Balanceamento de Linhas

1. Objetivos e Definições

A expressão Balanceamento de Linhas em uma indústria, significa balancear, isto é, nivelar com relação a tempos, uma linha de produção ou montagem, dando a mesma carga de trabalho, às pessoas ou máquinas em um fluxo de fabricação.

O balanceamento anula os "gargalos" de produção, proporcionando o máximo de Produtividade e Eficiência, eliminando as "esperas" em mantendo o ritmo de trabalho conjunto.

Tem como base para cálculos:

- O Roteiro de Fabricação ou Montagem de peça ou do produto;

- Os Tempos Padrões das Operações;

- O Programa de Produção/dia;

- O Tempo de Trabalho/dia.

De posse desses dados, um balanceamento objetiva:

- Melhoria de produtividade e eficiência;

- Aumento de produção com a mesma ou menor quantidade de pessoas;

- Melhoria de lay-out;

- Aproveitamento máximo da mão de obra (operador);

- Aproveitamento máximo da máquina;

- Manter um ritmo cadenciado de trabalho;

- Facilitar a supervisão;

- Possibilitar um controle de produção do trabalho;

- Possibilitar a produção de altas séries de fabricação de maneira ordenada, a baixo custo.

2. Balanceamento de Uma Linha de Produção

Irei mostrar passo a passo, como se analisa e se executa um balanceamento de uma linha de produção.

Tomarei como exemplo o processo de usinagem de uma peça qualquer.

Lay-out da linha de produção.

Onde:

1. Torno - Tornear  Ø10mm, furar  Ø03mm;

2. Furadeira -  Furar Ø05mm;

3. Fresadora - Fresar rebaixo de 15X3mm;

4. Bancada - Tirar rebarbas da fresa;

5. Rosqueadeira - Roscar  Ø05mm;

6. Fresadora - Abrir canal de 5X5mm;

7. Bancada - Tirar rebarbas do canal;

8. Retifica - Retificar o  Ø10mm.

3. As Operações

Cada operação é uma fase distinta do processo de produção, caracterizada por um trabalho definido no ciclo de fabricação, sendo executada com o auxilio de uma máquina ou manualmente, composta de vários movimentos manuais e de máquina, modificando a forma da peça.

A rotina de trabalho é confeccionada para o detalhamento das operações, tem como base o projeto da peça, este é o determinante em cada fase do processo.

A numeração de cada operação na Rotina de Trabalho é feita por dezena, possibilitando o acréscimo de outras operações, se necessário, sem afetar a numeração das existentes, o que causaria transtornos a todos os setores envolvidos.

4. Os Tempos Padrões (TP)

Para cada operação constante na Rotina de Trabalho é calculado um Tempo Padrão (TP) que determina a quantidade de peças que devem ser produzidas. O Tempo Padrão é a ferramenta básica do estudo de um balanceamento de linha. Sem ele, não existe a possibilidade de uma organização da linha de produção.

Tempo Padrão é o tempo necessário para executar uma operação de acordo com um método estabelecido, em condições determinadas, por um operador apto e treinado, possuindo habilidade média, trabalhando com um esforço médio, durante todas as horas de serviço.

5. Tempo Total de Fabricação

A soma de todos os tempos padrões de todas as operações executadas na fabricação de determinada peça, nos fornece o tempo total de fabricação da peça. No caso analisado temos o Tempo Total de Fabricação de 9,4 minuto/peça

6. O Plano de Produção

Baseado na quantidade de vendas dos produtos, é determinado um plano de produção diário, para atender a demanda.

Pode haver variações no plano de produção, dependendo da diminuição ou aumento das vendas. Normalmente trabalha-se com um programa mensal, que dividido pelo número de dias trabalhados no mês, resulta em um plano/dia de produção.

No nosso exemplo, especificamos que o plano de produção por mês seja de 7.500 peças, com o trabalho de 25 dias úteis, significando que nosso plano de produção diário é de 300 peças.

Portanto, o nosso plano de produção/dia será de 300 peças. O plano de produção é outro dado imprescindível no estudo do balanceamento de linhas.

7. O Tempo de Trabalho da Linha

Consideremos como tempo de trabalho normal de uma linha de produção, o tempo básico de trabalho de uma pessoa, qual seja , 8 horas por dia, equivalente a 480 minutos/dia.

