210o Celsius, como e o caso de um

46

projeto RFID realizado no sistema de pintura da Toyota da Africa do Sul em 2008.

O sistema produtivo da Toyota utilizava o sistema chamado de “Job Card“, que apenas

auxiliava a operacao e nao podia ser monitorado pelo sistema de gerenciamento da producao

em tempo real. A unica maneira que a Toyota encontrou para obter a visibilidade de sua cadeia

produtiva em tempo real foi utilizar a tecnologia RFID. Apos estudos e testes, uma arquitetura

ideal para a aplicacao foi definida por uma empresa integradora. Leitores modelo HMS820 de

escrita e leitura foram instalados em setores chaves da cadeia produtiva como tambem diversas

etiquetas HMS150HT [9].

Um modulo MM80 foi utilizado para a comunicacao entre os leitores e o sistema de geren-

ciamento da producao. As etiquetas passivas foram instaladas nos dispositivos de transporte

e sao capacitadas para operarem em ambientes quimicamente agressivos e com altas tempera-

turas. Este requisito e necessario porque os dispositivos de transporte conduzem os veıculos

por tanques com reagentes quımicos, tinta e por estufas de secagem com temperaturas supe-

riores a 120o C. Alem da capacidade de monitoracao da producao em tempo real, as etiquetas

passivas instaladas com propriedade de leitura e escrita puderam ser utilizadas para registro de

manutencao dos dispositivos de transporte auxiliando o programa de manutencao da empresa e

contribuindo para atenuar as paradas de producao. Na Figura 3.6, se observa a etiqueta RFID

utilizada no projeto e a sua ficha tecnica.

Figura 3.6: Etiqueta instalada no dispositivo de transporte [9].

47

3.4 Melhoria de desempenho

3.4.1 Metricas de desempenho de processos de manufatura

Segundo Al–Aomar [11], as metricas da manufatura estao associadas a quatro criterios

essenciais da Engenharia Industrial (EI): Produtividade (Productivity), Qualidade (Quality),

Confianca (Reliability), e Eficacia (Effectiveness). Associados ao PQCE estao o Custo e a

Seguranca, porem sao outros criterios essenciais de EI.

Segundo Al-Aomar[11], pode-se descrever cada criterio PQCE como:

• Produtividade (Productivity): criterio focado no fluxo de unidades em fabricacao e do

rendimento geral de um sistema ou de um determinado ponto do mesmo;

• Qualidade (Quality): criterio focado na capacidade de processo e do sistema para produzir

produtos que estao livres de defeitos e reparos;

• Confianca (Reliability): criterio focado sobre a disponibilidade dos processos, do sistema

e sua capacidade de entregar produtos como programado;

• Eficacia (Effectiveness): criterio de eficacia focado em um mundo real de manufatura.

Corresponde a capacidade do sistema em produzir produtos consistentemente com a qua-

lidade esperada, com o tempo de ciclo de operacao especificado e sem interrupcoes de

producao.

Os PQCE podem ser utilizados individualmente ou em conjunto, dependendo do ponto

do sistema de manufatura que se deseja melhorar. Estes criterios fornecem informacoes im-

portantes para uma analise comparativa entre diferentes estruturas de manufatura. Segundo

Al–Aomar [11], a quantificacao dos criterios PQCE por meio de suas metricas de desempenho

de manufatura (MPM) e necessaria para orientar melhorias e estudos de otimizacao, bem como

analises comparativas de desempenho possam ser conduzidas por engenheiros de processo e

projetistas de sistemas. Formulas para calcular as metricas sao principalmente baseados em um

conhecimento do que constitui cada metrica e da associacao de cada criterio de desempenho

correspondente ao PQCE. As formulas e os ındices definidos para cada MPM correspondente

ao PQCE ao nıvel de processo de Manufatura sao apresentados no anexo C.

MPMs ao nıvel de processo sao relacionados ao desempenho conseguido por equipamentos

ou linhas de producao. MPMs de equipamentos sao aqueles relacionados a processos indivi-

duais e estacoes de trabalho, tais como: centros de usinagem, estacoes de montagem e testes

48

de operacoes. A eficacia total do processo OPE (Overall Process Effectiveness) e uma medida

global do desempenho de um processo que reune a maioria das condicoes do mundo real, tal

como: tempo de parada de equipamento por quebra, frequencia de quebra, ındices de produtos

defeituosos, tempo de parada do equipamento por bloqueio de pecas, por falta de pecas e por

atraso de pecas.

3.4.2 Ferramentas da Qualidade

Em muitas empresas, sao aplicados alguns metodos e ferramentas para a melhoria da qua-

lidade dos sistemas de producao, tais como:

• Folha de Registro (para coleta de dados);

• Estratificacao (para poder fazer amostragem);

• Histograma (para ilustrar variacoes);

• Diagrama em espinha de peixe (Ishikawa - para identificar a origem dos problemas);

• Diagrama de Pareto (para hierarquizar fatos);

• Diagramas ou cartas de controle (para controlar o processo);

• Diagrama de correlacao (para mostrar correlacoes).

Estas ferramentas de qualidade entre outras suportam metodologias para melhoria contınua

do desempenho dos sistemas de manufatura. A coleta de dados e a fase inicial de pesquisa para

qualquer fenomeno e exige uma analise estatıstica dos dados. Os dados coletados devem ser

agrupados de forma que seu manuseio, visualizacao e compreensao sejam simplificados.

No entanto, para selecionar os fatores com potencial para influenciar o desempenho deste

sistema de manufatura e posteriormente para que possam ser avaliados, utiliza-se o metodo de

mapeamento do processo descrevendo as etapas por meio de uma representacao grafica con-

forme se observa no exemplo da Figura 3.7.

Para a pesquisa da causa raiz de problemas um metodo particularmente efetivo e o Diagrama

de causa e efeito, tambem conhecido como “espinha de peixe” ou “diagrama de Ishikawa” como

se pode observar na Figura 3.8. Para Rotondaro et. al. [26], e uma ferramenta utilizada para

apresentar a relacao existente entre um determinado resultado de processo e os diversos fatores

que podem influenciar este resultado.

49

Figura 3.7: Mapa conceitual do fluxo do processo [10].

Figura 3.8: Diagrama de Ishikawa ou espinha de peixe [5].

O autor do diagrama, Kaoru Ishikawa, foi um dos nomes importantes no movimento para

a qualidade total nos processos produtivos japoneses. O diagrama e de simples entendimento

e pode ser construıdo por uma ou um grupo de pessoas. O conhecimento apurado sobre o

processo, por parte das pessoas envolvidas, e fundamental para definir uma ou mais causas

do efeito indesejavel. As causas podem estar relacionadas aos seguintes fatores: Materiais,

Maquinas, Mao de Obra (homens), Metodo e no caso de sistemas produtivos, Meio de Medicao

e Meio Ambiente.

Para Slack et. al. [25], em qualquer processo de aprimoramento, vale a pena distinguir entre

o que e importante e o que e menos importante, distinguir as questoes “pouco vitais” das “muito

triviais”. Um metodo para quantificar os fatores em relacao ao efeito e Diagrama de Pareto que

e descrito por Rotondaro et. al. [26] como uma representacao grafica de dados que possibilita

a visualizacao dos pontos que mais contribuem para um determinado problema, sendo assim se

concentrados os esforcos nestes pontos, maiores serao os ganhos em melhoria do processo.

Como se observa na Figura 3.9, a representacao grafica do Diagrama de Pareto consiste em

um grafico de barras que ordena as frequencias das ocorrencias da maior para a menor e permite

50

a localizacao de tipos de defeitos com maior percentual de contribuicao para um determinado

problema.

Figura 3.9: Exemplo de Grafico de Pareto.

O defeito tipo “A” tem maior contribuicao no total de defeitos que o defeito tipo “B”, que

por sua vez e maior que o “C”. Note que ao se optar por solucionar os defeitos tipo A, B e C,

mais que 70% dos problemas serao solucionados.

