APLICAÇÃO E DEMONSTRAÇÃO DE USO DO PROTÓTIPO



O objetivo deste capítulo é demonstrar a utilidade do protótipo desenvolvido e apresentado no capítulo V.

A solução de um problema de planejamento e controle operacional de SFM decorre, usualmente, de um processo interativo, no qual o decisor procura, por meio de experimentos, chegar a um resultado o qual satisfaça suas expectativas, tanto ao nível produtivo, quanto ao nível operacional. No primeiro, o objetivo é o cumprimento das metas de produção, isto é, a manufatura dos lotes de peças dentro de um tempo esperado. No segundo nível, o objetivo é que o alcance das metas de produção seja obtido pôr um sistema operacionalmente estável e balanceado.

A demonstração do uso do protótipo para os fins acima apresentados, será feita descrevendo-se o processo interativo, conduzido pelo decisor, realizado entre o Módulo de Simulação, no qual os experimentos são executados e o Módulo de Análise, onde os resultados são avaliados.

Para fins de uma melhor compreensão, todo o processo será conduzido sobre um problema exemplo já apresentado no capítulo IV. Durante o decorrer da aplicação, faz-se menção aos fatos e regras utilizadas pelo segmento inteligente do protótipo nas análises envolvidas no processo.

O capítulo está subdividido em três seções. Na primeira aborda-se as decisões associadas ao procedimento interativo entre o módulo de simulação e o módulo de análise, conduzido pelo usuário. Na segunda seção, apresenta-se a utilização do protótipo sobre um problema exemplo, mostrando-se de que maneira usuário e sistema interagem e a forma deste último analisar os resultados via sistema especialista. Na terceira e última seção comenta-se o desempenho do protótipo.


6.1 O Procedimento Interativo

O procedimento interativo implica na tomada de decisões em três diferentes estágios como mostra a figura 6.1.

O primeiro estágio, trata da adoção de uma solução que da início ao procedimento interativo. Esta solução, levada a efeito pelo decisor, estabelece os valores minimos ou de partida, para os diversos parametros e políticas operacionais.

A segunda etapa de decisão ocorre durante a alocação dos recursos do sistema. Com a utilização do modelo desenvolvido, esta decisão é tomada durante a simulação da operação do sistema. Vimos, nos capítulos anteriores, que o próprio modelo de simulação encarrega-se da execução da principal tarefa atribuída ao planejamento da produção, isto é, a alocação dos recursos (máquinas) do sistema, às peças a serem produzidas.

O terceiro estágio de decisão, corresponde ao controle operacional e as modificações paramétricas que devem ser executadas durante o processo de simulação/análise/simulação .

As análises dos resultados das operações realizadas pelo sistema, em cada ciclo simulado, são determinantes sobre as modificações que devem ser realizadas sobre os parametros operacionais do modelo/sistema.

Como vimos no capítulo IV, potencialmente, existe um grande número de alternativas para a revisão dos parametros quando combinamos o número de veículos transportadores, o número de pallets e o tamanho dos buffers ou seus fatores de utilização. A magnitude das mudanças, bem como a direção destas, requer uma certa dose de julgamento por parte do decisor, ou deste em conjunto com o sistema especialista embutido no MA.

Após a revisão/modificação dos parametros em cada interação, o processo de simulacão é repetido. Estes procedimentos de simulação/análise/modificação/simulação, repetem-se até que se alcance os resultados de produção esperados, com um razoável balanceamento do sistema produtivo. A estrutura do protótipo, com os vários procedimentos do processo interativo esta ilustrada na fig. 5.9 do capítulo V.


6.2 Aplicação do Protótipo e seus Resultados

No procedimento interativo que agora iniciamos utilizaremos o mesmo modelo de SFM e o mesmo problema exemplo visto no item 4.3.2.2 (Problema Exemplo Utilizado na Comparação de Resultados) do capítulo IV.


6.2.1 Solução Inicial

No item 4.3.4 do mesmo capítulo IV (Busca das Melhores Combinações entre os Elementos Operacionais), realizamos uma série de experimentos, fixando a MTP (Mínima Taxa de Produção) como política para o despacho de peças e FIFO para a política de despacho de veículos. Os demais parametros, tamanho dos buffers, número de pallets e número de veículos foram então combinados gerando uma série de experimentos que foram então analisados sob o ponto de vista de diferentes medidas de desempenho, tais como o Tempo do Ciclo de Produção, Tempo Médio de Fluxo ou de Passagem, Taxa de Utilização de Máquinas, Veículos, etc..