Portanto, teremos 480 minutos de trabalho diário da linha, para os nossos cálculos.

8. O Balanceamento

O objetivo do balanceamento é determinar uma carga de mão de obra, a carga das máquinas, facilitar o controle da produção, possibilitar o cálculo da produtividade e eficiência, distribuir o pessoal de forma racional, ritmando e cadenciando a produção e consequentemente reduzindo custos e aumentado a produção.

9. Sequencia de Cálculos

Já temos todos os dados em mãos para os cálculos necessários, foram determinados a rotina de trabalho e os tempos padrões.

9.1- Determinação da Carga de Mão de Obra (Número de Pessoas Necessárias).

Número de Pessoas = Plano de Produção/dia  x  Tempo Total de Fabricação/pç

                                                      Tempo de Trabalho/pessoa/dia

Número de Pessoas = 300 peças/dia x 9,40 minutos/pç  =       2.820 min/dia      =  5,9

                                              480 min/dia/pessoa                 480 min/dia/pessoa    

Número de Pessoas  = 6

Sabemos então que esta linha deverá trabalhar com 6 pessoas, para a produção de 300 peças/dia.

9.2- Determinação do Tempo Padrão Balanceado (TPB)

TPB = Tempo Total de Fabricação/pç  =    9,4 min/pç

                    Número de Pessoas               6 pessoas

TPB = 1,57 min/pessoa

Portanto o nosso TPB (Tempo Padrão Balanceado), para análise da linha em estudo é de 1,57 min/pessoa.

O TPB define um Posto de Trabalho, então, cada Posto de Trabalho terá o tempo de processo de 1,57 minutos.

10. Os Postos de Trabalho

Um posto de trabalho foi definido, para este exemplo com 1,57 minutos, portanto será desenvolvido em cada posto dessa linha, trabalhos com tempo iguais ou próximos de 1,57 minutos.

O balanceamento é feito seguindo os seguintes critérios:

- Quando o TP da operação for igual ou próximo ao TPB, significa que aquela operação, já é um posto de trabalho.

- Quando o TP da operação for menor que o TPB, existe a necessidade de acoplar-se outras máquinas ou trabalhos ou processos, para que o tempo do posto fique próximo do TPB possibilitando o balanceamento da linha.

- Quando o TP da operação for maior que o TPB, é necessário completar o trabalho com horas extras ou incluir outro turno de trabalho, possibilitando cumprir o Programa de Produção.

11. Realizando o Balanceamento da Linha

Analisemos cada posto de nossa linha em estudo:

Posto 1: A primeira operação da rotina de trabalho é realizada em um tempo de 1,60 min. O TPB é de 1,57 min., portanto podemos considerar a primeira operação como 1º posto de trabalho da linha. A pequena diferença de tempo acima do TPB não afetará o balanceamento da linha.

Posto 2: Foi acoplada a operação de número 20 com a operação de número 50 da rotina de trabalho, deixando este posto com o tempo total de 1,55 min., bem próximo do TPB de 1,57 min.. Verificamos também que não há inconveniente em mudarmos a sequência das operações.

Posto 3: A soma dos tempos das operações 30 e 40 perfaz um total de 1,55 min., portanto bem próximo do TPB de 1,57 min., definindo o 3º posto de trabalho.

Posto 4:  Da mesma forma a soma dos tempos das operações 60 e 70, perfaz um total de 1,50 min., próximo do TPB de 1,57 min, podendo ser considerado o 4º posto de trabalho.

Posto 5: O tempo da operação 80 é de 3,20 min., significando quase o dobro do TPB de 1,57 min., esta operação não pode ser realizada por duas pessoas, tendo em vista que temos apenas 1 máquina (retifica). Por tanto a necessidade de 2 retificas para cumprir o programa de produção ou 2 turnos de 8 horas cada. A retífica define o 5º posto de trabalho, com um retífica trabalhando em 2 turnos.

Observações:

1. Par possibilitar o balanceamento, foi modificada a sequencia do ciclo de produção, passando-se a execução da operação 50, a ser feita logo após a operação 20, sem afetar a fabricação da peça, conforme projeto.
2. A operação 80 com quase o dobro do tempo do TPB, determina que o trabalho deva ser realizado em 2 turnos, se possuirmos apenas 1 retifica, para cumprimento do programa de produção especificado.

