DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO DIDÁTICO PARA SIMULAÇÃO DE SISTEMAS KANBAN

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1 DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO DIDÁTICO PARA SIMULAÇÃO DE SISTEMAS KANBAN Eng. Selma Cristina da Silva Ferreira Escola de Engenharia de São Carlos - USP Av. Dr. Carlos Botelho, São Carlos - SP Prof. Dr. Antonio Freitas Rentes Escola de Engenharia de São Carlos - USP Av. Dr. Carlos Botelho, São Carlos - SP Eng. Ana Paula Iannoni Universidade Federal de São Carlos - UFSCar Rod. Washington Luiz, Km São Carlos - SP Eng. Fernando Bernardi de Souza Escola de Engenharia de São Carlos - USP Av. Dr. Carlos Botelho, São Carlos - SP Abstract This work proposes the development of a pen production row model in a Just in Time (JIT) system, the Kanban system work is also focused. Some performance variables are considered, making the elaboration of alternatives possible and subsidies to analyse their implementation. The simulation technique is used to the model development and the templates set called Advanced Manufacturing Templates ( AMT) are also used. The goal is to focus on the Kanban technique from two situations: the Kanban clear overview and the material handling in the factory; and the very quickly understanding of the impacts caused by the variable changes. Keywords: Simulation, Just in Time, Kanban 1. Introdução O uso de técnicas computacionais para auxílio à educação vêm se tornando cada vez mais popular no meio universitário. Suas vantagens são claramente observáveis quando a velocidade e a qualidade são percebidas através de seu uso no ensino em diversos ramos da pesquisa. Sob esta ótica, procura-se desenvolver neste trabalho, através da técnica de simulação, um modelo didático para auxílio no aprendizado da abordagem Kanban para administração da produção. O modelo a ser estudado representa uma linha de produção de canetas que manufatura seus componentes e monta suas partes utilizando o sistema Just in Time (JIT) de gestão da 1

2 produção. O objetivo fundamental deste sistema (JIT) é a melhoria do processo produtivo, através da redução de estoques que tendem a esconder problemas. O modelo foi desenvolvido através do método de simulação, utilizando-se o software Arena 3.0 com o objetivo principal de se elaborar modelos didáticos representativos da técnica kanban. 2. Simulação A simulação por computador apareceu em meados da década de 50 e, assim como outras ferramentas, tornou-se popular com o desenvolvimento da microinformática e de interfaces mais acessíveis ao público. A simulação busca o conceito de um modelo computadorizado que seja próximo do comportamento de um sistema real. Esse modelo (real ou proposto) é submetido a muitas variáveis e seus resultados são comparados. As vantagens dos sistemas de simulação são facilmente percebidas. Através da simulação, pode-se avaliar a atuação de um sistema completo sem a necessidade de construi-lo, além de prever seu comportamento submetido a muitas variáveis. Essas vantagens não se aplicam apenas a novos sistemas, mas também a sistemas já existentes, possibilitando a sua avaliação e análise de produtividade mediante alterações de parâmetros de produção e de demanda. Isso permite uma análise sobre a influência de cada elemento nos resultados finais do sistema. Devido à evolução dos equipamentos de microinformática e redução de custos, a utilização da simulação vem sendo progressivamente empregada em empresas reais. Considerando também suas características didáticas, a simulação permite uma sensibilização quanto a conceitos teóricos e práticos de novas formas de produção, possibilitando uma análise comparativa entre cenários alternativos de produção. Em uma breve descrição, a simulação de um processo mostra os seguintes benefícios: Fornece uma percepção total sobre a natureza de um processo. Identifica problemas específicos em um sistema. Desenvolve planos políticos ou específicos para um processo. Testa novos conceitos antes de introduzi-los. Aumenta a eficiência de um sistema. Fornece garantias de uma boa atuação do sistema. Nesse contexto, a idéia é utilizar as ferramentas de simulação em setores da produção, permitindo avaliar o comportamento de um sistema real ou proposto sob várias condições. A simulação de nosso modelo foi desenvolvida no software Arena 3.0, baseado no linguagem de simulação SIMAN e no sistema de animação CINEMA. SIMAN é uma linguagem de simulação para modelagem de sistemas discretos, contínuos ou combinados e baseado num sistema lógico de modelagem na qual o problema de simulação é segmentado num componente modelo e num componente experimento. Este sistema está fundamentado em conceitos teóricos sobre sistemas desenvolvido por Zeigler (1976). O modelo descreve os elementos físicos do sistema (máquinas, operadores, estoques, transportadores, informação, fluxo de produtos, entre outros) e suas interrelações lógicas. O experimento especifica as condições sob as quais o modelo deve rodar, incluindo elementos como condições iniciais, disponibilidade de recurso, dados estatísticos, tempo de simulação, 2

