Equilibragem de linhas de produção: adaptar o trabalho ao ritmo

Início » Recursos » Equilibragem de linhas de produção: adaptar o trabalho ao ritmo

Tempo de leitura estimado: 11 minutos

Um operador ainda está a fixar o conjunto, enquanto o seguinte espera por ele. No fim do turno, a linha não atingiu o objetivo, apesar de aparentemente haver pessoal e equipamento suficientes.

A equilibragem de linhas de produção consiste em distribuir os elementos de trabalho pelos postos para que a linha consiga cumprir o ritmo de produção exigido, respeitando a sequência das tarefas, os recursos disponíveis e métodos de trabalho seguros. O objetivo é uma divisão viável do trabalho, não cargas de trabalho idênticas a qualquer custo.

Uma boa equilibragem elimina esperas e sobrecargas evitáveis. Exige também um plano de produção que assegure a disponibilidade dos recursos necessários. O SkyPlanner APS ajuda a integrar as operações acordadas num programa de produção partilhado que tem em conta a capacidade. Assim, se o posto de ensaio de uma linha equilibrada no papel for atribuído a outra ordem, esse conflito fica visível no plano.

O que se equilibra: elementos de trabalho, não apenas filas de tarefas nas máquinas

Um elemento de trabalho é uma parte bem definida da tarefa, como posicionar uma carcaça, montar um componente ou efetuar uma verificação. A equilibragem da linha determina em que posto se executa cada elemento e se esse posto consegue concluir o trabalho atribuído dentro do tempo previsto.

Para enquadrar o tema, importa distinguir três decisões relacionadas:

• O takt time traduz o ritmo exigido pela procura dos clientes.
• A equilibragem da linha distribui pelos postos o trabalho necessário para produzir cada unidade.
• A programação da produção atribui as operações das ordens concretas aos recursos e define quando são executadas, em conjunto com o restante trabalho da fábrica.

O nivelamento da produção é outro conceito: uniformiza o volume de produção e a combinação de produtos ao longo do tempo. Alterar essa combinação pode facilitar o funcionamento da linha, mas, por si só, não resolve o problema de um posto com mais trabalho do que consegue concluir.

Articule estas decisões sem as tratar como equivalentes. O facto de uma máquina ter horas livres no seu programa não prova que seja possível transferir um elemento de trabalho para lá. Essa transferência tem de ser viável em termos de dispositivos de fixação, abastecimento de componentes, competências e dependências entre tarefas.

1. Defina o ritmo exigido antes de transferir trabalho

Use a procura dos clientes e o tempo líquido disponível para produção referentes ao mesmo período:

Takt time = tempo líquido disponível para produção ÷ unidades necessárias.

Imagine uma linha de montagem repetitiva com 420 minutos disponíveis para produção por turno e uma procura de 420 unidades conformes. O takt time é de 1 minuto, ou seja, 60 segundos por unidade. Depois de entrar em funcionamento, a linha precisa de entregar unidades conformes a esse ritmo médio para satisfazer a procura.

Use critérios consistentes para determinar o tempo disponível. Exclua os períodos programados sem produção, como as pausas em que a linha para. Considere os tempos de mudança de produção, as paragens e as perdas de qualidade nos pressupostos de capacidade. Não assuma que desaparecem só porque o cálculo da equilibragem fecha certo, nem desconte a mesma perda duas vezes.

Escolha um tempo de ciclo de projeto igual ou inferior ao takt, com margem suficiente para a variabilidade e as perdas que o processo precisa de absorver. O takt é o requisito ditado pela procura; o ciclo de projeto é o ritmo para o qual se dimensiona o trabalho. Os tempos de ciclo observados mostram o que a linha efetivamente consegue fazer.

Numa linha existente, defina também o que pode ser alterado. O número de postos e o espaço disponível são fixos? É possível deslocar as ferramentas? Há operações que só podem ser executadas por pessoal qualificado? São estas restrições que determinam quais as soluções de equilibragem úteis, e não apenas matematicamente possíveis.

2. Meça os tempos dos elementos e registe o que tem de ficar junto

Observe o trabalho com os operadores que o executam. Divida-o em elementos suficientemente pequenos para permitir uma redistribuição útil, cada um com início e fim bem definidos. Em cada observação, registe o método, a variante do produto, a duração e as condições em que o trabalho foi realizado.

