Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Produção e Sistemas
Caracterização e aplicação de mecanismos
de controlo da atividade produtiva em
ambiente MTS – TKS & ConWIP
André Parra, João Mortágua, Jorge Lima, Washington Peroni
1/Junho/2013
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Universidade do Minho Escola de Engenharia Departamento de Produção e Sistemas
Sistemas de Controlo da Atividade Produtiva
(Mestrado em Engenharia de Sistemas)
Caracterização e aplicação de mecanismos
de controlo da atividade produtiva em
ambiente MTS – TKS & ConWIP
Alunos
André Parra
João Mortágua
Jorge Lima
Washington Peroni
Docente responsável e orientador
Sílvio do Carmo Silva
ii
Relatório de trabalho de grupo submetido para avaliação no âmbito da unidade curricular de Sistemas de Controlo
da Atividade Produtiva do 1º ano do Mestrado em Engenharia de Sistemas
1/Junho/2013
iii
Agradecimentos
Queremos agradecer ao Professor Doutor Sílvio do Carmo Silva pela paciência e apoio prestado no
desenvolvimento deste trabalho.
Aos elementos do outro grupo de trabalho, a Ana Assunção, o António Cascais, o Carlos Silva e o Joel
Ribeiro pela ajuda em dúvidas pontuais, e pela troca de conhecimentos.
À Universidade do Minho pelos meios disponibilizados que nos permitiram trabalhar em grupo.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico -‐ CNPq Brasil -‐ financiadora da Bolsa do
Aluno Washington Luiz Peroni.
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Resumo
Este relatório descreve o trabalho efetuado no âmbito da Unidade Curricular de Sistemas de Controlo da
Atividade Produtiva do Mestrado em Engenharia de Sistemas. O trabalho é de carácter predominantemente
teórico e explora a teoria e prática industrial relatada em fontes primárias e secundárias, sobre assuntos
relacionados. O Controlo da Atividade Produtiva é uma função da Gestão da Produção, importante para o
sucesso de uma empresa. Este incide em dois pontos: o momento em que é feito o lançamento dos
trabalhos para produção e o controlo do fluxo dos materiais. No entanto, o sucesso desta atividade de
controlo depende dos métodos ou mecanismos de controlo utilizados e do seu ajuste ou alinhamento com
as caraterísticas da produção face ao mercado e do sistema de produtivo. Este trabalho tem por objectivo
fazer um estudo aprofundado da caracterização, funcionamento, aplicação e forma de implementação
prática focado em mecanismos de controlo da atividade produtiva em ambiente de produção para
satisfação da procura (MTS). Os mecanismos estudados foram: Toyota Kanban System (TKS) e o Constant
Work in Process (ConWIP). Estes são mecanismos que recorrem ao uso de cartões que permitem dar a
ordem de produção, sendo o TKS do tipo pull e o ConWIP do tipo híbrido. No documento são definidas
algumas dimensões de caracterização dos mecanismos, através das quais verificámos que os mecanismos
estudados são bastante semelhantes na caracterização. Contudo estes têm obviamente funcionamentos e
formas de implementação diferentes, o que nos faz perceber que há um mecanismo com aspectos mais
vantajosos do que o outro. O CONWIP provou ganhar vantagem em relação ao TKS pois é mais flexível,
robusto e fácil de implementar.
Palavras-‐Chave: dimensões de caracterização, funcionamento, toyota kanban system, constant work in
process, formas de implementação.
v
Abstract
This report describes the work done in the context of Production Activity Control Systems Curricular Unit of
the Masters Degree in Systems Engineering. The work is mainly theoretical and explores the theory and
industrial practice reported in primary and secondary sources, on related matters. The production activity
control is a function of Production Management, important to the success of a company. This focuses on
two points: the release moment of the work for production and the material flow control. However, the
success of this control activity depends on the methods or control mechanisms used and its adjustment or
alignment with the characteristics of production in relation to the market and the production system. The
objective of this work is to make an in-‐depth study of the characterization, operation, application and form
of practical implementation focused on production and materials flow control (PMFC) mechanism in a
production environment to demand satisfaction (Make to Stock -‐ MTS). The studied mechanisms were:
Toyota Kanban System (TKS) e o Constant Work in Process (CONWIP). These mechanisms use cards to
authorize production, being TKS a pull mechanism and CONWIP a hybrid mechanism. In this document
some mechanism dimensions of characterization are defined, witch allows us to say that these mechanism
are quite similar. However these have obviously different operation and ways of implementing, this makes
us realize that there is a mechanism with more benefits than the other. CONWIP has proved to gain
advantage to TKS, because i tis more flexible, robust and easier to implement.
Keywords: dimensions of characterization, operation, toyota kanban system, constant work in process,
implementation.