3.4.3 Metodologia DMAIC

O ciclo chamado de PDCA (Planejar, Executar, Verificar e Agir) e uma metodologia uti-

lizada para melhoria constante dos processos de manufatura que segundo Slacks et. al. [25], o

PDCA implica literalmente em um processo sem fim, questionando continuamente os trabalhos

detalhados da operacao. A Motorola aprimorou o PDCA criando o MAIC (Medir, Analisar,

Melhorar e Controlar) que foi adotado pela GE (General Electric) que passou o mesmo para

DMAIC, acrescentando a etapa “Definir”. O DMAIC na metodologia 6-Sigma, que de acordo

com Rotondaro et. al. [26] e uma filosofia de trabalho para alcancar, maximizar e manter o

sucesso comercial de uma empresa, se tornou a base operacional para sua aplicacao. O DMAIC

e um acronimo para:

• Definicao de oportunidade: compreensao do problema que esta sendo abordado e sua

caracterıstica crıtica para a qualidade (CPQ);

• Medicao de desempenho: estabelecimento de tecnicas de coleta de dados sobre o desem-

penho atual dos processos identificados na fase de definicao de oportunidades;

• Analise de oportunidade: encontrar as oportunidades de melhoria com bases da analise

dos dados coletados na medicao de desempenho;

51

• Implementacao de melhoria de desempenho: desenvolver, implementar e validar as alter-

nativas de melhoria que conduzam a melhoria do desempenho CPQ;

• Controle de desempenho: institucionalizacao do processo / melhorias de produtos e moni-

torar o desempenho do sistema, a fim de sustentar os ganhos obtidos na fase de melhorar.

3.4.4 Medida de capacidade DPMO

De acordo com Rotondaro et. al. [26], em termos de calculo da capacidade do sistema,

variaveis de atributo definidas como falhas de identificacao podem ser consideradas como de-

feito. O conceito “defeitos por milhao de oportunidades (DPMO)” pode ser utilizado como

ındice de capacidade do sistema de manufatura como se observa na Equacao 3.1 abaixo.

DPMO =D

N ×O×1.000.000 (3.1)

onde:

D = Numero de defeitos;

N = Numero de unidades produzidas;

O = Numero de oportunidades de defeito por unidade;

DPMO = Defeitos por milhao de unidades produzidas.

3.4.5 Medida de capacidade sigma (σ ) de um processo

Um benefıcio de calculo dos valores de sigma e que ele e uma metrica universal que pode ser

utilizada para medir o desempenho da melhoria de qualidade de qualquer processo em termos

de variaveis por atributo (com defeito ou sem defeito). O nıvel sigma pode ser comparado ao

numero de operacoes defeituosas por milhao (DPMO), como se pode observar na Tabela 3.3. O

custo da baixa qualidade do que e vendido aumenta proporcionalmente em relacao ao aumento

do numero de operacoes defeituosas, e como consequencia, ocorre a perda de competitividade.

3.5 Modelagem e Simulacao de Eventos Discretos

A utilizacao da simulacao computacional comecou a se tornar comum nas empresas a par-

tir da decada de 80, impulsionada pela necessidade da deteccao da causa raiz das falhas nos

52

Padrao Sigma DPMO Custo da baixa qualidade das vendas Posicao competitiva1σ 691.462 > 40%

Nao competitiva2σ 308.538 30−40%3σ 66.807 20−30%

Media da Industria4σ 6.210 15−20%5σ 233 10−15%

Classe Mundial6σ 3,4 < 10%

Tabela 3.1: Medida de capacidade sigma [15].

processos de manufatura. O avanco da eletronica tambem contribuiu, pois forneceu computa-

dores com maior velocidade de processamento, assim a utilizacao de softwares com interfaces

graficas de facil compreensao se tornou possıvel em equipamentos de pequeno porte.

Em termos de utilizacao e disseminacao da simulacao computacional, as empresas brasi-

leiras estao com pelo menos com uma decada de atraso em relacao as empresas americanas e

europeias, portanto pode-se afirmar que seu crescimento para analise de melhoria nos SMF de

empresas brasileiras e certo. A intencao maior da modelagem e capturar o que realmente e im-

portante em um sistema. Um sistema de manufatura, como qualquer outro sistema, e composto

por um agrupamento de partes que operam juntas visando um objetivo comum e este objetivo

deve ser conhecido com clareza para que estas partes possam ser identificadas.

Em geral, o objetivo da simulacao e imitar de forma fiel o comportamento de um sistema

real, que existe fisicamente, atraves da modelagem de seus componentes. No entanto, e possıvel

simular um sistema hipotetico, quando e necessario obter seu comportamento em situacoes

praticas. Este procedimento e viavel e comum na pratica, mesmo que o processo de validacao

do modelo deste sistema seja mais difıcil do que validar o de um sistema existente. Segundo

Chwif e Medina [12], um modelo de simulacao e uma abstracao da realidade que se aproxima

do verdadeiro comportamento de um sistema real, mas sempre com uma complexidade menor.

O termo simulacao pode ser classificado em duas categorias: computacional e nao com-

putacional. A simulacao nao computacional, como o proprio nome diz, e aquela que nao utiliza

um computador, como por exemplo, simular o comportamento de um barco no mar por meio de

um prototipo em tamanho reduzido em um tanque de agua ou um aviao em um tunel de vento.

A simulacao computacional e dependente de um computador e de um software especıfico para

tal. Porem o objetivo e o mesmo da simulacao nao computacional que e a de ser um teste,

experiencia ou um ensaio para:

• Analisar um novo sistema antes de sua implantacao;

• Melhorar a operacao de um sistema ja existente;

53

• Compreender melhor o funcionamento de um sistema;

• Confrontar resultados;

• Medir eficiencias.

De acordo com Harrel et. al. [27], muitas empresas possuem recursos para melhorias

significativas, tanto para a produtividade quanto para a qualidade, porem muitas sugestoes em-

basadas em conhecimento e criatividade nao sao consideradas devido a incerteza dos ganhos ou

medo de falhas que estas ideias possam trazer ao sistema. O custo associado a mudanca pode

tambem ser alto, tanto no nıvel de investimento, quando em perdas de producao decorrentes da

interrupcao das operacoes. A instalacao de um equipamento apenas em carater de teste seria fi-

nanceiramente inviavel e experimentacoes com configuracoes alternativas seriam praticamente

impossıveis.

Para Harrel et. al. [27] avancos na tecnologia de simulacao tem tornado o uso de mode-

los computacionais mais aplicaveis a tomada de decisao de rotina, especialmente no projeto

de sistemas futuros baseados nos dados atuais. A simulacao apresenta excelente desempenho

tanto na avaliacao de um sistema existente quanto para a avaliacao do projeto de um novo sis-

tema, permitindo que gerentes, engenheiros e outros possam analisar os impactos em sistemas

extremamente complexos e assim tomar as decisoes importantes.

Segundo Chwif e Medina [12], a area de manufatura, depois da militar, e o segundo maior

campo de aplicacao da simulacao, podendo ser aplicada em varios pontos da manufatura, tais

como:

• Sistemas de movimentacao e armazenagem de materiais como por exemplo, esteiras

transportadoras;

• Linha de montagem;

• Celulas automatizadas;

• Problemas de programacao de producao.

No entanto para Chwif e Medina [12], a simulacao nao e uma panaceia que pode ser apli-

cada para resolver qualquer problema, como por exemplo, no caso do problema ser estatico,

onde os estados do sistema nao se alteram, ela nao tem nenhuma utilidade.

Simulacao pode ser definida como a tecnica de imitar o comportamento de um sistema

por meio de um modelo analogo, objetivando ganhar informacao sobre o sistema de forma

54

mais conveniente. A simulacao e uma tecnica de analise aplicavel a sistemas dinamicos, isto

e, sistemas que possuem um comportamento. Este comportamento deve ser representado no

modelo do sistema a ser simulado, apresentando como resultado a evolucao do estado do modelo

ao longo do tempo, ou pela acao dos eventos.

Uma possıvel classificacao dos sistemas dinamicos se baseia nas variaveis discretas ou

contınuas, que compoem o modelo e que sao utilizadas para representar o sistema real. As

variaveis discretas tem seus valores definidos dentro de um conjunto enumeravel de valores. Em

contraposicao a elas, estao as variaveis contınuas, na qual os valores de suas variaveis compoem

um intervalo de numeros reais. Como resultado desta dicotomia, os sistemas dinamicos podem

ser classificados em sistemas de variaveis contınuas ou sistemas a eventos discretos.

No caso da simulacao discreta, o sistema a ser simulado e abstraıdo como um sistema a

eventos discretos (determinıstico ou estocastico), representado por relacoes de causalidade entre

a ocorrencia de eventos e a evolucao do estado do sistema. O evento discreto e instantaneo, isto

e, de duracao nula, e resulta em uma mudanca no estado do sistema. Um exemplo e o termino

do ciclo de operacao de uma maquina.

