Balanceamento de linhas Balanceamento de linha de produção é um assunto de grande importância para o engenheiro de produção no desempenho da sua profissão pois amplia a sua visão de sistemas e ao mesmo tempo estimula a melhoria continua, com conceitos e procedimentos simples para equalizar os fluxos produtivos dentro de uma linha.
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Sumário Balanceamento de linhas – etapas no balanceamento, Diagrama de precedência, Como se faz um balanceamento de uma linha, Avaliação da eficácia do balanceamento de linha, Diretrizes para o balanceamento de uma linha, Outros fatores, Outras abordagens, Exercícios.
Balanceamento de linhas e as etapas no balanceamento
As linhas de montagem variam em extensão, desde as curtas, com poucas operações, até linhas extensas, com grande número de operações. As linhas de montagem de automóveis são exemplos de linhas extensas. Na linha de montagem do Ford Mustang em Dearborn, Michigan, EUA, um Mustang percorre aproximadamente 15 quilômetros, do princípio ao final da linha. Muitos dos benefícios de um arranjo físico por produto estão relacionados com a capacidade de dividir o trabalho exigido em uma série de tarefas elementares (atividades – por exemplo, montar as peças A e B), que podem ser executadas, rápida e rotineiramente, por trabalhadores não-especializados ou por equipamento especializado. A duração destas tarefas elementares normalmente varia desde alguns segundos até 15 minutos ou mais. A maioria dos intervalos de tempo requeridos é tão breve, que seria impraticável atribuir uma única tarefa a cada trabalhador. Por um lado, a maioria dos trabalhadores ficaria rapidamente entediada pela limitação do escopo do cargo (poucas tarefas a executar). Por outro lado, o número de trabalhadores necessários para se completar até mesmo um produto ou serviço simples seria enorme. Por isso, as tarefas são geralmente agrupadas em conjunto de tarefas gerenciáveis, atribuídas a estações de trabalho comandadas por um ou dois operadores. O processo de decidir como atribuir as tarefas a estações de trabalho é referido como balanceamento de linha. O objetivo do balanceamento de linha é obter grupos de tarefas que demandam tempos de execução aproximadamente iguais. Isto minimiza o tempo ocioso ao longo da linha e resulta em um alto índice de utilização da mão de obra e do equipamento. Ocorre ociosidade quando existem diferenças entre os tempos de execução das tarefas nas estações de trabalho; algumas estações são capazes de produzir trabalho com maior velocidade do que outras. Estas estações “rápidas” estarão sujeitas a períodos
de espera periódicos, até receberem a produção das estações mais lentas, ou então serão forçadas a permanecer ociosas para evitar o acúmulo de trabalho entre as estações. Linhas desbalanceadas são indesejáveis, diante da utilização ineficiente da mão de obra e do equipamento, como também porque
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podem criar problemas de moral baixo para os trabalhadores que precisam trabalhar continuamente nas estações mais lentas. As linhas perfeitamente balanceadas têm um fluxo de trabalho suave (se os tempos das atividades permitirem) porque as atividades ao longo da linha estão sincronizadas, a fim de obter o maior grau possível de utilização da mão de obra e do equipamento. O principal obstáculo para se obter uma linha perfeitamente balanceada é a dificuldade de formar conjuntos de tarefas que têm a mesma duração. Uma das razões para isto é que pode não ser viável combinar certas atividades em um mesmo conjunto, seja devido ao fato de as atividades demandarem equipamentos distintos, ou porque as atividades não são compatíveis entre si (por exemplo, atividades como polimento ou jateamento das placas metálicas são incompatíveis com a de pintura devido ao risco de que partículas de areia contaminem a pintura). Uma outra causa de dificuldade para o balanceamento é que as diferenças entre as durações das tarefas elementares nem sempre podem ser superadas pelo agrupamento de tarefas. Uma terceira causa da dificuldade de balancear uma linha perfeitamente é que uma sequência tecnológica requerida pode impedir totalmente uma combinação de tarefas que poderia ser desejável. Por exemplo, uma série de três operações com duração de dois, quatro e dois minutos, conforme mostrado no diagrama a seguir. Escovar
Lavar
Secar
2 minutos
4 minutos
2 minutos