vi
Índice
AGRADECIMENTOS .................................................................................................................... III
RESUMO ................................................................................................................................... IV
ABSTRACT ................................................................................................................................. V
ÍNDICE DE TABELAS .................................................................................................................. VII
ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................................................. VII
LISTA DE SIGLAS E ACRÓNIMOS .............................................................................................. VIII
CAPÍTULO 1 -‐ INTRODUÇÃO .................................................................................................. 1
1.1. CONTEXTUALIZAÇÃO ................................................................................................................. 1
1.2. ENQUADRAMENTO E OBJETIVOS ................................................................................................. 2
1.3. ESTRUTURA DO RELATÓRIO ........................................................................................................ 2
CAPÍTULO 2 -‐ DIMENSÕES DE CARACTERIZAÇÃO DOS MECANISMOS .................................... 3
2.1. PARADIGMA DE CONTROLO DE PRODUÇÃO ................................................................................... 3
2.2. AMBIENTE DE PRODUÇÃO PARA SATISFAÇÃO DA PROCURA .............................................................. 4
2.3. LAYOUT DO SISTEMA DE PRODUÇÃO ............................................................................................ 4
2.4. TAMANHO DAS SÉRIES DE PRODUÇÃO .......................................................................................... 5
2.5. UNIFORMIDADE DE FLUXO DE PRODUÇÃO .................................................................................... 5
2.6. ASPECTOS SOBRE O PRODUTO .................................................................................................... 5
2.7. CONTROLO DAS EXISTÊNCIAS ...................................................................................................... 6
CAPÍTULO 3 -‐ FUNCIONAMENTO DOS MECANISMOS ............................................................ 7
3.1. FUNCIONAMENTO DO TKS ......................................................................................................... 7
3.2. FUNCIONAMENTO DO CONWIP ............................................................................................... 11
CAPÍTULO 4 -‐ CARACTERIZAÇÃO DOS MECANISMOS ........................................................... 12
CAPÍTULO 5 -‐ APLICAÇÃO DOS MECANISMOS ..................................................................... 13
5.1. APLICAÇÃO DO TKS A DIFERENTES AMBIENTES DE PRODUÇÃO ........................................................ 13
5.2. APLICAÇÃO DO CONWIP A DIFERENTES AMBIENTES DE PRODUÇÃO ................................................ 14
CAPÍTULO 6 -‐ FORMAS DE IMPLEMENTAÇÃO PRÁTICA ....................................................... 17
6.1. IMPLEMENTAÇÃO DO TKS ........................................................................................................ 17
6.2. IMPLEMENTAÇÃO DO CONWIP ................................................................................................ 19
CAPÍTULO 7 -‐ CONCLUSÃO .................................................................................................. 20
vii
BIBLIOGRAFIA ........................................................................................................................... 21
vii
Índice de Tabelas
TABELA 1 -‐ TABELA DE CARACTERIZAÇÃO DOS MECANISMOS ......................................................................................................... 12
Índice de Figuras
FIGURA 1 -‐ PARADIGMA PUSH ................................................................................................................................................... 3 FIGURA 2 -‐ PARADIGMA PULL .................................................................................................................................................... 3 FIGURA 3 -‐ QUANTIDADE PRODUZIDA VS. DIVERSIDADE DE PRODUTOS ............................................................................................. 5 FIGURA 4 -‐ KANBAN DE PRODUÇÃO ............................................................................................................................................ 8 FIGURA 5 -‐ KANBAN DE LEVANTAMENTO ..................................................................................................................................... 8 FIGURA 6 -‐ KANBAN DE FORNECIMENTO ...................................................................................................................................... 8 FIGURA 7 -‐ SISTEMA DE KANBAN ÚNICO ..................................................................................................................................... 10 FIGURA 8 -‐ SISTEMA DE KANBAN DUAL ...................................................................................................................................... 10 FIGURA 9 -‐ ESQUEMA DE FUNCIONAMENTO DO CONWIP ............................................................................................................ 11 FIGURA 10 -‐ CONWIP APLICADO NUMA LINHA DE PRODUÇÃO ...................................................................................................... 14 FIGURA 11 -‐ CICLOS CONWIP APLICADOS NUMA LINHA DE PRODUÇÃO .......................................................................................... 15 FIGURA 12 -‐ CONWIP APLICADO EM DUAS LINHAS DE PRODUÇÃO COM UMA MÁQUINA PARTILHADA ................................................... 15 FIGURA 13 -‐ LINHAS CONWIP A FORNECER UM POSTO DE MONTAGEM .......................................................................................... 16
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Lista de Siglas e Acrónimos
ATO – Assemble to Order
CAP – Controlo da Atividade Produtiva
CFM – Controlo do Fluxo de Materiais
CONWIP – Constant Work in Process
CT – Centros de Trabalho
CTG – Células de Tecnologia de Grupo
ETO – Engineering to Order
LP – Linha de Produção
MTO – Make to Order
MTS – Make to Stock
OF – Oficina Funcional
PMFC – Production and Materials Flow Control
TKS – Toyota Kanban System
WIP – Work in Process
1
Capítulo 1 -‐ Introdução
1.1. Contextualização
Uma das áreas da gestão da produção estuda o Controlo da Atividade Produtiva (CAP). O objectivo do CAP
é fazer um uso eficiente dos recursos de produção na execução eficaz dos produtos de acordo com as
necessidades de mercado. Este tem a função de controlar o abastecimento de materiais e a atividade de
produção de uma empresa, recaindo sobre dois diferentes rumos: o momento em que é feito o lançamento
dos trabalhos para produção e o controlo do fluxo dos materiais.
Para que uma empresa possa responder de forma rápida e eficiente às exigências de mercado deve aplicar
um mecanismo de produção e controlo de fluxo dos materiais adequado às características deste e do
sistema de produção. Na sua maior abrangência, um mecanismo de CAP é um procedimento ou processo
destinado a controlar a produção e o fluxo de materiais, de uma cadeia de produção, desde a aquisição de
matérias-‐primas até à entrega de produtos finais aos clientes. Um mecanismo de CAP eficiente deve
garantir um bom uso dos recursos, ou seja, os recursos de fabrico e movimentação de materiais, bem como
tempos de entrega curtos (FERNANDES e SILVA,2006). É cada vez maior o número de autores a estudarem
aprofundadamente mecanismos de produção, ou até mesmo a sugerirem novos mecanismos que se
adeqúem às necessidades existentes, tais como, ORLICKY (1975), GLASSEY e RESENDE (1988), SPEARMAN et
al. (1990), SURI (1998), FERNANDES e SILVA (2006). Tal averiguação só comprova a importância que os
mecanismos têm no Controlo da Produção.
É usual ver alguns autores fazerem uma distinção entre mecanismos pull e mecanismos push. Contudo ao
fazerem-‐no estão a classificar os mecanismos apenas em relação à dimensão do paradigma de controlo de
produção (Ponto 4.1 deste texto). Um mecanismo de CAP é caracterizado abrangendo várias dimensões,
que descrevem as suas características e propriedades fundamentais. Essas dimensões serão abordadas mais
ao pormenor no Capítulo 4.