A simulacao discreta e amplamente aplicada para sistemas de manufatura, e tem como

objetivo estimar o desempenho do sistema, permitindo, por exemplo, a analise do impacto de

paradas de maquina, quebras de transportadores e outras situacoes. Para Harrel et. al. [27]

avancos na tecnologia de simulacao discreta tem tornado o uso de modelos computacionais

mais aplicaveis a tomada de decisao de rotina, especialmente no projeto de sistemas futuros

baseados em dados atuais.

Os sistemas de manufatura integrados a Sistemas de Execucao de Manufatura (MES) sao

definidos por Correa, Gianesi e Caon [22] como sistemas de chao de fabrica orientados para

a melhoria de desempenho que complementa e aperfeicoa os sistemas integrados de gestao

(planejamento e controle) da producao. Dados de manufatura podem ser obtidos diretamente

destes sistemas. Estes dados inseridos no modelo de simulacao e as formulas das metricas de

processo geram as metricas necessarias para o calculo do PQCE. Esta metodologia pode ser

observada na Figura 3.10.

3.5.1 Metodologia de Simulacao

A construcao de um programa em um computador nao deve ser considerada como uma

simulacao e sim, uma etapa da mesma. Como se observa na Figura 3.11, para o desenvolvi-

mento de uma simulacao, basicamente tres atividades devem ser consideradas:

55

Figura 3.10: Metodologia para determinar o PQCE [11].

Figura 3.11: Metodologia de simulacao [12].

• Concepcao e formulacao do modelo: deve-se entender claramente o sistema a ser sim-

ulado e seus objetivos para definicao de qual sera o escopo do modelo, suas hipoteses

e seu nıvel de detalhamento. O modelo deve ser representado por alguma tecnica de

representacao grafica, por exemplo, um diagrama de fluxo do processo a fim de torna-lo

um modelo conceitual e assim possibilitar seu entendimento pelas pessoas envolvidas no

projeto. Os dados de entrada sao coletados em funcao do modelo;

• Implementacao do modelo: o modelo conceitual e convertido em um modelo computa-

cional por meio de uma linguagem de simulacao ou um simulador comercial, como o

Witness, que e utilizado neste trabalho;

56

• Analise dos resultados do modelo: com o modelo computacional pronto para a realizacao

dos experimentos temos ao modelo experimental ou modelo operacional pronto para

simulacao e posterior coleta dos resultados. Mesmo com varias simulacoes realizadas

e sem os resultados conforme o esperado, o modelo pode ser revisto e depois reiniciado

para nova coleta de resultados.

3.5.2 Coleta dos dados de entrada

Segundo Slack et. al. [25], sempre existe a possibilidade de que ocorram falhas em um

sistema. Pode-se ate aceitar que elas ocorram, porem nao elas nao podem ser ignoradas. Deve-

se entender porque alguma coisa falha e ser capazes de medir o impacto dessa falha no sistema.

A coleta de dados e uma fase importante de qualquer pesquisa de um fenomeno e exige uma

analise estatıstica dos dados.

Os dados coletados devem ser agrupados de forma que seu manuseio, visualizacao e com-

preensao sejam simplificados. Segundo Chwif e Medina [12], os dados coletados necessitam de

tratamento, ou seja, da utilizacao de ferramentas estatısticas para uma melhor compreensao do

fenomeno e tambem para evitar que analise seja realizada com um dado coletado erroneamente

ou um dado gerado por um evento raro no processo.

Segundo Harrel et. al. [27] na falta de algum dado preciso, dados pressupostos podem

ser considerados para o modelo inicial, porem uma analise futura deve ser realizada para de-

terminar a importancia do seu efeito no desempenho do sistema. O resultado esperado e que

os dados mais detalhados desta variavel nao sejam significativos a mudanca dos resultados de

desempenho.

3.5.2.1 Coleta e tratamento dos dados

O objetivo da coleta de dados e o de obter uma amostra representativa do fenomeno ja

que e impraticavel se realizar o levantamento de dados de toda uma populacao. Harrel et. al.

[27] menciona que algumas organizacoes possuem informacoes detalhadas em alguns aspectos

de sua operacao. Parametros como tempos de operacao, frequencia de paradas de maquinas,

tempo de reparos de manutencao e informacoes superficiais de outras areas, sao normalmente

utilizados para a medida de desempenho de producao.

Dados obtidos a partir de especificacao de fornecedores ou de maquinas e equipamentos

similares em operacao podem ser utilizados quando se esta desenvolvendo um modelo que nao

existe. Todo projeto de simulacao e beneficiado pela abundancia de dados precisos, porem este

57

cenario ideal dificilmente pode ser obtido na pratica. O tratamento dos dados deve ser feito por

ferramentas estatısticas descritivas para analisar o grupo de dados coletados e assim entender

melhor o fenomeno em estudo.

Qualquer levantamento de dados esta sujeito a valores nao usuais que sao chamados de

outliers, que podem surgir em decorrencia de erros na coleta ou de um evento raro e inesperado.

Estes outliers sao um problema para uma analise correta do estudo, pois afetam seus resultados

distorcendo as estimativas e levando a conclusoes erradas sobre o fenomeno.

Outliers devem ser encontrados, analisados e removidos, ja que nao representam correta-

mente o fenomeno. Um modo de quantificar um outlier e determinar se ele e discrepante, mo-

derado ou extremo. Outliers extremos e moderados podem influenciar na analise do fenomeno

levando a construcao de um modelo que nao representa a realidade do processo ou sistema. No

anexo D e apresentado um metodo para analisar possıveis outliers em uma amostra.

Segundo Chwif e Medina [12], o metodo de retirada de outliers da amostra e normalmente

realizado, porem nem sempre pode ser desprezado caso seja conhecido como uma caracterıstica

propria do fenomeno. Sempre que ocorrer duvida e necessario aumentar o tamanho da amostra,

pois esta situacao e comum na simulacao de eventos discretos que tem como caracterısticas filas

de tempos de chegada com distribuicao exponencial e outras distribuicoes semelhantes.

3.5.2.2 Inferencia e Testes de aderencia

Para Chwif e Medina [12], uma vez realizado o tratamento dos dados coletados por meio

da identificacao e retirada ou nao dos outliers, e fundamental identificar uma distribuicao de

probabilidade que seja representativa ao fenomeno em estudo. No anexo E, e apresentado um

metodo de inferencia para identificar uma distribuicao de probabilidade .

O teste de aderencia valida se a distribuicao de probabilidade escolhida representa o feno-

meno, ou seja, o comportamento e igual aos dos dados tratados. A hipotese de aderencia (ou

hipotese nula) e denominada como Ho.

Segundo Chwif e Medina [12], dois testes classicos para verificacao da aderencia dos dados

sao o Qui-quadrado e o Kolmogorov-Smirnov, contudo softwares estatısticos como Minitab, o

qual foi utilizado no desenvolvimento deste trabalho, fornecem o fator denominado p-value.

P-values sao frequentemente usados em testes de hipotese onde se quer rejeitar ou nao

rejeitar uma hipotese nula. O p-value representa a probabilidade de cometer um erro de tipo

1, ou rejeitando a hipotese nula quando ela e verdadeira. Quanto menor o p-value, menor e a

probabilidade de que voce estaria cometendo um erro ao rejeitar a hipotese nula.

58

Um valor de significancia normalmente utilizada e de α = 0,05 , o que representa rejeitar a

hipotese nula quando o p-value e menor que 0,05. O Minitab exibe automaticamente p-values

para a maioria dos testes de hipoteses, o que possibilita a tomada de decisao pela rejeicao ou nao

da hipotese de aderencia Ho em comparacao a um nıvel de significancia (α), como se observa:

• Se p-value ≤ α , entao Ho e rejeitado, ao nıvel de significancia α;

• Se p-value > α , entao Ho nao e rejeitado, ao nıvel de significancia α .

Quanto menor o valor de p-value obtido por meio da analise da populacao maior e o motivo

para se rejeitar a hipotese Ho. Em termos praticos existem criterios usuais para classificacao do

p-value com um nıvel de confianca de 95% (α = 0,05):

• p-value < 0,01 – Evidencia forte contra a hipotese de aderencia;

• 0,01 ≤ p-value < 0,05 – Evidencia moderada contra hipotese de aderencia;

• 0,05 ≤ p-value < 0,10 – Evidencia potencial contra hipotese de aderencia;

• 0,10 ≤ p-value – Evidencia fraca ou inexistente contra a hipotese de aderencia.