11. A Produtividade e Eficiência da Linha

Produtividade: É a relação entre o que se produz (tempo) e o que deveria ser produzido (tempo). Desconta-se o tempo inativo do total que deveria ser produzido.

Eficiência: É o mesmo, porém não se desconta o tempo inativo do total.

Observações:

1. No cálculo da produtividade, transformamos as peças produzidas em tempo produzido, multiplicando a quantidade de peças (300 peças) pelo tempo total de fabricação de
uma peça (9,40 minutos).

2. O tempo que deveria ser produzido, será sempre o tempo de trabalho da linha, no caso, 480 minutos, multiplicado pela quantidade total de pessoas, no caso 6 pessoas.

Calculemos agora a produtividade da linha balanceada, trabalhando com 6 pessoas e produzindo 300 peças/dia.

Produtividade =                         O que se produz (tempo)                           =  %
                               Deveria ser produzido (tempo) - Inatividade (tempo)

Produtividade =            300 peças X 9,40 min/pç             =  %
                                  6 pessoas X 480 min/pessoa - 0

Produtividade =        2.820 min       =  98%
                                  2.880 min

Portanto a produtividade da linha é de 98%, sendo a eficiência igual a produtividade, pois não existiu tempo inativo.

Controle Estatístico de Processo.

01. Conceitos e Importância do CEP.

C.E.P é a manutenção do processo dentro das condições e comportamentos planejados, tendo como base valores numéricos (estatísticos).

C.E.P é uma ferramenta que permite fazer um acompanhamento constante no processo de produção. Verificando se seu comportamento está de acordo com o planejado, atuando de forma preventiva.

Todos os processos apresentam variabilidade. Quando fabricamos um produto (bem ou serviço), as características deste produto irão apresentar uma variação inevitável, devido a variações sofridas pelos fatores que compõem o processo produtivo. Como já sabemos, estas variações podem resultar de diferenças entre máquinas, mudanças nas condições ambientais, variações entre lotes de matérias-primas, diferenças entre fornecedores, entre outras. Apesar de um esforço considerável ser especificamente direcionado para controlar a variabilidade em cada um desses fatores, existirá sempre a variabilidade no produto acabado de cada processo de uma empresa. Portanto, é importante que esta variabilidade também seja controlada, para que possam ser fabricados produtos de boa qualidade.

É importante verificar a estabilidade dos processos, já que processos instáveis provavelmente irão resultar em produtos defeituosos, perda de produção, baixa qualidade e, de modo geral, em perda da confiança do cliente.

Resumindo:

“ Não existem dois produtos iguais, quer sejam peças, serviços, relatórios ou palestras”.

“ Um processo sempre apresenta variação”.

“ Os Produtos defeituosos são produzidos devido à presença de variabilidade”.

“ Os processos que apresentam elevada variabilidade, em geral, tornam-se cada vez mais complexos (retrabalho, rejeição e perdas)”.

02. Fatores de Influência e Causas de Variações.

Máquina – Método – Medida - Mão de Obra - Meio Ambiente – Matéria Prima.

Máquina: Compreende todas as causas referentes às máquinas ou equipamentos ligados ao problema como dispositivos, torquímetros, chaves, etc.

- O equipamento estava com manutenção adequada?

- O equipamento vinha funcionando bem?

- Houve alguma modificação recente?

- O equipamento é adequado ao serviço?

Método: Compreende todas as causas referentes aos procedimentos, seqüência de atividades, práticas usadas, etc.

- Esse método de trabalho é adequado?
- Está dentro dos padrões e regulamentos aplicáveis?
- Sempre foi feito desta forma?

Medida: Compreende todas as causas referentes as medidas de monitoramento dos processos.

- A medida é adequada?

Mão de Obra: Compreende todas as causas referentes às pessoas ligadas ao problema.

- Falta treinamento para a equipe?

- Falta habilidade nos colaboradores?

Meio Ambiente: Compreende todas as causas referentes ao ambiente de trabalho onde podem estar inseridas as causas.