Pretende-‐se então neste texto apresentar um estudo dos mecanismos, recorrendo a fontes bibliográficas
primárias, i.e. de livros, relatórios de trabalhos pedagógicos ou de investigação realizada e secundárias e.g.
artigos sobre assuntos relacionados. Vamos reunir conteúdos de várias fontes com o objetivo de ver
respondidas algumas problemáticas. Sabemos que cada mecanismo tem um funcionamento distinto dos
outros, mas será que todas as características são diferentes de mecanismo para mecanismo? E será que
podem ser aplicados a qualquer ambiente de produção? Qual a comparação que pode ser feita entre os
dois mecanismos estudados?
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1.2. Enquadramento e Objetivos
O objectivo deste trabalho é efetuar um estudo aprofundado da caracterização, funcionamento, aplicação e
forma de implementação prática de mecanismos de CAP aplicados a um ambiente de produção para a
satisfação da procura MTS. Os mecanismos a abordar são o Toyota Kanban System (TKS) e o Constant Work
in Process (CONWIP). O trabalho tem uma índole inteiramente didática e explora teoria e prática industrial
relatada em fontes primárias e/ou secundárias, sobre assuntos relacionados. Na caracterização vamos
indicar as particularidades de cada mecanismo tendo em conta as dimensões de caracterização dos
mecanismos. No funcionamento vamos descrever o modo de operação e como age cada mecanismo por
fim a atingir os seus pressupostos. Em aplicação, iremos descrever em que ambientes se aplicam, e qual a
configuração que um sistema deve ter para que o mecanismo tenha desempenhos esperados. Por fim
iremos descrever as formas de implementação prática para cada. Aqui vamos por explicar quais os
parâmetros que devem ser definidos e quais os procedimentos para determinar quais os parâmetros
adequados a usar para cada sistema em especifico.
1.3. Estrutura do Relatório
Este documento está organizado em 7 capítulos. Após este capitulo introdutório o capitulo seguinte serve
para dar a conhecer ao leitor alguns aspetos sobre Dimensões de Caracterização dos Mecanismos. No
Capítulo 3 explicamos o funcionamento dos dois mecanismos. Uma tabela é apresentada no Capitulo 4 para
ajudar a compreender as diferenças que existem entre os mecanismos de CAP. No Capítulo 5 apresentamos
ao leitor as possibilidades de aplicação dos mecanismos. Uma descrição dos parâmetros de cada
mecanismo de forma a implementar na pratica é feita no Capitulo 6. Finalmente no Capítulo 7 temos uma
conclusão onde pretendemos fazer uma breve comparação entre os dois mecanismos.
3
Capítulo 2 -‐ Dimensões de Caracterização dos Mecanismos
Neste capítulo é feita uma descrição das dimensões de caracterização dos mecanismos de Controlo da
Atividade Produtiva (CAP). Através destas dimensões é possível observar as diferenças existentes entre os
mecanismos de CAP estudados. Estas permitem facilitar a escolha do mecanismo adequado, pois
descrevem as características e as propriedades fundamentais dos mecanismos.
2.1. Paradigma de Controlo de Produção
Quanto ao paradigma de controlo de produção, Tayur (1993) afirma que os mecanismos podem ser
designados de push ou pull. Nos mecanismos que usam a estratégia push (Figura 1), a produção é iniciada
sempre que existe material para ser processado, independentemente dos níveis de stock nos centros de
trabalho (CT) seguintes. Nesta estratégia ao concluir-‐se um trabalho, este é empurrado para o próximo
centro de trabalho e deste para os seguintes, até que sejam executadas todas as operações. Já no
paradigma pull (Figura 2), um determinado centro de trabalho é mantido parado, mesmo se existir material
a processar, até que os CT seguintes deem autorização para esse trabalho iniciar o processamento. Além
destes dois existe ainda um terceiro que classifica os mecanismos que têm ao mesmo tempo características
pull e push, esses são os chamados híbridos.
Figura 1 -‐ Paradigma Push
Figura 2 -‐ Paradigma Pull
4
2.2. Ambiente de Produção para Satisfação da Procura
Um mecanismo de produção tem uma determinada tipologia de produção para satisfação da procura, que,
por sua vez, acaba por restringir e particularizar o processo de Gestão da Produção. Estas são as seguintes:
Produção por Encomenda (MTO), Produção para Stock (MTS), Montagem por Encomenda (ATO) e
Engenharia por Encomenda (ETO). Em ambiente MTO, as quantidades a produzir são estritamente aquelas
que são encomendadas, sejam encomendas de produto de catálogo ou não. O projeto pode ser
desenvolvido a partir de contactos iniciais com o cliente, mas a etapa de produção só se inicia após
recepção do pedido. A interação com o cliente costuma ser intensa e o produto está sujeito a algumas
modificações, mesmo em fase de produção. Os tempos de entrega tendem a ser de médio a longo prazo e
as listas de materiais são normalmente únicas para cada produto.
Num ambiente MTS, os produtos desenhados e concebidos pelo fabricante, são produzidos de forma
repetitiva baseada principalmente em previsões da procura. Neste caso, nenhum produto é personalizado
porque as encomendas são normalmente satisfeitas com base no stock de produtos acabados existente que
é controlado por de forma a evitar roturas, i.e. manter os níveis de serviço elevados. Em MTS, a
contribuição dos clientes para o projeto dos produtos é muito pequena ou inexistente. Os sistemas MTS
têm como principal vantagem, a rapidez na entrega dos produtos, mas os custos com stocks tendem a ser
grandes e os clientes não têm como expressar as suas necessidades a respeito dos produtos.
Com ATO, a produção é feita com base em stocks de componentes e/ou módulos que são montados após
um pedido de encomenda do cliente contendo as especificações do produto final. Os clientes têm uma
interação com o projeto algo limitada, porém os prazos de entrega são de curto a médio prazo.