Segundo Harrel et. al. [27], muitos testes estatısticos estao disponıveis para determinar se

uma distribuicao pode representear a amostra independente da distribuicao ajustada. Tal teste

e chamado de “bondade de ajuste” (goodness-of-fit) e pode ser utilizado para avaliar a hipotese

nula. Neste trabalho, utiliza-se o software estatıstico Minitab para aplicar o metodo “goodness-

of-fit” e validar a hipotese de aderencia.

3.5.3 Modelo de simulacao

A primeira etapa para criacao de um modelo de simulacao e criar uma abstracao deste

modelo que deve estar fortemente ligada ao objetivo da simulacao. Se o objetivo e obter

informacoes sobre o desempenho de produtividade de um sistema de manufatura, todas as

informacoes que afetem diretamente a capacidade de producao deste sistema devem fazer parte

deste modelo. Alguns exemplos seriam os intervalos de parada de producao relacionados a

quebra de equipamentos, tempos de reparo, falta de materiais, tempo de ciclo de maquina e o

proprio fluxo de processos.

59

O segundo passo do modelo abstrato e torna-lo conceitual, observando a sequencia das

operacoes envolvidas, ou seja, a logica de funcionamento. A interacao do engenheiro respon-

savel pelo desenvolvimento do modelo com a area usuaria e fundamental para que na etapa de

simulacao computacional ajustes significativos no modelo nao sejam necessarios.

A simulacao computacional do modelo pode ser feita por uma linguagem de simulacao ou

por um software simulador, sendo que a primeira opcao e a mais flexıvel, porem mais com-

plexa exigindo grande conhecimento na linguagem de programacao aplicada. No caso do soft-

ware simuladores como Arena, ProModel , Simul 8 ou Witness, utilizado nesta dissertacao, e

necessaria a introducao de uma logica especifica no caso de modelos complexos.

A validacao do modelo comprova se o conceito no qual o modelo foi realizado corresponde

ao objetivo pelo qual o mesmo foi criado, ou seja, se o mesmo esta correto. A verificacao do

modelo esta relacionada com a etapa computacional, ou seja, se o desenvolvimento do modelo

foi realizado corretamente.

60

4 ESTUDO DE CASO

Em muitos casos durante a etapa 6-Sigma de “adotar a melhoria de desempenho” uma

equipe de trabalho pode definir que a melhor alternativa para solucionar a causa raiz do baixo

desempenho de seu processo seja a adocao de uma nova tecnologia, como por exemplo, a tec-

nologia RFID. No estudo de caso proposto, a deficiencia da tecnologia de identificacao do pro-

duto em uma etapa do processo de pintura da industria automobilıstica afeta o desempenho deste

sistema. Por meio da metodologia DMAIC, que significa : definir, medir, analisar, melhorar

(improvement) e controlar, o sistema e avaliado e oportunidades de melhoria no desempenho do

sistema sao investigadas. Contudo, uma tomada de decisao confiavel pelo aprimoramento tec-

nologico deste sistema depende de uma analise que contemple os eventos dinamicos e aleatorios

que acontecem no mesmo.

A simulacao computacional de elementos discretos busca auxiliar a tomada de decisao pela

incorporacao da tecnologia RFID em comparacao com a tecnologia deficiente, estimando ga-

nhos de desempenho.

O estudo de caso proposto parte do princıpio que a metodologia utilizada para avaliacao da

melhoria e o DMAIC e que a etapa de “Definicao” da oportunidade esta identificada na area de

contexto observada na Figura 4.1. A analise detalhada das etapas de “Medicao” e “Analise” da

oportunidade fornece as informacoes necessarias para a tomada de decisao na etapa de “realizar

a melhoria (Improvement)”. A metodologia consiste na comparacao entre o metodo analıtico e

o metodo de simulacao de eventos discretos para calculo do ganho em produtividade no sistema

de manufatura, delimitado pela area de contexto em dois cenarios distintos: o atual, que utiliza

a tecnologia de codigo de barras, e o proposto que utiliza a tecnologia RFID. Os resultados

obtidos sao utilizados como auxılio a tomada de decisao pela adocao da tecnologia RFID no

processo para melhoria da identificacao do produto.

O sistema de manufatura apresentado e flexıvel e processa atualmente tres modelos diferen-

tes de produtos independente da versao de cada modelo, ou seja, podem ser produtos basicos,

de luxo ou esportivos e em ate oito diferentes cores.

61

Figura 4.1: Fluxo do Processo de Pintura.

O sistema possui varias etapas importantes, porem as mais significativas para o nosso estudo

de caso sao:

• Etapa 1: Uma etiqueta de codigo de barras auto-adesiva chamada de CARIN (Car Identi-

fication Number) e fixada sobre um ponto especıfico na superfıcie do produto. O produto

esta montado em um dispositivo de transporte que realiza a sua movimentacao atraves

62

dos banhos de protecao contra corrosao;

• Etapa 2: Antes do inıcio dos banhos ocorre uma leitura da etiqueta de codigo de barras

para permitir o controle do sistema de informacao ILVS (In Line Vehicle Sequencing) e

assim os produtos sao registrados em uma determinada sequencia;

• Etapa 3: O produto apos receber o tratamento contra corrosao e transferido para outro

dispositivo de transporte que permitira sua movimentacao para os processos de pintura

seguintes;

• Etapa 4: Uma segunda leitura da etiqueta de codigo de barras (CARIN) e realizada para

reordenar a sequencia de producao, caso esta leitura nao ocorra, a producao nesta etapa

do processo deve ser paralisada.

4.1 Identificacao da oportunidade de melhoria

Segundo Rago et. al. [28], por meio de um sistema SCADA (Supervisory Control And Data

Acquisition) e possıvel fazer uma analise dos dados, avaliando informacoes como: status de

producao, tempos de ciclo, maquinas gargalos e demais informacoes necessarias para obtencao

uma imagem instantanea do chao de fabrica.

A falha de identificacao do produto na etapa 4 causou o efeito de paradas intermitentes

na linha de producao, identificacao manual e reimpressao da etiqueta CARIN. Os processos

posteriores a etapa 4 tambem necessitam de identificacao do produto, pois sao flexıveis, ou

seja, mudam conforme a caracterıstica do produto. O meio para realizar o registro das paradas

foi a utilizacao de um sistema de supervisao SCADA, que detectou o momento de parada da

linha de producao solicitado pela estacao e o intervalo de tempo entre a solicitacao e a parada

da linha de producao como se observa na Figura 4.2.

Dois ındices de desempenho das metricas de desempenho de manufatura: o tempo medio de

intervalo entre falhas MTBF (Mean Time Between Failures) e o tempo medio de reparo MTTR

(Mean Time To Repair).

O tempo medio entre as falhas (MTBF), na etapa 4, obtidos por meio dos registros do

sistema de supervisao SCADA forma listados na Tabela 4.1.

Os dados da Tabela 4.1 foram inseridos no software estatıstico Minitab para a identificacao

dos outliers contidos na populacao de intervalos entre paradas (MTBF). O grafico Boxplot ob-

servado na Figura 4.3 foi gerado e os outliers identificados foram os intervalos entre falhas de:

510; 540 e 720 minutos.

63

Figura 4.2: Exemplo de coleta de dados de paradas pelo sistema SCADA.

MTBF (minutos)228 48 7 246 26202 84 159 277 31068 6 202 27 133 24 70 510 15

377 2 393 12 77156 6 29 182 1394 34 19 368

720 193 65 2560 35 208 40

105 42 540 380

Tabela 4.1: Tempo de intervalo entre falhas (MTBF).

Figura 4.3: Grafico Boxplot para identificacao de outliers.

A identificacao e a posterior eliminacao dos outliers da amostra gerou uma nova tabela de

intervalos entre falhas, como se pode observar na Tabela 4.2. Estes outliers foram retirados da

amostra devido a probabilidade de erros nao somente do sistema SCADA, mas tambem gerados

64

MTBF (minutos)228 48 42 208 380202 84 7 246 2668 6 159 277 3103 24 202 27 13

377 2 70 12 15156 6 393 183 774 34 29 368 13960 193 19 25

105 35 65 40

Tabela 4.2: Tempo de intervalo entre falhas (MTBF) sem outliers.

pela mao de obra da equipe de manutencao e de operadores.

Os dados coletados foram inseridos no software estatıstico Minitab, onde resultado da

media entre falhas MTBF foi de 115,512 minutos com um desvio padrao de 120,162 minu-

tos.