Assim como no capítulo IV, a solução inicial adota MTP e FIFO como políticas operacionais de despacho de peças e veículos, respectivamente. Quanto ao número de veículos, VAGs, embora, nos experimentos realizados, só tenhamos apresentado resultados com 2, 3 e 4 VAGs, a título de ilustração do comportamento do módulo de análise do protótipo, vamos adotar como solução inicial 1 VAG. O tamanho inicial dos buffers será de 2, um para saída e outro para entrada de peças. A definição do número inicial de pallets no sistema é baseada no número de máquinas. Como temos quatro máquinas com buffers de tamanho 2, adotaremos 8 para solução inicial. Desta forma, a solução inicial adotada fica com a seguinte configuração:

No anexo 3, são apresentadas as telas do protótipo, através das quais o usuário define todos os parametros e regras operacionais, desde a solução inicial até as interações subsequentes.

6.2.2 Simulação e Análise dos Resultados da Solução Inicial

Uma vez definidos os parametros e políticas operacionais, o modelo do SFM pode ser simulado. Após a execução da simulação uma mensagem informa ao usuário que o processo está terminado e que os resultados podem ser atualizados, vistos e analisados.

Utilizando a estrutura do Módulo de Análise vista no capítulo V, podemos verificar os resultados referentes as peças produzidas, as máquinas, os equipamentos, etc.. Também no anexo 3 podem ser observados os resultados das simulações, como eles se apresentam ao usuário nas telas e janelas do protótipo. As tabelas 6.2 a 6.5, apresentam os resultados da simulação do sistema exemplo, para os parametros da solução inicial.

Verifica-se pelos resultados apresentados que as metas de produção foram alcançadas com uma taxa de utilização máxima dos centros de usinagem igual a 49%, o que é considerado muito baixo para os padrões de SFM.

Por outro lado, observa-se que a utilização média dos VAGs foi de praticamente 100% (99,8%). Esta alta taxa de uso, reflete a escassez de transportadores a qual pode ser verificada também pela alta média de peças na fila aguardando VAGs (4,85). A combinação destes resultados, mostra uma sub-utilização do sistema, em função do "gargalo" provocado pelo sistema de transportes.

Nesta primeira interação, os resultados das principais medidas de desempenho, isto é, o Tempo Médio do Ciclo de Produção (TMCP) e o Tempo Médio de Fluxo (TMFluxo) foram de 3782 min. e de 276 min., respectivamente.

É de se supor que um analista, observando os resultados e utilizando-se de seu bom senso e experiência, realizaria um novo experimento com um aumento no número de veículos na tentativa de solucionar o problema do gargalo.

Uma vez observados os resultados, o analista pode, se desejar, solicitar ao sistema uma análise e sugestões para a melhoria do desempenho operacional do SFM, via MA. Os resultados destes procedimentos são descritos e apresentados a seguir.

Para o exemplo que iniciamos, os resultados após a primeira rodada de simulação mostram que além das máquinas, com um diagnóstico de "Baixa Utilização", o MA diagnosticou a utilização dos VAGs como "Alta Taxa de Utilização" e os tempos médios de fluxo ou de passagem das peças pelo sistema (TMFluxo) como "Alto".

Diante destes resultados, as análises feitas pelas regras de otimização do sistema (ROTMS) indicam a possibilidade de melhorias no desempenho do sistema, uma vez que pode ser alterado o número de VAGs. Sua alta taxa de utilização, deve-se, principalmente a seu número reduzido.

Neste ponto, o MA sugere que se volte a simular com um incremento no número de VAGs. A figura 6.2, mostra uma tela da interface do protótipo com os resultados finais das análises feitas pelo MA.

6.2.3 Simulação e Análise dos Resultados das Interações Subseqüentes

Nesta seção, apresentamos os resultados das demais interações entre o Módulo de Simulação e o analista, MA Módulo de Análise.