Para terminar existe ainda o ambiente ETO que é praticamente uma extensão do MTO. Aqui o projeto do
produto é feito quase totalmente baseado nas especificações do cliente, ou seja os produtos são altamente
customizados e o nível de interação com o cliente é muito grande.
2.3. Layout do Sistema de Produção
A Layout do Sistema de Produção, refere-‐se à forma como o sistema de produção está fisicamente
configurado. Configuração essa que envolve todos os elementos relevantes para a produção, ou seja, os
meios de produção. Temos então as linhas de produção (LP) em que as máquinas ou CT são dispostos em
linha de acordo com a sequencia de operações necessária ao fabrico de uma família de produtos. Este
layout é adequado a produzir grandes quantidades de um produto em específico. Existem também as
oficinas funcionais (OF), em que as máquinas do mesmo tipo são agrupadas em secções. Estes sistemas são
bastante flexíveis pois podem produzir uma grande diversidade de produtos, normalmente em lotes de
pequena dimensão. De seguida temos as células de tecnologia de grupo (CTG), que tentam reunir as
vantagens das linhas de produção e das oficinas funcionais. Esta configuração é composta por pequenas
5
oficinas, constituídas por máquinas convencionais e operários, e é capaz de realizar a totalidade das
operações necessárias à produção de uma família de produtos.
2.4. Tamanho das Séries de Produção
Este critério permite classificar um sistema de produtivo em função da quantidade e da diversidade de
produtos que fabrica. Courtois (1997) refere que a produção pode ser feita em pequenas séries, em médias
séries e ainda, em grandes séries ou em massa. Existem ainda outros autores que referem existir ainda a
produção unitária, em que a diversidade de produtos é máxima. Quando se fala em produção em massa
isso significa produção de elevadas quantidades de um único tipo de produto ou de um reduzidíssimo
número de tipos de produtos. No extremo oposto encontra-‐se a produção unitária em que cada produto
normalmente demora bastante tempo até ficar concluído e, no limite, é sempre diferente do anterior. Na
Figura 3, podemos ver a relação que existe entre a quantidade e a diversidade.
Figura 3 -‐ Quantidade Produzida Vs. Diversidade de Produtos
2.5. Uniformidade de Fluxo de Produção
Quanto a Uniformidade de Fluxo da Produção os sistemas podem ser classificados com sendo de Produção
Intermitente ou Contínua. A Produção Intermitente é entendida como sendo um processo em que há
interrupção sucessiva de trabalhos com a necessidade de fazer armazenamento temporário em várias fases
da produção. Por outro lado, a Produção Continua consiste num processo em que os trabalhos são feitos
sem haver interrupção programada, esta é mais comum em linhas de produção.
2.6. Aspectos sobre o Produto
Em relação aos aspectos do produto são três os níveis a classificar, todos influenciam a variedade que este
pode ter. Assim um sistema pode ser classificado quanto ao Nível de Customização do Produto, como
Elevada, Baixa ou Nenhuma. Podemos ainda classificar um sistema quanto à Interação do Cliente com o
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Produto (“Product Ownership”), como sendo um Produto do Cliente, ou um Produto do Fabricante. Um
Produto do Cliente é referente a produtos que são desenhados pelo próprio cliente, já um produto do
fabricante é totalmente desenhado pelo fabricante e o cliente pode apenas escolher por catálogo.
Finalmente temos a Variabilidade de Mercado, que pode ser Elevada, Média ou Baixa. Como já vimos esta
está relacionada com o Tamanho das Série de Produção (Figura 3).
2.7. Controlo das Existências
Para terminar temos a classificação quanto ao Controlo das Existências. Normalmente em mecanismos de
reposição de stock, este controlo pode ser efetuado com recurso a cartões de autorização de produção,
que ao estarem disponíveis dão a ordem para se iniciar os trabalhos. Por outro lado pode também ser feito
com o controlo dos níveis de Stock, em que ao se atingir um certo nível, dá-‐se início aos trabalhos por
forma a proceder à reposição desse stock.
O Controlo de Existências pode também ser feito controlando a existência de produtos finais (throughput)
ou através do número de trabalhos em curso de fabrico (WIP). Enquanto que no primeiro a produção é
feita controlando o throughput e medindo o WIP, na segunda é o oposto, i.e. a produçãoo é feita
controlando o WIP e medindo o throughput.
7
Capítulo 3 -‐ Funcionamento dos Mecanismos
3.1. Funcionamento do TKS
No Toyota Kanban System (TKS) usam-‐se cartões que contêm informações necessárias para o processo
produtivo. A estes cartões é dado o nome de Kanbans, daí o nome Kanban na designação deste mecanismo
de controlo da atividade produtiva. Este mecanismo tem uma abordagem Just In Time (JIT) para o controlo
de sistemas de produção utilizando Kanbans.
O TKS é considerado um sistema pull uma vez que a produção do centro de trabalho atual depende da
procura dos centros de trabalho seguintes. Desta forma o TKS foi desenhado de forma a indicar o que é
necessário produzir em cada centro de trabalho, e permite a comunicação eficiente entre estes. O plano de
produção da empresa apenas é fornecido à linha de produção final. Quando as peças ou materiais são
retirados de um centro de trabalho, é indicada essa informação a todos os centros de trabalho anteriores
relevantes, e todos os centros de trabalho conhecem automaticamente quantas e onde será necessário
produzir as peças requeridas. Em cada centro de trabalho a informação relevante para a produção pode ser
facilmente obtida pelos Kanbans.