Os tempos de reparo MTTR sao gerados pela falta de identificacao e nao pela falha do

sistema de leitura, portanto a acao de reparo na realidade e uma acao de reativacao do sistema

que necessita de um perıodo de 0,88 minuto. Para medida de desempenho dos outros elementos

do sistema SMF, foram considerados dados coletados no chao de fabrica como se observa na

Tabela 4.3.

Medida Sigla DesempenhoTempo de Ciclo da Operacao CT 1,12 minutosTempo de Medio entre Falhas MTBF 1144,47 minutos

Tempo de Reparo MTTR 1,47 minutoTaxa de Rejeicao RR 0%

Taxa de Qualidade QR 100%Desempenho de Eficiencia PE 80%

Tabela 4.3: Medidas de desempenho do SMF [3].

O metodo de calculo denominado como metodo analıtico utiliza as metricas de desem-

penho observadas no Capıtulo 3. O metodo busca estimar a producao teorica esperada de

dois pontos do sistema: o primeiro, no processo de leitura das etiquetas de codigo de barras

fixada ao produto, e o segundo, o processo de aplicacao da protecao em plastico. Estes pro-

cessos sao respectivamente, entrada e saıda da area de contexto. Os valores de desempenho

de eficiencia (PE), estimados no metodo analıtico, sao reais e determinados pela equacao PE

= 100 – (%Idle+%Blocked+%Delayed). As metricas de desempenho de manufatura (MPM)

foram utilizadas para o calculo de produtividade de dois cenarios: atual e com a incorporacao

da tecnologia RFID. Com os dados coletados e os valores dos ındices de manufatura fornecidos

65

pelo chao de fabrica, o metodo analıtico projetou uma capacidade teorica de saıda do sistema

em 4615 unidades produzidas, porem a capacidade teorica de entrada do processo de leitura foi

de 4586 unidades, como se observa na Tabela 4.4.

Manufatura Indices Sistema ProcessoTempo de Ciclo (min.) CT 1,12 1,12

Tempo de Medio entre Falhas (min.) MTBF 1144,5 115,5Tempo de Reparo (min.) MTTR 1,47 0,88

Taxa de Rejeicao %RR 0 0Taxa de Qualidade %QR 100 100

Desempenho de Eficiencia %PE 80 80Desempenho Formulas Sistema Processo

Producao Bruta Estimada (u/h) GR 53,73 53,73Confiabilidade Percentual %SAA 99,87 99,87

Taxa de Qualidade Percentual %QR 100 100Desempenho do Processo (u/h) SAC 53,66 53,66

Eficacia Geral do Processo %OPE 79,90 79,39Producao Real (u/h) LPC 42,93 42,66

Producao Semanal (unidades.) JPW 4615 4586

Tabela 4.4: Produtividade atual pelo metodo analıtico [3].

Verifica-se que a produtividade do processo de leitura com a tecnologia de identificacao

por meio de codigo de barras esta abaixo da produtividade do sistema delimitado pela area de

contexto em 29 unidades por semana de producao.

4.1.1 Capacidade sigma do processo

A capacidade Sigma do processo a partir dos dados coletados pelo sistema SCADA in-

dicam que ocorreram 56 defeitos relacionados a nao identificacao da carroceria (produto).

Estes defeitos foram definidos como variaveis qualitativas, tambem denominadas como atri-

butos na forma qualitativa nominal, ou seja, perfeito ou defeituoso. De acordo com Rotondaro

et. al. [26], em termos de calculo da capacidade do sistema para variaveis de atributo, definidas

como falha de identificacao igual a defeito, o conceito “defeitos por milhao de oportunidades

(DPMO)” pode ser utilizado. O DPMO obtido foi igual a 12.099,7 defeitos por milhao, o que e

equivalente a um nıvel sigma de 3,75.

4.2 Analise da o portunidade de melhoria

A analise da oportunidade de melhoria do processo busca analisar dados dos fatores poten-

ciais para quantifica-los e assim determinar a principal causa raiz do problema e seu percentual

66

de influencia em relacao a capacidade produtiva. O Diagrama de Causa e Efeito (Ishikawa)

como se observa na Figura 4.4 determina quatro fatores tem potencial de ser a causa raiz do

efeito do problema: Etiqueta, Leitor, ILVS e Operador.

Figura 4.4: Diagrama de Ishikawa para identificacao da causa raiz.

Com base nas observacoes do diagrama, uma nova coleta de dados foi realizada com o

proposito de determinar o nıvel de contribuicao ao problema de cada causa potencial identifi-

cada. Na Tabela 4.5 se pode observar o numero e tipo de falhas e suas respectivas causas.

Uma amostra 46 defeitos relacionados a nao identificacoes do produto foram registrados

e diagnosticados. Os dados de cada fase foram definidos como variaveis qualitativas, tambem

denominadas como atributos na forma qualitativa nominal, ou seja, perfeito ou defeituoso. A

definicao da principal causa raiz do problema foi obtida por meio da analise do grafico de

Pareto da Figura 4.5, construıdo a partir do detalhamento do tipo de falha e suas quantidades

observadas da tabela de tipos de falha. As primeiras quatro falhas representam 80% do total e

estao relacionadas a etiqueta de codigo de barras.

Conclui-se que com a substituicao da etiqueta ou com a adicao de uma outra tecnologia para

a mesma funcao, pode-se eliminar 82,6% das falhas, ou seja 46,26 em uma producao estimada

de 4.615 por semana. Ao se subtrair este valor do total de 56 falhas e realizando novamente

o calculo do numero de defeitos por milhao, DPMO e igual a 2.140, o que corresponde a um

67

Elemento Tipo de falha Quantidade de falhas

ETIQUETA

SEM 33SUJA 1

DESALINHADA 2DANIFICADA 1

SOLTA 0OUTRAS 1

LEITOR

SUJO 0DESALINHADO 0DANIFICADO 0

OUTRAS 0

ILVSNAO FUNCIONA 1

FALHA DE COMUNICACAO 7

OPERADORNA FRENTE DO LEITOR 0

OUTROS 0

Tabela 4.5: Tipo de falhas [3].

Figura 4.5: Diagrama de Pareto leitura RFID [13].

nıvel sigma de processo de 4,36.

Ao se considerar que as falhas provocadas pela perda da etiqueta de codigos de barras

podem ser eliminadas com a substituicao da mesma pela etiqueta RFID, pode-se estimar que

82,6% das falhas no processo sao eliminadas.

O resultado de capacidade produtiva para o processo e de 4.615 unidades, ou seja, o mesmo

que a capacidade do sistema. Isto ocorreu devido ao percentual de confiabilidade (%SAA) ser

iguais (99,87), como se observa na Tabela 4.6.

68

Manufatura Indices Sistema ProcessoTempo de Ciclo CT 1,12 1,12

Tempo de Medio entre Falhas MTBF 1144,5 663,84Tempo de Reparo MTTR 1,47 0,88Taxa de Rejeicao %RR 0 0

Taxa de Qualidade %QR 100 100Desempenho de Eficiencia %PE 80 80

Desempenho Formulas Sistema ProcessoProducao Bruta Estimada (u/h) GR 53,73 53,73

Confiabilidade Percentual %SAA 99,87 99,24Taxa de Qualidade Percentual %QR 100 100

Desempenho do Processo (u/h) SAC 53,66 53,32Eficacia Geral do Processo %OPE 79,90 79,89

Producao Real (u/h) LPC 42,93 42,93Producao Semanal JPW 4615 4615

Tabela 4.6: Produtividade estimada com RFID pelo metodo analıtico [3].

4.2.1 Proposta de melhoria

Os resultados do estudo apresentam como oportunidade de melhoria de desempenho do

sistema de manufatura a substituicao da etiqueta de codigo de barras fixada ao produto, visto

que 82,6% das falhas estao somente relacionadas a mesma, como se observa na Tabela 4.7.

Leitor Temperatura (oC) Duracao (hrs) Tam. da amostra Numero de falhasTRF7960RHBR 125 1000 5919 0

Tabela 4.7: Dados de MTBF do Leitor RFID [16].

As caracterısticas fısicas da etiqueta nao suportam as condicoes do ambiente em que ela

esta sendo submetida ou o processo de fixacao da mesma nao e robusto o suficiente para manter

o processo estavel, o que seria atingir um intervalo entre falhas compatıvel com os demais

elementos do sistema (1144,47 minutos).