Inclua o manuseamento, as deslocações, as verificações e o reabastecimento sempre que ocupem tempo do ciclo do operador. Ir repetidamente buscar um elemento de fixação em falta não é capacidade livre. Registe vários ciclos representativos, em vez de basear o dimensionamento no mais rápido.

Separe o trabalho manual do tempo automático da máquina. Se o operador puder carregar um equipamento de ensaio e executar outra tarefa enquanto este funciona, esses tempos podem sobrepor-se. Se tiver de acompanhar o ensaio, isso não é possível. Somar simplesmente todas as durações registadas pode dar uma imagem incorreta tanto da carga de trabalho do operador como do tempo de ciclo do posto.

Para cada elemento, registe:

• O elemento precedente: o que tem de acontecer antes de este trabalho poder começar?
• Os postos, equipamentos e dispositivos de fixação adequados e as competências necessárias.
• As restrições à sua transferência, nomeadamente de segurança, ergonomia, qualidade ou acesso ao produto.
• Se pode ser dividido, sobreposto a outro trabalho ou executado num recurso em paralelo.

Represente as relações de precedência numa rede simples de tarefas. Qualquer proposta de distribuição tem de respeitar essas relações, incluindo a ordem dos elementos dentro de cada posto. Duas tarefas não são intercambiáveis só porque as suas durações encaixam bem, se uma exigir que a outra esteja concluída primeiro.

3. Redistribua o trabalho respeitando as restrições reais

Um gráfico de equilibragem dos operadores, muitas vezes chamado gráfico yamazumi, facilita a primeira comparação. Empilhe os tempos dos vários elementos numa barra para cada operador e compare as barras com o takt ou com o ciclo de projeto escolhido. A questão útil é saber que elementos podem ser transferidos, e não apenas que barra deve ficar mais curta.

Considere este exemplo hipotético de montagem. Há um operador em cada um dos três postos e os elementos são executados em sequência, sem sobreposição. Os tempos incluem o manuseamento necessário em cada elemento; neste cálculo simplificado, não há transferências nem mudanças de produção adicionais.

Elemento	Trabalho	Tempo por unidade	Tem de ser executado após
A	Preparar a carcaça	15 segundos	—
B	Montar a base	20 segundos	A
C	Montar o módulo	20 segundos	B
D	Ligar a cablagem	25 segundos	C
E	Fechar e fixar a carcaça	25 segundos	D
F	Ensaiar o conjunto	25 segundos	E
G	Etiquetar e embalar	15 segundos	F

O conteúdo total de trabalho é de 145 segundos por unidade. A tabela seguinte mostra a distribuição inicial e uma possível melhoria:

Posto	Distribuição inicial	Tempo inicial	Distribuição revista	Tempo revisto
1	A + B	35 segundos	A + B + C	55 segundos
2	C + D + E	70 segundos	D + E	50 segundos
3	F + G	40 segundos	F + G	40 segundos

Na configuração inicial, o posto 2 não consegue repetir o seu trabalho a cada 60 segundos. A carga média por posto da linha está abaixo do takt, mas essa média não elimina a sobrecarga daquele posto.

Ao transferir o elemento C para o posto 1, todos os postos ficam abaixo do limite de 60 segundos e a sequência de A a G mantém-se. Nenhum trabalho desapareceu, e o posto 3 continua com uma carga mais leve. Igualar as três barras não acrescentaria valor se, para isso, fosse necessário transferir uma tarefa de forma pouco prática ou insegura.

A transferência só é viável se o módulo puder ser montado corretamente no posto 1: é necessário dispor dos componentes, das ferramentas e do espaço, e o operador tem de ter a formação necessária. Confirme estas condições antes de aceitar a nova equilibragem. Se a montagem do módulo exigir um dispositivo de fixação instalado no posto 2, opte por outra alteração, em vez de deslocar um retângulo no gráfico e dar o problema por resolvido.

Calcular o número mínimo de postos e a eficiência da equilibragem

Neste modelo simples de trabalho sequencial, o limite mínimo teórico calcula-se assim:

Número mínimo de postos = tempo total de trabalho ÷ tempo de ciclo de projeto, arredondado para cima.