- Há presença de sujeira, poluição atmosférica e/ou sonora etc?

- Há falta ou excesso de iluminação, ventilação, umidade, calor, etc?

Matéria Prima: Compreende todas as causas referentes à matéria prima, às informações aos insumos ligados aos processos.

- O material está de acordo com as especificações?

- Houve troca de fornecedor?

- As informações iniciais estavam corretas?

“A variação é inerente ao processo considerado e estará presente mesmo que todas as operações sejam executadas empregando métodos padronizados”

Existem dois tipos de causas para a variação na qualidade dos produtos resultantes de um processo.

Causas Comuns ou Aleatórias:. A variação provocada por causas comuns, também conhecida como variabilidade natural do processo, é inerente ao processo considerado e estará presente mesmo que todas as operações sejam executadas empregando métodos padronizado. Quando apenas as causas comuns estão atuando em um processo, a quantidade de Variabilidade se mantém em uma faixa  estável,  conhecida   como  faixa  característica do processo. Neste caso, dizemos que o  processo está sob controle estatístico, apresentando Um comportamento estável e previsível.

Causas Especiais ou Assinaláveis: As causas especiais de variação surgem esporadicamente, devido a uma situação particular que faz com que o processo se comporte de um modo completamente diferente do usual, o que pode resultar em um deslocamento do seu nível de qualidade. Quando um processo está operando sob a atuação de causas especiais de variação dizemos que ele está fora de controle estatístico e neste caso sua variabilidade geralmente é bem maior do que a variabilidade natural. As causas especiais de variação devem ser, de modo geral, localizadas e eliminadas, e além disto devem ser adotadas medidas para evitar sua reincidência. No entanto, na situação especial em que a atuação da causa especial é benéfica, melhorando o nível de qualidade, deve ser estudada a viabilidade da incorporação ao processo desta causa especial de variação. Alguns exemplos de causas especiais de variação são a admissão de um novo operador para a realização de uma tarefa, a ocorrência de defeitos nos equipamentos, a utilização de um novo tipo de matéria-prima e o descumprimento dos padrões operacionais.

03. Conceitos e Obtenção de Dados

Dados: São as informações que representam a base para tomada de decisões confiáveis durante a análise de qualquer problema.

Existem dois tipos de dados a serem considerados para o controle estatístico do processo.

- Dados Discretos: Contagem ou atributos.

- Dados Contínuos: Dados de medidas.

“Os dados utilizados no controle de torque são dados Contínuos”

População: Universo dos dados sob investigação da qual são retiradas amostras.

Amostra: Grupo de elementos retirados de uma população, com o objetivo de identificar características e desempenho desta população.

Média Aritmética: Região de Distribuição de freqüências onde se concentram a maioria das observações.

Especificação (Limites de Especificação): Requisito do projeto para aceitabilidade de uma característica de cada peça produzida, baseado no desenho funcional da peça e utilizado para verificar adequabilidade da peça.

Limites de Controle: Limites determinados com base na variabilidade do processo produtivo. Dependendo do tamanho da amostra utilizada, utilizado para verificar ou não a presença de ou não de causas especiais de variação.

04. Medidas de Dispersão (Amplitude, Variança e Desvio Padrão)

Amplitude: Medida simples de dispersão dos dados, defini-se pela diferença entre o maior e  menor valor amostral. É denotada pelo símbolo R (Ranger).

Variança: Representa a dispersão quadrática de toda a medição. Média da soma dos quadrados dos desvios.

Desvio Padrão: Medida aritmética da dispersão (espalhamento) das medidas. É a raiz quadrada da variança.

05. Gráfico X-R

A carta de controle, é simplesmente um gráfico de acompanhamento com uma linha superior (LSC) e uma linha inferior (LIC), em cada lado da linha média do processo (LM), todos estatisticamente determinados para monitorar, controlar e melhorar o desempenho do processo ao longo de um certo período, através do estudo da variação para manter o processo estável.

- Análise e controle do processo.

- Visualização de mutações do processo: Causas Comuns e Especiais.