3 entre outros. Como as condições experimentais são especificadas externamente à descrição do modelo, elas são facilmente modificadas sem alterar a definição básica do modelo. Uma vez que o modelo e o experimento foram definidos, eles são ligados e executados pelo SIMAN para gerar a resposta simulada. Assim que a simulação é executada, o SIMAN automaticamente salva as respostas especificadas no experimento.também podem ser gerados gráficos, tabelas e histogramas. A animação CINEMA, por sua vez, é uma exibição dinâmica de objetos gráficos que mudam de posição, cor ou forma num fundo estático. As mudanças correspondem às alterações no estado de um modelo SIMAN que está sendo executado. Os objetos gráficos podem representar tanto o estado de vários componentes físicos de um sistema como também fornecer o valor de uma variável do sistema ou medida estatística. Como a definição de uma representação gráfica do sistema é separada da sua representação lógica, um modelo SIMAN geralmente não precisa ser modificado para rodar com ou sem a animação. O Arena possui um conjunto de templates denominado AMT - Advanced Manufacturing Templates, onde foi gerado nosso sistema. Entende-se por template um ou mais painéis que compreendem todos os módulos necessários para a construção de um tipo específico de modelo. O painel é um conjunto de módulos destinados a modelar um tipo específico de sistema, os quais podem ser usados para construir partes de um modelo de simulação. 3. Sistema Just in Time (JIT) Em 1950 Eiji Toyoda, engenheiro da Toyota, visitou a fábrica Rouge da Ford em Detroit, até então o maior e mais eficiente complexo fabril do mundo. Depois de ter estudado esta fábrica, Eiji concluiu que era possível melhorar o sistema de produção da Toyota, mas que copiar e aperfeiçoar o modelo americano não seria suficiente. Voltando ao Japão, Eiji e Taiichi Ohno (pioneiro na introdução deste sistema na Toyota), chegaram a conclusão de que a produção em massa nunca funcionaria no Japão e, a partir daí, nascia o que a Toyota veio a chamar de Sistema de Produção Toyota. O Sistema de Produção Toyota tem como objetivo principal a eliminação total dos desperdícios através do melhoramento contínuo e, para cumprir este objetivo, apoia-se no sistema Just in Time. O Just in Time utiliza o conceito de puxar a produção a partir da demanda, produzindo unidades necessárias nas quantidades necessárias e no momento necessário. Este sistema ficou conhecido no Ocidente como sistema Kanban, que é o nome dado aos cartões utilizados para autorizar a produção e a movimentação de itens ao longo do processo produtivo. O objetivo fundamental do sistema JIT é a melhoria contínua do processo produtivo através, principalmente, da redução de estoques. O estoque assume o papel de um investimento necessário quando existem problemas relativos a variabilidades nos tempos de processamento como perdas por refugo, quebras e flutuações nos tempos de operação e setup ao longo do processo produtivo. Visando a proteção do fluxo de materiais, tais estoques servem como um meio de se criar uma independência entre as etapas do processo de produção, isto é, a produção de cada estação de trabalho torna-se desvinculada das flutuações dos demais elementos produtivos do sistema. O objetivo do JIT é reduzir os estoques, para que os problemas, como os acima citados, fiquem visíveis e possam ser eliminados através de esforços priorizados e concentrados. 3