Tendo em conta a sua função, os Kanbans podem ser classificados como:
1. Kanban Primário: desloca-‐se pelos vários centros de trabalho no espaço de produção. Estes
Kanbans encontram-‐se sempre nos contentores com os produtos. Os Kanbans primários podem
ainda ser de dois tipos:
a. Kanban de Levantamento: que é levado quando as peças se deslocam de um centro de
trabalho para o seguinte. Neste Kanban deverá ter informação sobre o nome do produto,
o tamanho do lote, o centro de trabalho origem e o centro de trabalho destino, o
tamanho do contentor, e a quantidade de contentores, como se observa na figura 4.
b. Kanban de Produção: é utilizado para autorizar a produção dos produtos que foram
levantados no centro de trabalho precedente. Neste Kanban é necessário ter informação
sobre o nome do produto a que está associado, o número de peças, o número do cartão,
o centro de trabalho origem e o centro de trabalho destino, que é possível observar na
figura 3.
2. Kanban de Fornecimento: viaja com as peças ou matérias-‐primas, desde a área de
armazenamento até ao espaço de produção. No Kanban de fornecimento deve conter informação
sobre a data de entrega e do fornecedor, sobre o número do Kanban, quantidade, tipo e
designação das peças e ainda informação relativa à inspeção a realizar. Podemos observar esta
informação na figura 5.
3. Kanban de Aquisição: viaja desde fora da empresa até à área de recepção.
4. Kanban de Subcontrato: viaja entre as unidades subcontratadas.
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5. Kanban Auxiliar: pode ser utilizado como Kanban expresso, Kanban de emergência ou Kanban para
uma aplicação específica (Singh and Falkenburg 1994).
Figura 4 -‐ Kanban de Produção
Figura 5 -‐ Kanban de Levantamento
Figura 6 -‐ Kanban de Fornecimento
Relativamente às funções que os Kanbans vão desempenhar no processo produtivo, podemos identificar as
seguintes:
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1. Função de visibilidade: o fluxo de materiais e de informação é combinado uma vez que os Kanbans
movem-‐se juntamente com as peças em processamento. (WIP)
2. Função de controlo da produção: o Kanban libertado no centro de trabalho precedente cumpre
uma função de controlo da produção importante pois dá indicação do tempo, quantidade e que
tipos de produtos devem ser produzidos.
3. Função de controlo de stock: o número de Kanbans acaba por dar uma indicação do número de
produtos em stock. Portanto, controlar o número de Kanbans permite ter controlo sobre o número
de produtos em stock. E controlar o número de Kanbans é muito mais simples do que controlar
directamente o número de produtos em stock.
Para o correto funcionamento deste mecanismo são utilizados os seguintes equipamentos para a
manipulação e controlo dos Kanbans:
1. Caixa de Kanbans: caixa que é utilizada para recolher os Kanbans após estes terem sido
levantados.
2. Quadro de Despacho: quadro onde os Kanbans do próximo centro de trabalho são colocados para
mostrar a programação da produção.
3. Conta de Gestão de Kanbans: conta utilizada para gerir os Kanbans.
4. Conta de Gestão do Abastecimento: conta utilizada para controlar o fornecimento das matérias-‐
primas.
Existe ainda uma sequência de operações que devem ser seguidas por forma a este mecanismo funcionar
corretamente. Assim, para o centro de produção i, quando as peças são processadas e existe procura no
centro de produção seguinte ( i+1), o Kanban de produção é retirado do contentor e é colocado no quadro
de despacho do centro de produção i. O Kanban de levantamento do centro i+1 vai substituir então o
Kanban de produção no respectivo contentor. Este contentor com o Kanban de levantamento é enviado
para o centro i+1 para ser processado.
Entretanto no centro de trabalho i, a produção é iniciada quando um cartão de produção e um contentor
com um cartão de levantamento estão disponíveis. O Kanban de levantamento é então substituído pelo
Kanban de produção e enviado de volta para o centro de trabalho i-‐1. Isto forma uma cadeia de produção
cíclica. O Kanban retira/puxa (pull) peças em vez de as empurrar de um centro de trabalho para outro para
responder à procura em cada centro de trabalho. O Kanban controla o movimento dos produtos e o
número de Kanbans limita o fluxo de produtos (Shingo 1987). Se não é requisitado um levantamento de
peças pelo centro de trabalho seguinte, então o centro de trabalho anterior não produzirá nada, e assim
não são produzidos produtos em excesso. Esta forma de funcionamento do mecanismo TKS utilizando dois
tipos de Kanbans (Kanban de produção e Kanban de levantamento) é normalmente o mais utilizado
designando-‐se por Sistema de Kanban Dual, e está representado na Figura 8. Também é possível
implementar o mecanismo TKS usando apenas Kanbans de produção e que tem um funcionamento muito
idêntico ao do Sistema de Kanban Dual e é apresentado na figura 7.
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Figura 7 -‐ Sistema de Kanban único
Figura 8 -‐ Sistema de Kanban dual
O princípio Jidoka também está bem presente no TKS. O termo Jidoka surgiu na Toyota e significa fazer
parar o equipamento ou operação assim que alguma situação anormal ocorra. Assim, se acontecer algum
imprevisto com o potencial de produzir peças defeituosas ou prejudicar de alguma forma o processo
produtivo, o equipamento ou até a linha inteira pára, inclusive os funcionários.
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3.2. Funcionamento do CONWIP
O CONWIP é um mecanismo que utiliza cartões de produção que servem para dar autorização de libertação
de novos trabalhos. Podemos ver o CONWIP como um sistema em que os trabalhos que dele saem enviam
cartões CONWIP para o inicio deste, estando esses cartões assim disponíveis para darem inicio a novos
trabalhos. Descrevendo o sistema através da Figura 9, vemos que o trabalho acabado é retirado do stock
que é alimentado pelo centro de trabalho L (Momento 1). O cartão de produção é enviado de volta para o
centro de trabalho A para autorizar a liberação de um novo trabalho de forma a repor stock (Momento 2).
O operador da estação A encontra o cartão, obtém as matérias-‐primas e inicia o processamento da unidade
(Momento 3). No CONWIP os cartões são atribuídos à linha de produção e não são específicos do número
da peça. São então feitas as seguintes hipóteses para o CONWIP:
• A linha de produção consiste numa única rota, ao longo do qual os trabalhos atravessam;
• O WIP pode ser medido em unidades (número de trabalhos ou peças no sistema).