Com um ciclo de projeto de 60 segundos, 145 ÷ 60 é aproximadamente 2,42, pelo que são necessários pelo menos 3 postos. Trata-se de um limite mínimo, não de uma prova de que uma determinada distribuição do trabalho por três postos seja viável. As relações de precedência, os elementos indivisíveis e as restrições dos equipamentos podem obrigar a uma solução diferente.

Na nova distribuição, o maior tempo por posto é de 55 segundos. Sob os pressupostos ideais de funcionamento em regime estacionário deste exemplo, esse valor determina o ciclo mais rápido a que a linha consegue repetir o trabalho. Uma fórmula habitual para calcular a eficiência da equilibragem é:

Eficiência da equilibragem = tempo total de trabalho ÷ (número de postos × tempo de ciclo da linha) × 100.

Com esse ciclo de 55 segundos, obtém-se 145 ÷ (3 × 55) × 100 = 87,9%. A perda por desequilíbrio correspondente é de 12,1%: a parcela do tempo dos postos sem trabalho atribuído dentro desse ciclo.

Se, em alternativa, avaliar a distribuição ao ritmo de 60 segundos exigido pela procura, obtém 145 ÷ (3 × 60) × 100 = 80,6%. Ao comparar configurações, indique o denominador utilizado. A eficiência da equilibragem calculada com base no ciclo e a carga em relação ao takt respondem a perguntas diferentes.

Nenhum dos valores representa o OEE, uma medida de qualidade ou uma taxa de produção garantida. O teste prático consiste em verificar se a linha entrega, de forma consistente, unidades conformes ao ritmo exigido, sem trabalho inseguro, verificações omitidas ou filas de espera crescentes. Produzir mais depressa do que a procura exige, apenas para melhorar a utilização, não traz qualquer benefício.

4. Resolver a restrição que a transferência de uma tarefa não resolve

Por vezes, nenhuma redistribuição permite que a linha cumpra o ciclo de projeto. Comece por identificar a causa, em vez de dar uma instrução genérica para trabalhar mais depressa.

Um elemento indivisível excede o tempo de ciclo. Melhore o método, reduza a duração do elemento ou avalie a introdução de um recurso adicional em paralelo. Atribuí-lo a outro operador não altera o tempo necessário para o executar. Se o trabalho em paralelo for fisicamente possível, inclua na análise da configuração as ferramentas, o pessoal e as passagens de trabalho adicionais.

A média cabe no ciclo, mas a variação normal não. Estude as causas: apresentação das peças, ajustes, retrabalho, reabastecimento ou métodos inconsistentes. Uma equilibragem assente em ciclos ideais pode limitar-se a transformar pequenas variações em paragens repetidas. Preveja uma margem prática de recuperação e confirme-a durante o ensaio-piloto.

O mix de produtos altera a carga de trabalho. Verifique os tempos dos elementos por modelo. Uma média ponderada pode ocultar a sobrecarga de um posto causada por várias unidades complexas consecutivas. Teste sequências realistas, além do mix médio; recorra ao nivelamento da produção quando este ajudar a distribuir essas exigências ao longo do tempo.

Vários postos partilham uma pessoa ou uma máquina. Verifique em que momentos precisam desses recursos. Dois postos podem apresentar tempos inferiores ao takt e, ainda assim, precisar do mesmo operador no mesmo instante. Um equipamento de teste partilhado também pode estar ocupado com outra família de produtos. A equilibragem dos postos tem de ser compatível com a disponibilidade real do recurso.

Este último problema é o ponto de encontro entre a conceção do processo e a programação da fábrica. A distribuição dos elementos define como o trabalho deve fluir. A programação tem de lhe reservar um lugar realista entre todos os outros trabalhos que disputam os mesmos recursos.

5. Integrar a equilibragem aprovada numa programação partilhada no SkyPlanner

Depois de a equipa acordar uma divisão viável do trabalho, registe as respetivas operações, durações e dependências na gama operatória. Defina quais os postos de trabalho elegíveis, os seus turnos e a sua capacidade, bem como a disponibilidade de pessoal que afeta essa capacidade.