Idealmente, a primeira operação e a terceira poderiam ser combinadas em uma estação de trabalho, tendo assim um tempo total igual ao tempo da segunda operação (4min). Entretanto, pode não ser possível combinar a primeira operação com a terceira. No caso de uma lavagem automática (operações de lavagem e secagem) de automóveis, as operações de escovação e secagem não podem ser combinadas na mesma estação de trabalho, devido à necessidade de os automóveis serem lavados entre as duas operações. O balanceamento de linha envolve a atribuição de tarefas a estações de trabalho. Geralmente, cada estação de trabalho tem um trabalhador responsável pela execução de todas as tarefas naquela estação, embora exista a opção de haver vários operadores numa mesma estação de trabalho. Para fins didáticos, todos os exemplos apresentados têm apenas um trabalhador em cada estação de trabalho. Um gerente pode decidir utilizar de uma a cinco estações de trabalho para a execução de cinco tarefas. Com uma única estação de trabalho, todas as tarefas são executadas nessa estação; com cinco estações, é designada uma tarefa para cada estação. Sendo utilizadas, duas, três ou quatro estações de trabalho, algumas das estações ou todas terão tarefas múltiplas que lhes serão
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atribuídas. Como então um gerente decidirá a respeito do número de estações que deverá ser utilizado? O determinante primordial dessa decisão é o tempo de ciclo de produção da linha, ou o tempo de ciclo. O tempo de ciclo é o tempo máximo permitido em cada estação de trabalho para a execução das tarefas. O tempo de ciclo também estabelece a velocidade de produção de uma linha. Por exemplo, se o tempo de ciclo for de 2 minutos, as unidades sairão do final da linha de produção à velocidade de 1 unidade a cada 2 minutos. Suponha que o trabalho requerido para se fabricar determinado produto possa ser dividido em cinco tarefas elementares, cuja duração e sequência são apresentadas no diagrama a seguir:
0,1min
0,7min
1,0min
0,5min
0,2min
A duração das tarefas determina a faixa de duração possível para o ciclo. A mínima duração para o ciclo é igual ao tempo da tarefa de maior duração (1,0 minuto) e, a duração máxima possível para o ciclo é a soma dos tempos de duração das tarefas (0,1+0,7+1,0+0,5+0,2=2,5 minutos). A menor duração para o ciclo da linha de produção (o menor tempo de ciclo) ocorreria se existissem cinco estações de trabalho. A duração máxima do ciclo da linha (o maior tempo de ciclo) ocorreria se todas as tarefas fossem realizadas em uma única estação de trabalho (considerando que cada estação de trabalho tem um único operador). O maior tempo de ciclo e o menor tempo de ciclo são importantes, porque estabelecem a faixa de produção possível para a linha e, que pode ser determinado a partir da expressão:
TO Capacidade de produção = -------TC onde: TO = Tempo de operação por dia; TC = t245 empo de ciclo Por exemplo, supondo que uma linha de produção funciona durante oito horas por dia (8 x 60 = 480 minutos). Considerando um tempo de ciclo de 1,0 minuto, a produção será:
480 min/dia 1min/unid
480 unid/dia
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Se o tempo de ciclo for de 2,5 minutos, a produção será:
480 min/dia 2,5min/unid
192 unid/dia
Supondo que não sejam executadas atividades em paralelo (se existirem duas linhas, por exemplo) a produção a ser determinada para a linha deverá estar na faixa de 192 a 480 unidades por dia. Como regra geral, o tempo de ciclo é determinado a partir da produção desejada; ou seja, escolhe-se o nível desejado de produção por unidade de tempo e, calcula-se então o tempo de ciclo. Se o tempo calculado para o tempo de ciclo não cair entre os limites mínimo e máximo, então o nível desejado de produção precisará ser revisto. Pode-se calcular o tempo de ciclo utilizando a expressão:
TO TC ----- ND
onde: ND = nível desejado de produção por unidade de tempo. Por exemplo, supondo que o nível desejado de produção seja de 480 unidades por dia e que a linha opere 8 h por dia. Segundo a equação acima o tempo de ciclo necessário será:
480 min/dia 480unid/dia
1,0 min/unidade
O número de estações de trabalho que serão necessárias é uma função do nível desejado de produção e da capacidade de combinar as tarefas elementares nas estações de trabalho. Pode-se determinar o número mínimo teórico de estações necessárias para gerar um determinado nível de produção com a seguinte expressão: Nmin =
Σt
----TC
onde: Nmin = número mínimo teórico de estações de trabalho TC = tempo de ciclo Σt = soma dos tempos de duração das tarefas
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Por exemplo, supondo que: o nível desejado de produção seja um máximo de 480 unidades por dia (Este valor requer que o tempo de ciclo seja 1,0 minuto); o somatório dos tempos das tarefas seja 2,5 minutos. Nessas condições o número mínimo de estações necessárias será:
Nmin =
2,5 min ----------1,0 min
Como a solução deu fracionária – 2,5 – arredonda-se para cima, ou seja, o número mínimo de estações de trabalho será 3. Deste modo, o número real de estações que serão utilizadas será maior ou igual a 3, dependendo da combinação das tarefas em núcleos de trabalho. Diagrama de precedência
Uma ferramenta útil no balanceamento de linha é o diagrama de precedência conforme ilustrado a seguir: 0 1min
A
1,0 min
B
0,5min
0,7min
0,2min
C
D
E
Um diagrama simples de precedência.