4 Através dessa prática o sistema produtivo alcança melhores índices de qualidade, maior confiabilidade de seus equipamentos e fornecedores além de maior flexibilidade de resposta, principalmente através da redução dos tempos de preparação de máquinas, possibilitando a produção de lotes menores e mais adequados à demanda do mercado O sistema Kanban faz parte de uma filosofia mais ampla de administração denominada de Sistema de Produção da Toyota desenvolvida pela Toyota Motor Corporation, que foi adotada por muitas empresas japonesas em conseqüência do impacto do petróleo após Segundo MONDEN (1984), este sistema pode ser considerado como um sistema de administração da produção revolucionário, compartilhando características do sistema Taylor (Administração Científica) e do sistema Ford (Linha de Montagem em Massa). Conforme MONDEN (1984), o Sistema de Produção da Toyota é um método racional de fabricar produtos pela completa eliminação de elementos desnecessários na produção com o objetivo de reduzir os custos. A idéia básica neste sistema é produzir as unidades necessárias no tempo necessário e na quantidade necessária. Com a realização deste conceito podem ser eliminados os inventários intermediários e os de produtos acabados, então desnecessários. Mais especificamente, para se entender o funcionamento do sistema Kanban é necessário ver o fluxo de produção inversamente; em outras palavras, o pessoal de um certo processo vai ao processo precedente retirar as unidades necessárias na quantidade necessária e no tempo necessário. Assim, o processo precedente tem que produzir somente a quantidade suficiente de unidades para repor aquelas que foram retiradas. Neste sistema, a quantidade e o tipo de unidades necessárias são descritos num cartão pequeno chamado kanban. O kanban é enviado para as pessoas de um processo precedente através do processo subsequente. Tal mecanismo é chamado de produção puxada. Como resultado, muitos processos na fábrica são interligados uns aos outros. Há dois procedimentos que podem governar o uso dos kanbans e são conhecidos como sistema de cartão único e sistema de dois cartões. O sistema de cartão único é o mais utilizado porque é mais simples de operar fazendo uso apenas de kanbans de transporte (ou kanbans de fornecedor quando o fornecimento de materiais é de uma fonte externa). O sistema de dois kanbans utiliza o kanban de transporte e o de produção. Sistema de cartão único: O procedimento para este cartão é o seguinte: i) Um kanban-t (kanban de transporte) é anexado a cada contenedor. ii) Quando um contenedor é esvaziado no ponto de consumo, um operador coloca um kanban-t em um depósito de kanbans. iii) Em um intervalo regular de tempo, um operador vai ao depósito de kanbans, descarrega as caixas cheias e os kanbans-t e recolhe os kanbans-t dos depósitos. Após esta operação, o operador vai ao centro produtor anexar o kanban-t a uma caixa cheia e transportar até o centro consumidor. iv) As caixas vazias são recolhidas periodicamente dos centros usuários e levadas aos centros produtores. O sistema kanban de cartão único funciona como um sistema de duas gavetas. Este sistema é uma técnica que emprega o ponto de reposição do pedido - quando percebe-se que o consumo de determinada peça passou para a segunda caixa, o pedido é repetido. 4

5 É mais simples começar com um sistema de cartão único e, posterioremnte, se for necessário, passar para o sistema de dois cartões. Sistema de dois cartões: Como já foi dito anterioremente, este sistema utiliza dois cartões: o de transporte e o de produção. O kanban-p (kanban produção) funciona como uma ordem de produção; quando a produção de um contenedor é concluída anexa-se a ele o kanban-p, colocando-o na área de saída. Quando ocorre a demanda do processo seguinte, este kanban-p volta ao painel porta kanban autorizando a produção de outro contenedor. Quando retira-se o kanban-p do contenedor, este é prontamente substituído pelo kanban-t, que é a autorização para transportar o contenedor para a área de entrada do processo consumidor. 4. Descrição de Cenários Foi criado um modelo de uma fábrica de canetas baseado num jogo manual utilizado em sala de aula como ferramenta didática para aprendizagem de técnicas de administração da produção. O jogo consiste na produção de 4 tipos de canetas - caneta 1, caneta 2, caneta 3 e caneta 4. Os itens que compõem as canetas são: um êmbolo (preto ou branco), uma parte de trás e uma coroa que formam o Módulo A; uma carga, um bico (verde ou branco) e uma mola que formam o Módulo B; e um clip que, unido aos Módulos A e B, formam a caneta. A diferenciação de cores nos itens êmbolo e bico resulta nas 4 variações do produto. Segundo o mecanismo do jogo, cada um dos componentes da caneta são considerados como itens comprados, ficando o processo produtivo resumido a 2 operações de submontagem (responsável pela montagem dos Módulos A e B) e uma operação de montagem final das canetas. Com o intuito de simular computacionalmente o jogo citado, os componentes que inicialmente eram comprados passam a ser manufaturados por 7 estações de trabalho, cada uma dedicada a produzir um item específico. A seqüência de montagens são mantidas no modelo simulado. A figura a seguir representa a estrutura das canetas: 5

6 Parte de Trás Êmbolo Coroa Carga Mola Bico Clip Parte A Parte B Caneta Figura 1- Composição das canetas O modelo aqui proposto trabalha segundo a abordagem kanban de gestão da produção, onde a demanda por canetas puxa, através de um quadro de cartões tipo kanban, a operação de montagem de canetas. Esta, por sua vez, autoriza também por kanban as submontagens dos módulos A e B necessários à confecção das canetas. Da mesma forma, os componentes manufaturados são requisitados através do mesmo mecanismo utilizado pelas operações de montagem. Assim, todo o processo produtivo é puxado a partir das necessidades de demanda, de acordo com os fundamentos da abordagem kanban/jit. Os painéis são constituídos por três divisões cada qual com uma cor distinta - vermelha, amarela e verde. A divisão vermelha comporta dois cartões enquanto as demais apenas um cartão cada uma, totalizando portanto, quatro cartões. A figura 2 ilustra o painel descrito: Figura 2 - Painel Kanban 6