Figura 9 -‐ Esquema de funcionamento do CONWIP
Aqui referimos o funcionamento do CONWIP num ambiente MTS, para um ambiente MTO este tem um
comportamento diferente. Nesse caso, apesar de continuarem a ser os cartões a dar a autorização para o
lançamento de novos trabalhos, existe ainda um backlog (lista de pedidos) no início do sistema, que define
a sequencia de peças a ser introduzida no sistema. Essa informação vai depois contida no cartão e
acompanha o trabalho até ao final do sistema.
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Capítulo 4 -‐ Caracterização dos Mecanismos
Após a descrição das dimensões de caracterização dos mecanismos e da explicação do funcionamento
destes, estamos agora em condições de fazer a caracterização de cada. Assim através da Tabela 1,
identificamos as características associadas ao TKS e ao CONWIP.
Dimensões Mecanismos
TKS CONWIP Paradigma de Controlo de Produção
Pull X Push
Híbrido X
Ambiente de Produção para Satisfação da
Procura
MTS X X MTO ATO ETO
Layout do Sistema de Produção
LP X X OF CTG
Tamanho das Séries de Produção
Pequenas Médias Grandes X X
Uniformidade do Fluxo
Intermitente Contínuo X X
Nível de Customização do Produto
Nenhuma X X Baixa Elevada
Product Ownership
Prod. Cliente Prod. Fabricante X X
Variabilidade de Mercado
Baixa X X Média Elevada
Controlo de Existências
Controlo throughput Controlo WIP X X
Controlo através de cartões de autorização
X X
Controlo através dos níveis de stock
Tabela 1 -‐ Tabela de Caracterização dos Mecanismos
Verificamos através da Tabela 1 que o TKS e o CONWIP são mecanismos bastante semelhantes. São ambos
mecanismos que controlam a quantidade de trabalho no sistema. No nosso caso de estudo, e relativamente
ao modo de satisfação de procura, são sistemas de reposição de stock (MTS), que controlam a existência de
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trabalhos em curso de fabrico. No entanto o CONWIP tem uma outra variante para um ambiente de
satisfação da procura (MTO), mas que não faz parte do contexto deste trabalho. A diferença relevante esta
no paradigma de controlo de produção, onde o CONWIP implementa um paradigma híbrido, ou seja, é pull
e push ao mesmo tempo. Isto deve-‐se ao facto de ser pull quando é finalizado um produto e o cartão vai
para o inicio do sistema para iniciar nova produção, e é push porque quando inicia o processo de produção,
o produto é empurrado até ao final dos sistema. Já o TKS é um mecanismo pull puro. Para dar autorização
de produção estes sistemas usam cartões de produção que contém informação especifica. Na sua forma
simples, o CONWIP é aplicado em linhas de fabrico, porém pode ter algumas variações em que um sistema
CONWIP pode ser seguido de outro (Tandem CONWIP Lines), mas mais à frente (Ponto 4.3)
aprofundaremos esta questão. Relativamente aos produtos, estes sistema produzem produtos do
fabricante em que não há nenhuma customização, o que resulta numa variabilidade de mercado baixa.
Capítulo 5 -‐ Aplicação dos mecanismos
5.1. Aplicação do TKS a diferentes ambientes de produção
O mecanismo TKS tem tido sucesso desde o início da sua utilização na Toyota pois nem necessita de um
sistema informático para ser aplicado com sucesso. A aplicação do TKS permite:
1. Redução do custo de processamento da informação: de uma forma geral é muito dispendioso
implementar um sistema que forneça programas de produção para todos os processos e para os
fornecedores, e que permita fazer alterações e ajustes em tempo real.
2. Aquisição rápida e precisa de dados: usando o TKS permite aos gestores de produção tomar
conhecimento de forma contínua de dados como a capacidade produtiva, taxa de produção e
desempenho dos funcionários.
3. Limita a produção em excesso de centros de trabalho antecedentes: em processos produtivos
com vários centros de trabalho, se não for efectuado um controlo preciso, normalmente a procura
de peças torna-‐se cada vez mais errática à medida que se vai avançando na cadeia produtiva,
produzindo-‐se assim peças em excesso.
A aplicação deste mecanismo permite reduzir os stocks e os seus custos inerentes, portanto o TKS controla
a produção e as quantidades de stock na empresa.
No entanto, normalmente só se obtém sucesso com o mecanismo TKS em ambientes de produção
repetitivos. Isto é, quando existe pouca variabilidade na procura e de produtos. O programa de produção
deve ser nivelado e estável. Também se verifica que este mecanismo tem dificuldades em lidar com
sistemas de produção onde existem tempos de setup elevados (M. S. Akturk and F. Erhun, 1999).
14
5.2. Aplicação do CONWIP a diferentes ambientes de produção
Como já referimos, o mecanismo CONWIP foi originalmente concebido para ambientes de produção do
com uma configuração do tipo linha de produção. O que quer dizer que este é um mecanismo normalmente
aplicado a sistema em que produtos são desenhados e concebidos pelo fabricante, sendo produzidos de
forma repetitiva. Os produtos são normalmente feitos em grandes séries e a diversidade de produtos é
muito reduzida.
Contudo, foram vários os autores que investigaram o CONWIP em ambientes de produção diferentes, o que
pode permitir que o CONWIP seja aplicado em sistemas com características diferentes dos sistemas a que é
normalmente aplicado. Assim foram feitos estudos incluindo linhas de CONWIP alternadas (Golany et al.
1999), ambientes job shop (Ryan et al. 2000 e Luh et al. 2000) linhas CONWIP independentes que partilham
máquinas (Huang et al. 1998) e linhas de montagem (Lambrecht e Segaert 1990, Duenyas e Keblis 1995,
Ayhan e Wortman 1999, Hazra et al. 1999). Spearman e Hopp (1996), consideram várias aplicações
diferentes para o CONWIP.