O Arcturus, a IA de programação da produção do SkyPlanner, utiliza estes dados e as suas prioridades para programar as operações das ordens nos recursos disponíveis. O diagrama de Gantt apresenta a sequência resultante, enquanto as vistas de capacidade ajudam a identificar onde a carga se aproxima do limite. Quando a programação que tem em conta os materiais está ativada, a disponibilidade dos componentes também influencia o momento em que o trabalho pode ser executado.

Voltemos ao equipamento de teste partilhado. O exercício de equilibragem confirmou que o teste e a embalagem conseguem acompanhar o ritmo exigido. Contudo, o equipamento de teste também é necessário para outra ordem durante o período de produção previsto. Incluir ambas as ordens na mesma programação com capacidade finita torna visível essa disputa pelo recurso, em vez de permitir que duas listas separadas reservem o mesmo intervalo de tempo.

Pode então tomar a decisão que realmente importa: alterar a prioridade da ordem, utilizar outro recurso elegível, disponibilizar mais capacidade ou rever o período de produção. O Arcturus efetua os cálculos de programação segundo as regras que definir, reduzindo o trabalho manual necessário para manter alinhadas as filas de tarefas dos postos e dos departamentos.

Quando uma etapa do processo pode efetivamente ser executada em vários postos de trabalho elegíveis, o SkyPlanner também pode dividir a tarefa entre eles, desde que essa opção esteja ativada. Esta funcionalidade é útil para trabalho que se preste à execução em paralelo. Dividir uma operação de uma ordem por recursos elegíveis é uma decisão diferente de determinar quais os elementos de montagem que cabem a cada posto. Mantenha claros o método aprovado e as regras de elegibilidade, para que a programação reflita o processo de produção que pretende executar.

O SkyPlanner integra-se com qualquer ERP ou MES através da sua REST API aberta. Pode manter o sistema que gere as suas ordens e ligá-lo a uma programação coordenada da produção, em vez de recriar as prioridades da linha numa folha de cálculo separada.

O que mudou na UTU com um plano partilhado

Na fábrica da UTU em Ulvila, que fabrica quadros elétricos e aparelhagem de comutação, o planeamento assentava anteriormente em folhas de cálculo Excel específicas de cada departamento. As alterações à sequência de produção no ERP nem sempre chegavam ao chão de fábrica, e era difícil ter uma visão realista da capacidade.

A UTU passou a utilizar o SkyPlanner em conjunto com o Oracle NetSuite e reuniu as linhas e os departamentos da fábrica num único sistema de planeamento. A equipa destaca a combinação da programação com IA, do diagrama de Gantt e da visibilidade da capacidade. Segundo o cliente, as filas de trabalho atualizadas chegam agora aos montadores na linha em segundos.

Esta experiência ilustra o problema de programação que continua a ser necessário resolver mesmo com uma boa equilibragem: quem executa o trabalho precisa da sequência atualizada, não de uma distribuição cuidadosamente preparada acompanhada de uma fila de tarefas desatualizada.

6. Validar a equilibragem na linha e mantê-la atualizada

Teste a nova distribuição num ensaio-piloto com produtos, operadores e condições de abastecimento de materiais representativos. Observe o ciclo completo, incluindo as transferências, o arranque e os recursos partilhados, em vez de cronometrar apenas o elemento transferido.

Verifique a produção de unidades conformes face à procura, a variação do ciclo de cada posto, as esperas, a produção em curso, a qualidade e as observações dos operadores. Se a linha não atingir o objetivo, determine se a causa está na distribuição do trabalho, num método instável, numa falta de materiais ou num conflito de programação. Cada causa exige uma resposta diferente.

Atualize o trabalho normalizado e dê formação aos operadores envolvidos antes de alargar a alteração. Reveja a equilibragem sempre que houver mudanças na procura, na conceção do produto, no mix, nas ferramentas ou no pessoal. Mantenha as durações das operações e a disponibilidade dos recursos no plano de produção alinhadas com o que foi apurado no ensaio-piloto.

Para perceber como a configuração aprovada funcionaria em conjunto com as outras ordens da sua fábrica, agende uma demonstração do SkyPlanner. Traga a gama operatória de uma linha, os tempos dos seus postos e um caso de conflito na utilização de um recurso partilhado. Poderá explorar como estes dados dão origem a uma programação coordenada e como o plano reage a alterações nas prioridades ou na capacidade. Se preferir explorar primeiro, experimente o SkyPlanner com dados de demonstração.