Fonte: Stevenson, 2001, p. 209.
O diagrama reproduz as tarefas que deverão ser executadas, juntamente com os requisitos de sequenciamento, isto é, a ordem em que as tarefas devem ser executadas. O diagrama deve ser lido da esquerda para a direita, de forma que a(s) tarefa(s) inicial(is) ficam à esquerda e, a tarefa final está do lado direito. Em termos de requisitos de precedência, pode-se observar, a partir do diagrama, que o único requisito para começar a tarefa b, por exemplo, é que a tarefa a tenha sido concluída. Entretanto, para começar a tarefa d, as tarefas b e c precisarão ambas estar concluídas.
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Como se faz o balanceamento de uma linha?
Isto envolve atribuir tarefas para as estações de trabalho. Normalmente, não existem métodos que assegurem a otimização das atribuições. Por isso, os gerentes utilizam regras heurísticas (intuitivas), que fornecem soluções boas para a questão da atribuição de tarefas às estações de trabalho. Estas soluções podem, às vezes, configurar soluções ótimas. Uma série de soluções heurísticas para balanceamento de linha tem sido utilizada na prática. Um procedimento geral utilizado é composto por sete etapas, descritas a seguir: 1. Identificar o tempo de duração do ciclo e determinar o número mínimo de estações de trabalho; 2. Atribuir as tarefas às estações de trabalho seguindo uma ordem, começando pela estação 1. As tarefas são atribuídas para as estações de trabalho da esquerda para a direita pelo diagrama de precedência; 3. Antes de alocar cada tarefa, utilizar os seguintes critérios para determinar quais as tarefas elegíveis para serem atribuídas a uma estação de trabalho: a. Todas as tarefas precedentes a uma dada tarefa já deverão ter sido alocadas; b. O tempo de duração de uma tarefa não poderá exceder o tempo disponível remanescente na estação de trabalho. Se nenhuma tarefa for elegível, passar para a estação de trabalho seguinte. 4. Depois de cada atribuição de tarefa, determinar o tempo remanescente na estação de trabalho considerada, subtraindo do tempo de duração do ciclo a soma dos tempos de duração das tarefas atribuídas a ela; 5. Para fazer o desempate, utilizar uma das seguintes regras: a. Alocar a tarefa que tenha a maior duração de tempo; b. Alocar a tarefa que tenha o maior número de tarefas subsequentes. Se ainda houver um empate, escolher uma tarefa arbitrariamente. 6. Proceder assim até que todas as tarefas tenham sido atribuídas a estações de trabalho; 7. Calcular os indicadores adequados (por exemplo, o percentual de tempo ócios, a eficiência) para o conjunto de atribuições.
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Exemplo.