Os autores começam por definir uma configuração básica em que há apenas uma única linha de produção
(Figura 10). Esta é a configuração usual do CONWIP e funciona como já foi explicado no Ponto 3.2.
Figura 10 -‐ CONWIP aplicado numa Linha de Produção
Outra configuração apresentada, é feita com vários loops de CONWIP em sequência (Figura 11), esta
configuração pode ser aplicada quando se pretende ter mais controlo sobre o sistema de produção. Como
vemos na imagem existem vários ciclos CONWIP, separados por buffers que armazenam trabalho para
permitir que um ciclo possa executar a velocidades diferentes sem afetar o funcionamento dos outros, i.e.
sem os deixar bloqueados ou sem trabalho. Nesta forma de aplicação, os cartões são libertados apenas
quando o trabalho é retirado do buffer, excepto no buffer seguinte ao ciclo considerado o bottleneck, onde
os cartões são libertados quando saem do último posto desse sistema. Isto acontece porque como o ciclo
bottleneck demora mais tempo que os outros, queremos que este possa processar os trabalhos o mais
rápido que puder. Com esta política de libertação dos cartões evita-‐se que no caso de o primeiro ciclo
libertar trabalhos mais rapidamente o sistema como um todo fique atolado com trabalhos em progresso, ao
mesmo tempo que permite que o ciclo seguinte ao bottleneck não entre em starvation.
15
Figura 11 -‐ Ciclos CONWIP aplicados numa Linha de Produção
Numa outra aplicação temos duas linhas a produzir produtos diferentes que implementam CONWIP a
partilhar uma máquina. Esta pode ser feita no caso de ambos os produtos precisarem de uma máquina
bastante dispendiosa, e só haver a possibilidade de possuir uma única máquina desse tipo (Figura 12).
Contudo esta configuração não é fácil de aplicar, pois dificulta o controlo do sistema devido a não sabermos
qual o seguinte trabalho a efetuar. A forma de resolver isto é através dos cartões CONWIP que são
libertados no fim do sistema, pois estes estão associados à linha respetiva. Assim o próximo trabalho a
entrar na máquina é sempre de acordo com a filosofia first in system first out – FISFO ( primeiro no sistema
primeiro a sair).
Figura 12 -‐ CONWIP aplicado em duas linhas de produção com uma máquina partilhada
Por último, apresentamos uma configuração com linhas de produção implementando o CONWIP focadas
para uma montagem final. Na Figura 13 apresentamos um sistema em que uma operação de montagem, é
alimentada por duas linhas com CONWIP. O nível de WIP nas linhas deve ser fixo, mas não idêntico. A
libertação de trabalhos nas duas linhas é dada sempre que uma operação de montagem é concluída (os
cartões dos componentes são enviados para o inicio da linha respetiva).
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Figura 13 -‐ Linhas CONWIP a fornecer um posto de montagem
17
Capítulo 6 -‐ Formas de Implementação Prática
6.1. Implementação do TKS
Os principais princípios para a implementação do TKS são (Hall 1983, Ohno 1988, Singh e Falkenburg 1994):
1. Nivelamento da produção de forma a conseguir pouca variabilidade do número de peças ao longo
do tempo.
2. Evitar informação complexa e sistemas de controlo hierárquicos no espaço de produção.
3. Não levantar peças sem o respectivo Kanban.
4. Levantar apenas as peças necessárias em cada centro de trabalho.
5. Não enviar peças defeituosas para o centro de trabalho seguinte.
6. Produzir a quantidade exata das peças que foram retiradas de stock.
Devido a diferentes tipos de sistemas de manuseamento de materiais podemos implementar o mecanismo
de TKS fazendo o controlo por três formas distintas (Lu 1982):
1. Sistema de Kanban único: este sistema usa unicamente Kanbans de produção para controlo de
materiais baseado no tipo de produto. A produção é bloqueada em cada centro de trabalho
baseando-‐se no tamanho total da fila de espera (Figura 7). Neste sistema o tamanho da fila de
produtos acabados e a mistura de produtos pode variar. Múltiplos contentores contêm os lotes a
ser produzidos, desde que o número total de contentores na fila de produtos produzidos não
exceda a sua capacidade máxima. As seguintes condições são essenciais para o bom
funcionamento deste sistema:
a. Uma distância curta entre os centros de trabalho contíguos;
b. Um turnover rápido dos Kanbans;
c. WIP baixo;
d. Pouco espaço de buffer e um rápido turnover de WIP;
e. Sincronização entre a taxa de produção e a velocidade de manuseamento dos materiais.
2. Sistema de Kanban Dual: o sistema de Kanban dual usa os Kanbans de produção e os Kanbans de
levantamento (Figura 8). Existe um buffer para o WIP enquanto as peças que foram produzidas no
centro de trabalho são transportadas para o centro de trabalho seguinte. Os Kanbans de
levantamento são enviados para a zona onde se encontram os produtos que foram processados no
centro de trabalho antecedente. Este sistema é apropriado para fabricantes que não estão
preparados para adoptar regras rígidas de controlo de stock. As condições seguintes são essenciais
para este sistema:
a. Distância moderada entre dois centros de trabalho;
b. Turnover rápido de Kanbans;
c. É necessário algum WIP no buffer;
d. Buffer externo ao sistema de produção;
e. Sincronização entre a taxa de produção e a velocidade do manuseamento dos materiais.
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3. Sistema de Kanban Semi-‐dual: Este sistema vai trocando Kanbans de produção e Kanbans de
levantamento em estágios intermédios. Este sistema tem as seguintes características:
a. Grande distância entre centros de trabalho;
b. Turnover lento dos Kanbans;
c. É necessário um WIP elevado entre centros de trabalho contíguos;
d. Turnover lento do WIP;
e. Não é necessária sincronização entre a taxa de produção e a velocidade a que os materiais
são manuseados.