Carta de Controle Eletrônica

Link: Carta Padrão - Excel

Carta de Controle Manual

Link: Carta de Controle Manual

06. Avaliação de Capabilidade de Processos Bilaterais.

É o processo que constrói a qualidade no produto. Então devemos saber se o processo é capaz de produzir qualidade suficientemente boa. O estudo da Capabilidade do processo é conduzido para analisá-la e determiná-la.

A capabilidade do processo fornece “a base para determinar se o processo é capaz de atingir o grau pretendido de qualidade de uma maneira estabilizada”. Assim, ela serve de fundamento para a segurança de qualidade. Pela condução do estuda da capabilidade do processo tomamos as ações necessárias para assegurar que o processo produz dentro do nível de qualidade pretendido. A ação corretiva inclui o aprimoramento do processo para maior eficiência, uma revisão dos métodos de controle para eliminar não conformidades e peneiramento. Mesmo o pessoal do chão da fábrica deve falar sobre a capabilidade do processo como ferramenta da avaliação do mesmo.

O índice de capabilidade do processo serve como base para determinar e as condições são satisfatórias. Matematicamente, a capabilidade do processo é definida como seis desvios padrão (6σ) e o índice de capacidade do processo é sua relação para com a faixa especificada.

O índice de CP relaciona a dispersão dos valores com a tolerância especificada, isto é mede a variabilidade do processo.

07. Índices de Capabilidades com Avaliação das Polaridades.

O índice de CPk nos permite avaliar se o processo está sendo capaz de atingir o valor nominal da especificação, já que ele leva em consideração o valor da média do processo. Logo, o índice CPk pode ser interpretado como uma medida da capacidade real do processo.

O índice de capabilidade com variação da polaridade leva em conta a centralização do processo, relacionando a distância entre a média do processo com o limite de especificação mais próximo, com a metade da dispersão total do processo.

08. Avaliação de Níveis de Capabilidades.

O índice de CP relaciona a dispersão dos valores com a tolerância especificada, isto é, mede a variabilidade do processo. Por outro lado, o CPk compara simultaneamente o seu acerto ou regulação (medida central) e a sua variabilidade relativamente a tolerância.

A capacidade do processo será considerada satisfatória se quer o CP quer o CPk forem igual ou superiores a 1,33. Nesta situação garante-se que a dispersão dos valores está contida nos ± 4σ da curva de dispersão normal e que, para além disso, o processo se encontra centrado em torno do valor ótimo.

09. Distribuição Normal.

A distribuição normal é usualmente empregada para valores ou variáveis contínuos (indiscretos) . Ela tem uma forma de sino ou curva de Gauss, é um tipo de distribuição na qual um grande número de observações ocorrem em torno da média e em menor quantidade na área sob as extremidades.

Características: Forma de Sino, Simétrica em Relação a Média, A Probabilidade Tende a Zero ns Dois Limites (Assintótica), A Altura é ordenada no Seu Centro, Variação de Forma (CP) e Posição (CPk).

A distribuição está determinada quando a média e o desvio padrão estão determinados. 99,7% de todas as medições em uma distribuição normal irão ocorrer entre mais e menos três desvio padrão de distância da média. Se por exemplo as leituras de diâmetro de uma peça fabricada em um processo seguirem uma distribuição normal de média igual a 50mm e desvio igual a 0,02mm, então:

50 + 3 X 0,02 = 50,06

50 – 3 x 0,02 = 49,94

Isto significa dizer que, se o processo é estável, os diâmetros das peças manufaturadas neste processo caíram na faixa entre 49,94 e 50,06 com probabilidade de 99,7% e as leituras de diâmetros fora desta faixa serão responsáveis por somente 0,3%.

10. Avaliações de Polaridades.

11. Exemplo de Cálculos.

Consideremos uma carta de controle com Limite Superior de Controle Especificado igual a 15 e Limite Inferior de Controle Especificado igual a 5.

Nível de Capabilidade (CP, CPK) = Aceitável com inspeção rigorosa.

12. Interpretação de Gráficos de Controle.

Carta de Controle.

A carta de controle, é simplesmente um gráfico de acompanhamento com uma linha superior (LSC) e uma linha inferior (LIC), em cada lado da linha média do processo (LM), todos estatisticamente determinados para monitorar, controlar e melhorar o desempenho do processo ao longo de um certo período, através do estudo da variação para manter o processo estável.

Principais Características.