Combine as tarefas mostradas na Figura 9.1 em três estações de trabalho. O tempo de ciclo é de 1,0 minuto. Atribua as tarefas às estações de trabalho na ordem do maior número de tarefas subsequentes. Estações de Trabalh0
Tempo remanescente
Tarefas elegíveis
Alocar a tarefa
1
1,0 0,9 0,2 1,0 1,0 0,5 0,3
A,C C B D,E E -
A C
2 3
Tempo ocioso da estação 0,2
B D E 0,3
Tempo ocioso total 0,5
Observação: Em cada estação de trabalho, o valor inicial para o tempo remanescente é igual ao tempo de duração do ciclo. Para que uma tarefa seja elegível, as tarefas que a precedem deverão ter sido alocadas e, o tempo de duração da tarefa não deverá exceder o tempo remanescente da estação. Avaliação da eficácia do balanceamento de linha
Para avaliar a eficácia de alocação de determinado conjunto de tarefas a postos de trabalho alguns indicadores podem ser utilizados. Duas medidas de eficácia são utilizadas frequentemente: 1ª. O percentual de tempo ocioso da linha.
Este indicador é as vezes referido como defasagem do balanceamento. Ele pode ser calculado por meio da equação:
Porcentagem do tempo ocioso= Tempo ocioso por ciclo X 100= N real x tempo do ciclo onde: Nreal = Número real de estações; Para o exemplo precedente, o valor é:
Porcentagem do tempo ocioso=
0,5 X 100=16,7 % 3 X 1,0
2ª. Eficiência. A eficiência de uma linha de produção é calculada por meio da
equação:
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Eficiência 100% percentual de tempo ocioso
Para o exemplo precedente, o valor é:
Eficiência 100% 16,7%
83,3%
Em seguida será avaliado se o nível de produção escolhido deve ser igual à maior produção possível. O número mínimo necessário de estações de trabalho é uma função do nível desejado para a produção e, portanto, do tempo de ciclo. Deste modo, um nível menor de produção (e, portanto, um tempo de ciclo mais longo) pode resultar em uma necessidade de menor número de estações de trabalho. Portanto, um gerente precisa avaliar se a economia possível que seria obtida por meio de um número menor de estações de trabalho pode ser maior que a diminuição do lucro resultante da produção de um menor número de unidades. Os exemplos precedentes servem para ilustrar alguns dos conceitos do balanceamento de uma linha. Eles são relativamente simples; na maioria das situações reais, no entanto, o número de ramificações e de tarefas é maior. Em consequência, a tarefa de balancear uma linha pode ser complexa. Em vários casos, o número de alternativas para o agrupamento de tarefas é tão grande que é praticamente impossível realizar uma avaliação exaustiva de todas as possibilidades. Por este motivo, vários problemas reais, qualquer que seja a sua dimensão, são resolvidos utilizando-se abordagens heurísticas (intuitivas). O propósito de uma abordagem heurística consiste em reduzir o número de alternativas que precisam ser consideradas, mas ela não garante uma solução ótima. Diretrizes para o balanceamento de uma linha
Ao balancear uma linha de montagem, as tarefas são atribuídas uma de cada vez na linha, começando na primeira estação de trabalho. Em cada passo, as tarefas ainda não-alocadas são verificadas para se determinar quais as mais elegíveis para alocação. A seguir, verificam-se quais as tarefas elegíveis compatíveis com a estação de trabalho considerada. Utiliza-se então um método heurístico para selecionar uma das tarefas compatíveis e, a tarefa é assim alocada. Este processo é repetido até que não haja mais tarefas elegíveis que sejam compatíveis. Então, a estação de trabalho seguinte pode ser abordada. O processo continua, até que todas as tarefas tenham sido alocadas. O objetivo consiste em minimizar o tempo ocioso em uma linha sujeita a restrições tecnológicas de produção. As restrições tecnológicas informam quais as tarefas elementares que são elegíveis para alocação em determinada posição da linha. Restrições
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tecnológicas podem resultar das relações de sequenciamento ou ordem de execução das tarefas. As relações de precedência (ou sequenciamento) requerem que certas tarefas sejam executadas antes de outras (e, portanto, devem ser alocadas a estações de trabalho antes de outras). Deste modo, em uma lavagem de automóvel, a operação de lavar deve evidentemente ser executada antes da operação de secar. A operação de secar não é elegível para a alocação até que a operação de lavar seja alocada. As restrições tecnológicas também podem resultar do fato de duas tarefas serem “incompatíveis” (por exemplo, devido a restrições de espaço, ou pelo fato de a natureza das operações envolvidas poder impedir sua alocação a um mesmo centro de trabalho). As operações de polimento e de pintura não seriam alocadas a um mesmo centro de trabalho porque partículas de poeira