A determinação do número de Kanbans é um passo importante na implementação do mecanismo TKS uma
vez que cada Kanban representa uma certa quantidade de stock (lote), e o número de Kanbans tem de ser
controlado rigorosamente e limitado. Foram vários métodos desenvolvidos para obter o número óptimo de
Kanbans no sistema. O número de Kanbans que o sistema vai ter, pode ser determinado baseando-‐se na
quantidade de stock. Também se torna óbvio que o número de centros de trabalho do sistema vai
influenciar directamente a quantidade de Kanbans total no sistema.
É importante ter um número de Kanbans preciso para minimizar assim o WIP e evitar simultaneamente
rupturas de stock. Assim pode-‐se calcular o nº de Kanbans para o TKS pela seguinte expressão:
!º !"#$"#% = !"#$%&'#'( !á!.!"#$%&'$( !"#$"#%&'(&
× !"#$% !" !"#$%! + !"#$% !" !"#$%&'(%)*# + !"#$ !"#$ !" !"#$%&$'"%&(
+ !"#$%& !" !"#$%&'ç! ÷ !º !"#$ã! !" !"ç!"
• !"#$%&'#'( !á!.!"#$%&'$( !"#$"#%&'(&: número máximo de produtos
produzidos de acordo com o plano de produção diário
• !"#$% !" !"#$%&: tempo de espera na produção que corresponde ao intervalo de
tempo entre duas ordens de produção.
• !"#$% !" !"#$%&&'(%)*#: intervalo de tempo desde a recepção de uma ordem de
produção até ao momento em que completada a produção do lote.
• !"#$ !"#$ !" !"#$%&$'"%&(: intervalo de tempo entre o levantamento de um
Kanban do centro de trabalho precedente e a colocação de uma nova ordem de produção.
• !"#$%& !" !"#$%&'ç!: este factor é baseado na unidade de tempo. Desta forma evita-‐
se a interrupção da linha de produção devido a uma situação inesperada.
• !º !" !"#$ã! !"ç!": Corresponde a um valor indicado no Kanban que indica o número
padrão de peças.
Se o número de Kanbans necessário no período de planeamento atual for superior ao número de Kanbans
utilizado no período anterior será necessário inserir mais Kanbans no sistema. Para isso são introduzidos
Kanbans adicionais ao sistema imediatamente após o levantamento dos Kanbans de produção, colocando-‐
os no quadro de despacho.
19
A remoção de Kanbans do sistema faz-‐se de forma similar à inserção de Kanbans, isto acontece quando o
número de Kanbans necessários no período de planeamento corrente é menor que os que foram usados no
período anterior. Os Kanbans adicionais são sempre removidos imediatamente após o levantamento dos
cartões de produção e é removido um número equivalente de Kanbans do quadro de despacho.
Também será necessário fazer a associação correta do tipo de produto a produzir ao respectivo Kanban.
Portanto deve-‐se associar cada Kanban a um lote contento um único tipo de produto de forma a garantir o
correto funcionamento do sistema.
6.2. Implementação do CONWIP
De forma a implementar um sistema CONWIP existem vários parâmetros a determinar. Spearman et al.
(1990) definem esses parâmetros como sendo os seguintes:
m, o número de cartões, que determina o valor máximo de WIP.
q, a quota de produção, que define a quantidade que se pretende produzir por um determinado
período.
n, a quantidade máxima de work ahead, (trabalho efetuado antecipadamente em relação ao que
está agendado). Se durante um período é produzido um total de ! + !, a linha é interrompida até
que se inicie o próximo período.
r, um valor que indica a falta de capacidade e que é ativado quando ! ! < ! − !, em que ! !
representa o valor de produção no tempo !.
A otimização destes valores tem de ser feita através de métodos de experimentação, como a simulação por
computador. No entanto existem autores que sugerem alguns métodos analíticos para a obtenção do
número de cartões.
A decisão principal para implementar um sistema CONWIP é determinar o número de cartões a usar no
sistema. Para Framinan et al. (2003), especificar o número de cartões consiste em dois procedimentos, que
podem ou não ser abordados simultaneamente. Estes são a definição de cartões e o controlo dos cartões.
Configuração refere-‐se a encontrar um procedimento que permita obter o número de cartões que faça o
sistema obter valores aceitáveis para as medidas de desempenho medidas. O controlo é referente ao
desenvolvimento de regras para mudar ou manter o número de cartões do sistema a qualquer alteração
que possa ocorrer. Em ambos o número de cartões deve ser, em principio, um valor inteiro. Duenyas (1994)
observou que um número de cartões k não atinge a meta do throughtput enquanto k+1 excederem essa
meta.
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Capítulo 7 -‐ Conclusão
Este estudo permitiu-‐nos observar que os dois mecanismos apesar de terem funcionamentos diferentes
têm dimensões de características bastante idênticas, diferenciando apenas no paradigma de controlo de
produção. Contudo e apesar destas semelhanças percebemos que o CONWIP apresenta mais vantagens
sobre o TKS.
O CONWIP demonstra ser um sistema mais eficiente, porque tendo propriedades dos sistemas pull e push,
consegue atingir o mesmo throughput que um mecanismo push ao mesmo tempo que mantém níveis de
WIP baixos. Além de se mostrar mais eficiente, é também mais robusto por ser menos sensível a erros ao
nível do WIP, e é mais adaptável do que o TKS pelo facto de ser possível usar o CONWIP em sistemas onde o
TKS não pode ser implementado. A exemplo, um sistema CONWIP pode ser facilmente implementado num
sistema não repetitivo, enquanto o TKS só é aplicável nos sistemas repetitivos. Além disso verificamos que o
Kanban System é um mecanismo difícil de implementar quando existem trabalhos com tempos de
produção curtos, tempos de setup significativos e variações grandes na procura.
21
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