Uma solucao tecnica e a adicao de um sistema RFID redundante ao sistema de codigo de

barras com as caracterısticas similares ao sistema RFID realizado na Toyota-SA, apresentado na

secao 3.3.4. Tratam-se de etiquetas passivas padrao ISO15693 operando na faixa de frequencia

de HF e com capacidade maior ou igual a 112 bytes. As etiquetas devem ser instaladas em

cada dispositivo de transporte que percorre o trajeto dos banhos e devem ter a capacidade de

operar em temperaturas de ate 200o Celsius (devido ao processo de cura da tinta nas estufas de

secagem).

Um segundo modelo de etiqueta com as mesmas caracterısticas, porem sem a necessi-

dade de operar em elevadas temperaturas, deve ser instalada nos dispositivos de transporte que

69

percorrem a area de contexto da proposta. Devem ser utilizados leitores com capacidade de

operacao no padrao ISO15693 e na frequencia de operacao da etiqueta RFID (tag) com com-

patibilidade de conexao com rede de dados.

Os leitores gravam as informacoes nas etiquetas dos dispositivos que percorrem os banhos

e as transferem para os dispositivos que percorrem a area de contexto. Em termos de confiabili-

dade do sistema (Reliability), os sistemas com a tecnologia RFID apresentam baixa frequencia

de falhas como se observa na Tabela 4.7.

O leitor TRF7960HBR da Texas Instruments nao apresentou falha em 5919 operacoes em

um perıodo de 1000 horas de uso. Caso apresentasse uma falha neste perıodo, o DPMO resul-

tante seria de 168,9 defeitos por milhao, o que equivale a um nıvel sigma de 5,08, que e melhor

que aos 4,36 desejados no estudo de caso.

4.2.2 Simulacao discreta

Ao se comprovar tecnicamente a capacidade do sistema RFID em atender as necessidades

de melhoria, e calcular por meio do metodo analıtico o ganho em desempenho do sistema RFID

em comparacao com o codigo de barras, se faz necessario a avaliacao do sistema em relacao

as variaveis aleatorias. Os dados utilizados ate o momento sao baseados em medias e nao

contemplam as interacoes entre os componentes instalados na area de contexto atual, como

tambem da probabilidade que os intervalos de falhas ocorram na mesma frequencia. Se os

dados obtidos nao representarem as condicoes do mundo real, pode ocorrer que a adocao da

tecnologia RFID nao alcance o desempenho esperado para o sistema como um todo.

O metodo de simulacao de eventos discretos sera aplicado para permitir que as variaveis

aleatorias possam ser incorporadas ao estudo de caso e assim simular o estado mais proximo

da realidade. O resultado sera comparado com o ganho de produtividade obtido por meio do

metodo analıtico e assim determinar o quanto a simulacao de eventos discretos pode contribuir

para a tomada de decisao pela adocao da tecnologia RFID.

4.2.3 Tratamento dos dados

A quantidade de tempo entre os intervalos de falha e uma variavel aleatoria, pois a mesma

muda ao longo do tempo. Uma equacao matematica para representa-la nao e facilmente obtida.

Por esta razao busca-se uma distribuicao de probabilidade padrao conhecida, como por exemplo,

normal, exponencial e gama, para representar a frequencia em que o fenomeno de intervalo entre

falhas ocorre. Os dados foram inseridos no software estatıstico para se obter a distribuicao de

70

probabilidade, porem uma analise das informacoes geradas pelo software necessita ser analisada

para a escolha da distribuicao de probabilidade que se assemelha ao fenomeno de intervalo de

falhas como se observa na Figura 4.6 onde sao apresentados os dados de Anderson-Darling e

p-value, que sao testes de inferencia.

O teste de Anderson Darling (AD) e um teste de inferencia que determina o quanto o

dado da amostra adere a distribuicao de probabilidade escolhida no caso a distribuicao Gamma.

Quando menor o valor AD, mais representativa e distribuicao de probabilidade ao fenomeno,

ou seja, o nıvel de rejeicao da hipotese de aderencia e menor. O p-value, ao contrario do teste

AD, quanto maior seu valor menor o nıvel de rejeicao da hipotese de aderencia.

Figura 4.6: Teste “goodness-of-fit”.

Outras distribuicoes de probabilidade foram testadas, como se pode observar na Tabela 4.8.

Observa-se que a distribuicao de probabilidade Gamma apresenta um AD menor e um p-value

maior que as outras distribuicoes, portanto a mesma foi adotada como representacao da variavel

aleatoria de intervalo entre falhas MTBF.

Distribuicao Anderson Darling p-valueGamma 0,510 0,229

Lognormal 0,601 0,111Exponential 1,320 0,048

Tabela 4.8: Teste de aderencia “goodness-of-fit”.

71

4.2.4 Modelo conceitual e computacional

O modelo conceitual considerado para o estudo de caso foi definido e delimitado pela area

de contexto apresentada no mapa de processo. Na Figura 4.7, pode-se observar a area de con-

texto extraıda do mapa de processo.

Figura 4.7: Modelo conceitual.

Na Figura 4.8, pode-se observar a area de contexto definida anteriormente no ambiente do

software simulador Witness onde cada componente tem uma funcao conforme descrito abaixo:

• CARROCERIAS: Entrada de unidades a serem pintadas;

• BANHOS DE PINTURA: Unidades pintadas;

• MONTAR CARROCERIA NA UBS: Montagem das unidades ao dispositivo de trans-

porte;

• SEGUNDA LEITURA DO CARIN: Sistema de leitura do CARIN (barcode);

72

• TRANSPORTE DA CARROCERIA NA UBS: Transportador para envio das unidades ate

o ultimo processo de pintura;

• ROBO DE APLICACAO EM SPRAY DE PVC: Sistema de aplicacao de PVC que repre-

senta a saıda do sistema;

• TRANSPORTE DE CARROCERIAS PRONTAS: Acumulo de unidades prontas;

• RETORNO DAS UBS VAZIAS: Retorno dos dispositivos vazios para a entrada do sis-

tema;

• CARREGAMENTO DAS UBS: Alimentacao do sistema com dispositivos para inıcio da

simulacao.

Figura 4.8: Modelo de Simulacao do estudo de caso.

Para simular a condicao atual (na qual e utilizada a tecnologia de codigo de barras) no

simulador Witness 2008, foram introduzidos os mesmos valores de metricas de desempenho de

manufatura (MPM) utilizados no modelo analıtico, apresentados na Tabela 4.3 e reescritos na

Tabela 4.9.

Manufatura Indices Sistema ProcessoTempo de Ciclo (min.) CT 1,12 1,12

Tempo Medio entre Falhas (min.) MTBF 1144,5 115,5Tempo de Reparo (min.) MTTR 1,47 0,88

Tabela 4.9: MPM modelo computacional da situacao atual.

O resultado da simulacao computacional da condicao atual indica uma capacidade de pro-

ducao do sistema de 4594 unidades por semana como se pode observar na Figura 4.9.

Na Tabela 4.10, observa-se os resultados do desempenho dos dois processos considerados

processos chave no sistema:

Os ındices de desempenho fornecidos sao:

73

Figura 4.9: Modelo de simulacao da condicao atual.

1. %Idle: Percentual de tempo de producao que o equipamento permaneceu aguardando

produtos;

2. %Busy: Percentual de tempo da producao que o equipamento permaneceu processando;

3. %Blocked: Percentual de tempo que o equipamento apos o seu processo, permaneceu

impossibilitado de enviar o produto processado adiante;

4. %Broken Down: Percentual de tempo que o equipamento permaneceu parado;

5. No Of Operations: Quantidade de unidades produzidas em uma semana.

SIMULACAO DA CONDICAO ATUAL – CODIGO DE BARRAS

Nome SEGUNDA LEITURA DO CARIN ROBO DE APLICACAO EMSPRAY DE PVC

%Idle 19,51 20,16%Busy 79,55 79,54

%Blocked 0,16 0,26%Broken Down 0,78 0,05No of Operations 4595 4594

Tabela 4.10: Resultado da simulacao na condicao atual.

74

Para simular a condicao futura (na qual e utilizada a tecnologia RFID) no simulador Witness

2008, foram introduzidas as mesmas metricas de desempenho de manufatura (MPM) utilizadas

no modelo analıtico, conforme se observa na Tabela 4.11. Neste caso, porem, com os valores

de MTBF e MTTR obtidos por meio da melhoria da oportunidade.

MPM para Metodo de Simulacao – Codigo de BarrasManufatura Indices Sistema Processo

Tempo de Ciclo (min.) CT 1,12 1,12Tempo Medio entre Falhas (min.) MTBF 1144,5 663,84

Tempo de Reparo (min.) MTTR 1,47 0,88

Tabela 4.11: MPM modelo computacional da situacao atual.