7 De acordo com o modelo, a autorização de produção e transporte de um container entre duas etapas do processo de produção se faz sempre que dois cartões (situados nas faixas verde e amarela) são consumidos pela etapa posterior. Os dois cartões restantes situados na divisão vermelha existem com o propósito de proteger o fluxo de materiais contra as possíveis flutuações do sistema (variabilidade de demanda e dos tempos de processamento e ocorrências de quebras). É importante salientar neste ponto que o modelo incorpora, através de distribuições estatísticas já existentes no Arena, valores pré-determinados de variabilidades estatísticas. Fica evidente também que o modelo faz uso de um mecanismo próximo a um sistema tipo cartão único, pois não há autorizações distintas para produção e transporte de um item. 5. Aplicações do modelo O modelo aqui proposto enfoca o aprendizado das potencialidades da técnica Kanban a partir de duas situações básicas: a visualização explícita dos painéis de kanban e do transporte de materiais pela fábrica; e a possibilidade de compreensão mais rápida dos impactos que as diversas mudanças de variáveis podem provocar. A primeira situação refere-se à preocupação da pesquisa em procurar, através de ferramentas gráficas de animação, visualizar um ambiente produtivo controlado por Kanban bastante próximo de um sistema real. Desta forma, um aluno ainda pouco familiarizado com a técnica Kanban pode verificar a sua lógica de funcionamento sem necessitar recorrer a casos reais em empresas ou a figuras estáticas, e portanto pouco representativas, dos conceitos contidos na técnica. A segunda aplicação está relacionada às possibilidades de análise de diversos resultados que podem ser obtidos através da manipulação dos valores das variáveis contidas no modelo, como por exemplo, número de cartões no painel, tempo de setup, variações de demanda, flutuações nos tempos operacionais e níveis de balanceamento. Assim, o aluno tem a oportunidade de estudar o impacto que a variação em algum dos parâmetros do modelo pode trazer em termos de volume de produção, níveis de estoque entre outros. Acredita-se que esta ferramenta pode ser pedagogicamente útil em diversas situações: cursos de graduação e pós-graduação para alunos de Engenharia de Produção e Administração de Empresas bem como treinamento em vários níveis organizacionais em empresas que visam a implantação da técnica Kanban. 6. Bibliografia CORRÊA, H.L., GIANESI,I.G.N. Just in Time, MRPII e OPT - um enfoque estratégico.2.ed. Editora Atlas, DRAKE, G.R., SMITH, J.S. (1997) Simulation System for Real-Time Planning,,Scheduling, and Control. FALLON, D., BROWNE, J. (1987) Simulating Just in Time Systems. International Journal of Operations and Production Management. v.8, no.6, p GRAVEL, M., PRICE, W.L.(1988) Using the kanban in a job shop environment. International Journal of Production Research, v.26, no. 6, p

8 KRAJEWSKI, L. J., KING, B. E., RITZMAN, L. P., WONG, D.S.(1987) Kanban, MRP, and Shaping the manufacturing environment. Management Science, v.33, no.1, p MANUAL ARENA (1996) Simulation and Animation. Systems Modelling Corporation. MONDEN, Y. Sistema Toyota de Produção. IMAM, p.141. MOURA, R. A Kanban - A Simplicidade do Controle da Produção.2.ed. IMAM, PEDGEN, C.D.,SHANNON, R.E., SADOWSKI, R.P. Introduction to Simulation using SIMAN. McGraw-Hill Inc. SARKER, B. R., HARRIS, R.D. (1988) The effect of imbalance in a Just in Time production system: A simulation study. International Journal of Production Research, v.26, no. 1, p SHANNON, R. E. (1988) Knowledge based simulation techniques for manufacturing. International Journal of Production Research, v.26, no.5, p SILVA, E.C.C. (1994) Kanban em célula piloto como técnica auxiliar do planejamento e controle da produção. Um estudo de caso em fábrica de médio porte. São Carlos. Dissertação (Mestrado) - Escola de Engenharia de São Carlos, Universidade de São Paulo. SLACK, N., CHAMBERS, S., HARLAND, C., HARRISON, A., JOHNSTON, R. Administração da Produção. 1.ed.Editora Atlas,