da operação de polimento contaminariam a pintura. Por outro lado, as restrições de produção determinam o máximo volume de trabalho que um gerente pode alocar a cada estação e, isso determina se uma tarefa elegível pode ser integrada a uma estação de trabalho. O nível desejado de produção determina o tempo de ciclo e, a soma dos tempos de duração das tarefas alocadas a qualquer estação de trabalho não poderá exceder o tempo de ciclo. Se uma tarefa for elegível para alocação a determinada estação de trabalho, sem que se exceda o tempo de ciclo, então a tarefa poderá ser atribuída à estação de trabalho considerada. Uma vez conhecidas as tarefas elegíveis que podem ser integradas a uma estação de trabalho, um gerente poderá escolher, havendo várias opções, a tarefa a ser alocada. Aqui entram em jogo as regras heurística, para ajudar a decidir quais tarefas atribuir, entre as elegíveis e as integráveis. Para tornar a terminologia clara, as tarefas subsequentes são todas as que se encontram ao seguir o trajeto para a frente. Por outro lado, as tarefas precedentes são todas as tarefas que se encontram ao seguir o trajeto para trás, a partir da tarefa em questão. No diagrama de precedência a seguir, as tarefas b, d, e, f , g e h são subsequentes à tarefa a. As tarefas a, b, c, e d são precedentes em relação à tarefa e. F A
G
B
C
H
D
E
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O peso posicional de uma tarefa é a soma dos tempos de duração desta tarefa e de todas as tarefas que lhe sucedem. Nenhum método de heurística assegura a melhor solução e, nem mesmo uma boa solução para o problema de balanceamento de linha, mas, esses métodos certamente fornecem diretrizes para o desenvolvimento de uma solução. Às vezes, pode ser útil aplicar vários métodos heurísticos diferentes ao mesmo problema, a fim de selecionar a melhor solução (que é a de menor tempo ocioso, o que implica ser a mais eficiente). Outros fatores
A discussão precedente sobre o balanceamento de linha apresenta uma abordagem relativamente simples e direta para se chegar a uma linha balanceada. Na prática, a obtenção de uma linha balanceada geralmente envolve considerações adicionais, algumas de ordem técnica. As considerações de ordem técnica incluem as relativas às habilidades necessárias para a realização de diferentes tarefas. Se as habilidades exigidas para as tarefas forem bastante diferentes entre si, poderá não ser viável alocálas a uma mesma estação de trabalho. Analogamente, se as próprias tarefas forem mutuamente incompatíveis (por exemplo, tarefas que envolvam utilização ou geração de fogo nas proximidades de líquidos inflamáveis), pode nem ser viável colocar as estações de trabalho próximas uma da outra. O desenvolvimento de um plano viável para o balanceamento de linha pode também demandar levarem-se em consideração fatores humanos, bem como as limitações de equipamento e de espaço físico. Embora possa ser conveniente considerar as operações de montagem como ocorrendo sempre no mesmo ritmo (velocidade), é mais realista considerar como variáveis os tempos de finalização das tarefas, sempre que estão envolvidos seres humanos. As razões das variações são numerosas, incluindo a fadiga, o tédio e a falta de concentração na tarefa em execução. O absenteísmo também pode afetar o balanceamento de uma linha. Por esses motivos, as linhas que envolvem tarefas executadas por pessoas constituem mais um ideal do que uma realidade. Na prática, as linhas raramente são perfeitamente balanceadas. Entretanto, isso não é de todo ruim, porque um certo desbalanceamento significa que existe uma folga em pontos ao longo da linha., o que pode reduzir o impacto de interrupções de curta duração em algumas estações de trabalho. Também, as estações de trabalho que têm folga podem ser utilizadas para trabalhadores novos que podem ainda não ter “entrado no ritmo” do trabalho. Outras abordagens
Existe uma série de outras abordagens que as empresas utilizam para obter um fluxo suave de produção. Uma das abordagens consiste em utilizar
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estações de trabalho paralelas. Estas estações são uteis para se contornar o efeito das operações-gargalo, que de outra forma desorganizariam o fluxo de trabalho à medida que ele se move ao longo da linha. Os gargalos podem ser o resultado de tarefas difíceis ou muito extensas. Estações de trabalho paralelas aumentam o fluxo de trabalho e proporcionam flexibilidade. Exemplo. Um determinado trabalho se compõe de quatro tarefas consecutivas mostrado no diagrama de precedência. O tempo de duração de cada tarefa é de 1 minuto, excetuado a terceira, que é de 2 minutos. Portanto, o tempo de duração do ciclo para a linha é de 2 minutos, e o nível de produção é de 30 unidades por hora.