O resultado da simulacao computacional da condicao futura indica uma capacidade de

producao do sistema de 4599 unidades por semana, como se pode observar na Figura 4.10.

Figura 4.10: Modelo de simulacao da condicao futura.

Na Tabela 4.12, observa-se os resultados do desempenho do processo e do sistema.

75

SIMULACAO DA CONDICAO FUTURA – RFID

Nome SEGUNDA LEITURA DO CARIN ROBO DE APLICACAOEM SPRAY DE PVC

% Idle 20,23 20,07% Busy 79,65 79,63

% Blocked 0,00 0,25% Broken Down 0,12 0,05No of Operations 4600 4599

Tabela 4.12: Resultado da simulacao na condicao atual.

4.2.5 Analise dos resultados

A saıda do processo MONTAR CARROCERIA NA UBS necessita que duas condicoes de

entrada sejam verdadeiras (ha produto e ha dispositivo de transporte) para que a saıda tambem

o seja (produto no dispositivo de transporte).

Estas entradas sao especificamente: a chegada dos produtos provenientes dos banhos e a

chegada dos dispositivos que retornam atraves do transportador RETORNO DAS UBS VAZIAS.

Variacoes dos tempos de chegada destas duas entradas influenciam diretamente o processo de

leitura SEGUNDA LEITURA DO CARIN, que depende da saıda do processo MONTAR CAR-

ROCERIA NA UBS.

Estas variacoes sao aleatorias e nao podem ser representadas pelo metodo analıtico, que

simplesmente utiliza medias das MPM. Sem os dados aleatorios o metodo analıtico nao e capaz

de representar a dinamica do sistema.

No metodo analıtico, o desempenho do sistema sobe de 4586 para 4615 com a adocao da

tecnologia RFID, ou seja, de 29 unidades por semana. No metodo de simulacao sobe de 4594

para 4599 unidades por semana, ou seja, de apenas cinco unidades. No metodo analıtico, as

variacoes probabilısticas das MPM e as interacoes entre os dois principais processos analisados

em analise: processo de leitura SEGUNDA LEITURA DO CARIN onde ocorre a falha, e no

processo ROBO DE APLICACAO EM SPRAY DE PVC nao sao consideradas, o que justifica

estas diferencas.

Observa-se no metodo de simulacao de eventos discretos que os dados das variaveis alea-

torias, representadas por distribuicoes estatısticas, permitem representar com maior fidelidade

o comportamento real do SMF, visto que qualquer metrica que seja alterada em qualquer parte

do mesmo afetara o desempenho geral do sistema.

76

4.3 Consideracoes finais do capıtulo

Neste capıtulo, ferramentas para identificacao e analise de falhas sao aplicadas para o estudo

do sistema de manufatura, seguindo as fases da metodologia DMAIC: definir, medir, analisar e

realizar a melhoria (improvement).

Os criterios PQCE: produtividade, qualidade, confiabilidade e eficiencia, bem como suas

metricas, sao utilizadas para determinar o desempenho deste sistema. As fases definir, medir e

analisar identificam o problema no cenario atual, e a fase “realizar a melhoria” identifica uma

oportunidade de melhoria com a utilizacao da tecnologia RFID em um cenario futuro.

A simulacao de eventos discretos e realizada nos dois cenarios, atual e futuro, e seus re-

sultados de desempenho sao comparados aos resultados do metodo analıtico convencional para

validar o ganho desempenho do sistema com a integracao da tecnologia RFID.

77

5 CONSIDERACOES FINAIS

A tomada de decisao pela adocao da tecnologia RFID apenas com base nos ganhos de pro-

dutividade fornecidos pelo metodo analıtico seria equivocada, pois a quantidade real produzida

seria menor do que a assumida pela empresa, como por exemplo, para atender a uma nova

demanda de mercado ou um aumento de capacidade de producao irreal.

O resultado do ganho futuro com a adocao da tecnologia RFID apresentado pela simulacao

de eventos discretos, em comparacao com o processo atual, foi de cinco unidades a mais por

semana. Para a estrategia da empresa, resultados estimados de produtividade proximos aos reais

podem ser fundamentais para a tomada de decisao pela adocao ou nao da tecnologia.

O resultado obtido pelo aumento de capacidade de producao com a nova tecnologia pode

nao justificar o investimento financeiro necessario para sua adocao caso o lucro por unidade

produzida seja baixo. Outro fator que deve ser considerado na tomada de decisao e o perıodo

para o retorno do investimento. O perıodo de retorno financeiro pode ser tao longo que a adocao

da tecnologia RFID nao seja atraente para a empresa. Pode ser observado no estudo de caso

oportunidade de reducao nos investimentos para a adocao da ao se instalar a etiqueta RFID ao

meio de transporte e nao ao produto. Adicionar uma etiqueta ao produto representa aumentar

o custo do mesmo permanentemente. Em um produto de baixo custo, ao se acrescentar uma

etiqueta RFID, seu custo pode elevar-se de tal forma a nao ser mais competitivo no mercado,

visto que, atualmente uma etiqueta etiqueta RFID tem um custo superior ao de uma etiqueta de

codigo de barras.

A simulacao de eventos discretos e uma ferramenta de confiabilidade para auxılio na tomada

de decisao para a adocao da tecnologia RFID em um sistema de manufatura. O metodo de

simulacao exige um detalhamento maior do funcionamento geral do sistema o que traz o bene-

fıcio da descoberta de novas oportunidades de melhoria em outros pontos do sistema que nao

poderiam ser visualizados pelo metodo analıtico.

Quanto a sugestoes para o desenvovimento de trabalhos futuros, propoem-se:

• Desenvolvimento de uma proposta de metodologia semelhante para tomada de decisao

78

pela implementacao de novas tecnologias;

• Aplicar a simulacao de eventos discretos em um sistema de manufatura para determi-

nar o ganho de produtividade decorrente da descentralizacao da informacao obtida pela

implementacao da tecnologia RFID.

79

ANEXO A -- CODIGOS BIDIMENSIONAIS 2-D

Na Figura A.1, observam-se outros codigos de barras que podem ser encontrados facilmente

em diversas areas.

Figura A.1: Outros codigos populares e suas areas de aplicacao [3].

Diferente do codigo de barras linear, que representa informacoes somente em uma unica

direcao, os bidimensionais ou 2-D contem informacoes nas dias direcoes, horizontal e vertical.

Na Figura A.2, encontram-se dois exemplos de codigos bidimensionais, o Data Matrix e o

MaxiCode. O Data Matrix e uma simbologia bidimensional de matriz contendo quadrados

80

escuros e claros como dados. Existe um padrao chamado de finder pattern formado por duas

linhas contınuas em “L” e duas linhas alternadas em escuras e claras no perımetro do sımbolo.

O finder pattern tem a funcao de localizar e orientar o sımbolo 2-D durante a etapa de leitura.

Um dispositivo de imagem bidimensional, como uma camera CCD (Charge Couple Device), e

necessario para a sua leitura. O Data Matrix e utilizado para aplicacoes de itens de pequenas

dimensoes e pode ser impresso por uma variedade de tecnologias de impressao.

O MaxiCode e uma simbologia bidimensional contendo um numero fixo de escuros e claros

modulos hexagonais. O sımbolo e especificado para ser de tamanho fixo. O MaxiCode tem seu

finder pattern chamado de “olho de boi” no centro do sımbolo e tambem necessita de uma

camera CCD para sua leitura. O MaxiCode e utilizado principalmente para codificacao de

informacoes especificas sobre do produto, cliente e seu endereco para entrega. Sua simbologia

permite uma maior confiabilidade na leitura em caso de danos na superfıcie da etiqueta e em

esteiras que transportam o produto em alta velocidade.

Figura A.2: Codigos Bidimensionais [3].

As principais caracterısticas dos codigos bidimensionais sao:

• Alta capacidade de armazenamento de informacoes: comparado ao codigo de barras e

capaz de armazenar ate 100 vezes mais informacoes;

• Tamanho reduzido: amplamente utilizado para identificacao de pequenos componentes;

• Redundancia: possuem a mesma informacao em varios pontos da sua superfıcie para

diminuir problemas de leitura causados por danos a mesma;

• Impressao direta na superfıcie do objeto: podem ser feitas em metais vidros ceramicos

entre outros materiais;

81

• Seguranca: permite possibilidade de leitura quanto a posicao de rotacao e pode gravar

textos criptograficos;

• Rastreamento pos-venda: permite gravacoes de todas as informacoes sobre o processo

de fabricacao no proprio produto, como por exemplo, se o produto retornar por alguma

falha e possıvel verificar todo o historico de fabricacao da mesma e detectar exatamente

em que fase da producao ocorreu o erro.