A) Permite controlar o processo;

B) Permite perceber as condições dos processos baseando-se nos movimentos dos pontos grafados.

C) Permite arrumar as datas em series temporais e lhe permite verificar se a dispersão de datas é devida a causas acidentais ou a causas assinaláveis.

Leitura do Gráfico de Controle.

O Gráfico de controle tem a linha central e as linhas de controle superior e inferior, onde as linhas de controle servem como referências para verificar a dispersão em torno da linha central.

Portanto se um ponto se um ponto for marcado fora destas linhas de controle, este ponto é chamado fora de controle. As prováveis razões por tal ponto fora de controle incluem:

Alterações devido a uma causa de mudança ou anormalidades que tenham ocorrido durante o processo.

O critério para se julgar se um processo está em estado de controle (em estado estável) é descrito abaixo. O número de pontos a serem usados no julgamento deve ser de 25 ou mais.

A) Nenhum ponto deve estar fora dos limites de controle. Nos casos seguintes, no entanto, o processo deveria estar como em estado de controle.

A1) 25 ou mais pontos consecutivos estão dentro dos limites.
A2) Um ponto, em 35 pontos consecutivos está fora dos limites.
A3) Dois pontos, ou menos entre 100 pontos consecutivos estão fora dos limites.
B) Os pontos devem estar livres de tendências especificas quanto a localização.

Tendência Especifica e Localização do Ponto.

A) Corrida – Pontos que ocorram consecutivamente em um lado da linha central ( a rigor linha mediana) são chamados de corrida. O comprimento da corrida é o número de pontos que ocorrem consecutivamente de um lado.

B) Tendência – A subida ou descida gradual dos pontos é chamada de tendência. Caso sete pontos consecutivos subam ou caiam gradualmente considera-se o processo fora de controle.

C) Ciclo – Há vários ciclos. Identificar as causas de tais ciclos baseado em conhecimento técnicos é um método muito efetivo para a análise de processos. É bastante difícil determinar o ciclo; mas a observação do ciclo ao longo de muito tempo no gráfico de controle fará com que seja mais fácil determiná-lo. Quando se julga se o processo está em estado de controle ou fora de controle, tome cuidado com as causas dos ciclos.

D) Quando Ocorrem Pontos Consecutivos em um Lado da Linha Central – Nos casos a seguir deve-se julgar o processo como fora de controle.

10 pontos ou mais entre 11 pontos consecutivos.

12 pontos ou mais entre 14 pontos consecutivos.

14 pontos ou mais entre 17 pontos consecutivos.

16 pontos ou mais entre 20 pontos consecutivos.

E) Quando os Pontos Ocorrem Freqüentemente próximos à Linha Limite de Controle – Quando pontos de números seguintes ocorrem distantes da linha central, a mais de 2/3 da distância da linha de centro à linha limite de controle, deve-se julgar o processo como fora de controle. Nos casos a seguir deve-se julgar o processo como fora de controle.

2 pontos entre 3 pontos consecutivos.
3 pontos entre 7 pontos consecutivos.
4 pontos entre 10 pontos consecutivos.

F) Quando Todos os Pontos Ocorrem Próximos à Linha de Centro – Este processo, com tal gráfico, não é julgado como processo em controle. Se os pontos estiverem em estado de controle eles devem se distribuir ao acaso. Quando considerar uma distribuição confirmada pelas linhas de limites de controle a 3 sigma, a distribuição deve declinar gradualmente em torno da linha central. Assim sendo a distribuição de pontos é julgada como tendo uma tendência específica.

Índice de Capabilidade do Processo.

A capabilidade do processo fornece “a base para determinar se o processo é capaz de atingir o grau pretendido de qualidade de uma maneira estabilizada”. O índice de capabilidade do processo serve como base para determinar se as condições são satisfatórias. Matematicamente a capabilidade do processo é definida como 6 desvio padrão e o índice de capabilidade do processo e sua relação para com a faixa especificada.

Critérios para Determinação de Diferentes Níveis de Capabilidade.

CP ou CPk Inaceitável.

Caso tenha um processo, com o valor de CP ou CPk considerado inaceitável, o setor tem que analisar este processo e, tomar ação corretiva para um aprimoramento do mesmo.