60 min por hora 2 min por unid.
30 unidades por hora
30/h
30/h
1min
1min
30/h
2min
1min
30/h
Ga r alo
30/h
2min
30/h
60/h 1min
1min
1min
30/h
2min
30/h
A utilização de estações paralelas para a terceira tarefa resulta em um tempo de ciclo de 1 minuto porque a velocidade de produção nas estações paralelas é igual à de uma única estação e, permite ter velocidade de produção de 60 unidades por hora para a linha.
30/h
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Uma outra abordagem para se obter uma linha de produção balanceada consiste em treinar os colaboradores para execução de funções cruzadas, para que eles sejam capazes de executar mais do que as suas próprias tarefas. Desta forma, quando ocorrerem os gargalos, os trabalhadores com tempo ocioso temporariamente maior podem ajudar outros trabalhadores que estejam transitoriamente sobrecarregados, mantendo assim um fluxo uniforme de trabalho ao longo da linha. Isto é conhecido às vezes como balanceamento dinâmico da linha e, é frequentemente utilizado em sistemas de produção enxuta. Outra abordagem consiste em projetar uma linha que consiga processar mais de um produto dentro da mesma linha. Esta espécie de linha é denominada linha de modelo misto. Naturalmente, em uma linha deste tipo, os produtos precisam ser similares, para que as tarefas envolvidas sejam praticamente as mesmas para todos os produtos. Esta abordagem oferece uma grande flexibilidade, permitindo variar a quantidade de produção dos produtos.
Exercício 01.
Utilizando as informações contidas na tabela a seguir, responda: 1. Desenhe um diagrama de precedência; 2. Considerando um dia de trabalho de oito horas, calcule o tempo necessário de duração do ciclo para obter uma produção de 400 un por dia; 3. Determine o número mínimo de estações de trabalho necessárias; 4. Atribua as tarefas às estações de trabalho. Tarefa A B C D E F G H
Tarefa seguinte B E D F F G H Fim Somatório dos tempos
Tempo de cada tarefa (em minutos) 0,2 0,2 0,8 0,6 0,3 1,0 0,4 0,3 3,8
Exercício 02 Utilizando as informações contidas na tabela a seguir, responda: 1. Desenhe um diagrama de precedência; 2. Considerando um dia de trabalho de oito horas, calcule o tempo necessário de duração do ciclo para obter uma produção de 245 un por dia; 3. Determine o número mínimo de estações de trabalho necessárias;
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4. Atribua as tarefas às estações de trabalho. Tarefa A B C D E
Tarefa seguinte B D D E Final Somatório dos tempos
Tempo de cada tarefa (em minutos) 0,7 1,5 1,2 0,8 1,5 6,7
Exercício 03 Suponha que exista um processo produtivo que atenda uma demanda mensal de 4000 unidades, sua carga horária de trabalho é de 6hs por dia. Baseado nos tempos a seguir rendas a seguintes questões. 1- Utilizando a tabela abaixo faça um diagrama de precedência das atividades, 2- Determine o caminho critico, 3- Calcule as folgas, 4- Calcule qual deve ser o tempo de ciclo para atender a demanda acima ? 5- Quantos postos de trabalho deveremos ter para tal? Observação: o numero de dias uteis por mês é de 20 dias. Tarefa Tarefa seguinte A B B C C D,G D E E F G H H F
Tempo de cada tarefa (em minutos) 0,5 0,8 1,2 1,4 0,2 1,0 0,7
Bom estudo, pessoal !
BIBLIOGRAFIA
STEVENSON, William J. Administração das operações de produção. 6. ed. São Paulo: LTC, 2001. 722 p.
Elaborado por: Prof. Gilberto Wolff
Data: 01/10/2010