82

ANEXO B -- PADRAO EPCGLOBAL

O EPCglobal e o novo conjunto de Normas Globais do Sistema GS1, que combina a tec-

nologia de RFID com as infraestruturas de redes de comunicacao existentes e com o Codigo

Eletronico do Produto (EPC, Electronic Product Code), para identificar e localizar de forma

imediata e automatica um item ao longo das cadeias de valor. Em outras palavras, o EPCglobal

atraves da EPCTM Network permite a integracao do EPCTM, da RFID tais como:

• Dispositivos denominados por etiquetas RFID ou transponders;

• Leitores (Antena Emissora e Receptora com Transreceptores);

• Servidores de Ligacao;

• Hardware Intermedio;

• Software de Aplicacao.

A sigla EPCTM significa Codigo Eletronico de Produto, que nada mais e do que um codigo

numerico ou alfanumerico GS1 que, ao inves de se fazer transportar num Codigo de Barras

GS1, passa a faze-lo numa etiqueta RFID. A diferenca principal entre o codigo de barras GS1 e

a etiqueta inteligente EPCTM esta no fato de que os codigos de barras identificam apenas grupos

de itens GTIN (Global Trade Item Number), enquanto que a etiqueta EPCTM alem de identificar

os grupos de itens, contem um numero de serie unico para cada item, como se pode observar na

Figura B.1.

A EPCglobal tambem estabelece classes para as etiquetas RFID com a seguinte denominacao:

• Classe 0: apenas passiva de leitura;

• Classe 0+: passiva grava uma vez mas usando protocolos da Classe 0;

• Classe I: passiva grava uma vez;

83

• Classe II: passiva, grava uma vez com extras, tal como criptografia;

• Classe III: regravavel, semi passiva com bateria, comunicacao com energia do leitor;

• Classe IV: regravavel, ativas, etiquetas nos dois sentidos que podem se comunicar com

outras etiquetas energizando suas proprias comunicacoes;

• Classe V: podem energizar e ler etiquetas das Classes I, II, III, IV e V, assim como operar

como etiquetas da Classe IV.

Figura B.1: Padrao EPCglobal para identificacao RFID.

84

ANEXO C -- METRICAS PARA PCQE NO NIVEL DEPROCESSO

Baseado na natureza das aplicacoes industriais, uma medida ou mais que uma medida pode

ser utilizada para representar cada criterio PQCE conforme a Tabela C.1 abaixo.

PQCE Medida Metricas de ManufaturaProducao Projetada Taxa Bruta (GR)

(Design Throughput) (Gross Rate)Capacidade do Processo Capacidade Autonoma (SAC)

Produtividade (Process Capability) (Standalone Capability)(Productivity) Producao Atual Capacidade Lıquida do Processo (LPC)

(Actual Throughput) (Linked Process Capability)Gargalos Nıvel de Restricao (CL)

(Bottleneck) (Constrain Level)Qualidade Qualidade em Conformidade Taxa de Qualidade (QR)(Quality) (Quality Conformance) (Quality Rate)Confianca Tempo Produtivo Disponibilidade Autonoma (SAA)

(Reliability) (Process Uptime) (Standalone Availability)Eficiencia do Processo Desempenho da Eficiencia (PE)

Eficacia (Process Efficiency) (Performance Efficiency)(Effectiveness) Eficacia do Processo Eficacia Total do Processo (OPE)

(Process Effectiveness) (Overall Process Effectiveness)

Tabela C.1: Medidas e MPMs para criterios PQCE no nıvel de processo [11].

Formulas e os ındices definidos para cada MPM correspondente ao PQCE ao nıvel de pro-

cesso de Manufatura sao apresentados na Tabela C.2.

85

MPM Formula MPM Indices Definidos Descricao

GR GR = 3600CT CT

Tempo de Ciclo de pro-cesso (s)

SAA SSA =MT BF

MT BF +MT T R×100%

MTBFMTTR

QR QR = 100%−RR RRRejection Rate (Taxa deRejeicao)

SAC SAC = GR×%SAA×%QR

NPS NPS =AOT

MT BFAOT

Actual Operating Time(Tempo Real de Operacao)

PE PE = 100%− (%S+%B+%D)

%SPercent Process Starved(percentual do processosem alimentacao)

%BPercent Process Blocked(percentual de processobloqueado)

%DPercent Process Delayed(percentual de processocom atraso)

OPE OPE = %SAA×%QR×%PELPC LPC = GR×%OPE

CL Ordem ascendente de gargalos CLConstraint Level (Nıvel deGargalos de Processos)

Tabela C.2: Formulas para os MPMs nıvel de Processo [11].

86

ANEXO D -- METODO PARA ANALISE DE OUTLIERS

Segundo Chwif e Medina [12], um dos metodos mais utilizados e a construcao de um

intervalo com os quartis da amostra que sao obtidos a partir da ordenacao dos valores da amostra

no sentido maior para o menor em partes iguais. O primeiro quartil (Q1) corresponde a 25%

das observacoes a esquerda da amostra, quartil (Q2) corresponde a 50% das observacoes da

amostras a esquerda e o quartil (Q3) corresponde a 75% das observacoes a sua esquerda.

A amplitude inter-quartil chamada de “A” e a diferenca entre o quartil Q3 e Q1, onde

considera-se um valor discrepante ou outlier moderado qualquer valor da amostra que esteja

de abaixo de Q1 -1,5*A ou acima de Q3 +1,5*A . Da mesma maneira e considerado um valor

discrepante ou outlier extremo qualquer valor da amostra que esteja abaixo de Q1 – 3*A ou

acima de Q3 + 3*A.

Pacotes de softwares estatısticos, tal como o Minitab, podem calcular os outliers e repre-

senta-los por meio de um grafico no formato Box-plot como se pode observar na Figura D.1.

Os pontos representados por “*” indicam valores definidos como outliers.

Figura D.1: Grafico Boxplot para determinacao dos outliers [12].

87

ANEXO E -- METODO DE INFERENCIA PARAIDENTIFICAR UMA DISTRIBUICAO DEPROBABILIDADE

Um metodo e construir um histograma dividindo os dados em classes como se ve no exem-

plo da Figura E.1. A amostra no exemplo tem valores que variam de 0 a 43 que poderiam ser

segundos, minutos, horas ou numero de clientes que estivessem chegando a um estabelecimento

comercial.

Um metodo para encontrar a quantidade de grupos para a construcao e utilizar a formula de

Sturges (Equacao E.1):

K = 1+3,3log(10n) (E.1)

onde: K= no de grupos e n = no de observacoes.

Como o numero de observacoes, no exemplo, e igual a 199, entao K = 8,59 grupos, ou seja

K e aproximadamente igual a 9. Para que a amostra seja dividida em 9, utilizamos a seguinte

formula: h = Amplitude da amostra / K ou seja, 43 divididos por 9, entao h = 4,8. As colunas

amarelas no histograma representam os grupos nos intervalos compreendidos entre : ≤ 4,8; 4,8

- 9,6; 9,6 - 14,3; 14,3 - 19,1; 19,1 - 23,9; 23,9 - 28,7; 28,7 - 33,4; 33,4 - 38,2; > 38,2.

Pode se observar na Figura E.1 que a distribuicao da populacao representada pelo his-

tograma comporta-se de forma semelhante a uma curva de distribuicao exponencial. O metodo

para verificar o quanto esta curva e semelhante e chamado de teste de aderencia e comprova

se a distribuicao exponencial e estatisticamente adequada para representar a populacao (dados

coletados).

88

Figura E.1: Curva de distribuicao equivalente [12].

89

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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91

APENDICE A -- TRABALHOS PUBLICADOS

Simulacao discreta como auxılio a tomada de decisao na integracao da tecnologia de identificacao

RFID.

M. R. Petrilli. Anais e apresentacao oral no Congresso Nacional de Engenharia Mecanica

(CONEM2010), Campina Grande, Brasil, agosto de 2010.

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Marcos Rogerio Petrilli´ INTEGRAC¸ AO DA TECNOLOGIA DE … · 2017-03-31 · LISTA DE SIGLAS %B - Percent Process ... Manufacturing Execution System (Sistema de Execuc¸ao de Manufatura);