Em cada uma delas, foram executadas modificações nos parâmetros operacionais antes do sistema ser novamente simulado. As modificações efetuadas e, aqui apresentadas, foram todas sugeridas pelo MA. Para cada interação executada, apresentamos uma tabela com seus principais resultados. Após a tabela, comentamos os resultados. Seguem-se as análises realizadas pelo MA, com uma figura ilustrativa da forma pela qual o sistema se comunica com o usuário/analista.


Interação 2:

Para a execução da segunda rodada de simulação, a única alteração efetuada no modelo foi sobre o número de VAGs, que passou de 1 para 2. Os demais parâmetros permaneceram os mesmos. Os principais resultados desta simulação indicam melhoras substanciais no desempenho do sistema e estão apresentados na tabela 6.6.

Observamos na tabela as seguintes alterações sobre os resultados da primeira interação:

· houve uma redução em cerca de 42% (1616 min) no tempo médio do ciclo de produção;
· houve uma redução, sobre o tempo médio de fluxo das peças pelo sistema, de 276 min. da solução inicial, para cerca de 156 min, nesta simulação;
· a taxa de utilização dos centros de usinagem cresceu de 49% para 79%.
· a taxa de utilização dos VAGs, embora tenha se reduzido, ainda continua alta, com cerca de 97%.

Os resultados mostram que, embora tenham havido muitas melhorias no desempenho geral do SFM, o problema anteriormente detectado continua, isto é, a alta taxa de utilização do VAGs.

Após a visualização dos resultados, o MA executa as analises. As mesmas regras são invocadas e o sistema propõe, novamente, que se aumente o número de VAGs na busca de um melhor desempenho, uma vez que o transporte interno à célula continua sendo o gargalo.

Uma vez aceita a sugestão, a alteração é automaticamente efetuada e o modelo simulado novamente. A forma de apresentação das análises pela MA é semelhante à apresentada na análise da simulação da solução inicial (ver figura 6.2), uma vez que o problema detectado foi semelhante e, como conseqüência, as mesmas regras foram invocadas pela máquina de ingerência para seu diagnóstico.


Interação 3:

Para a execução da terceira rodada de simulação, a única alteração efetuada no modelo foi sobre o número de VAGs, que passou de 2 para 3. Os demais parâmetros permaneceram os mesmos.

Os resultados indicam que a alteração efetuada se reflete positivamente na operacionalidade do sistema. Novamente obtém-se ganhos no tempo médio do ciclo de produção, sua principal medida de desempenho. A tabela 6.7 mostra os resultados.

Observamos na tabela as seguintes alterações sobre os resultados da segunda interação:

· O lote todo é terminado em 1956 min. A redução neste tempo foi de aproximadamente 10% (210 min);
· As taxas de utilização das máquinas e VAGs foram de 88% e 87%, respectivamente. Estas taxas encontram-se abaixo do limite máximo estabelecido pelo analista (90%);
· O tempo de fluxo das peças também diminui,VAGS passando de 156 min. para 141 mm.

Uma vez que o sistema alcançou uma taxa de utilização aceitável para os VAGs, o MA passa a experimentar alterações no número de pallets e no tamanho dos buffers. Ativado, o SE, baseando-se em regras que refletem nossa experiência, adquirida, principalmente, nas inúmeras simulações anteriormente efetuadas, indica que a melhor relação entre pallets/buffers/VAGs, encontra-se abaixo de seu limite.

O MA sugere então (ver figura 6.3), que se volte a simular com um incremento no número de pallets.

Interação 4:

O modelo volta a ser simulado com um incremento no número de pallets Com este incremento. os pallets passam de 8 para 10. Os demais parâmetros permanecem os mesmos.

Podemos observar os seguintes resultados na tabela 6.8:

· Uma pequena melhora no tempo médio do ciclo de produção (de menos de 5%).
· Um aumento de 15% no tempo de fluxo das peças. Este aumento foi, possivelmente, causado pelo maior congestionamento no sistema. devido ao aumento do número de pallets.
· Um aumento nas taxas de utilização das máquinas e dos transportadores, possivelmente provocados pelo maior número de peças no sistema. As taxas voltam a superar os seus limites máximos.


Em resumo, não houve ganhos de performance no sistema. Com o crescimento do Número de pallets, houve um provável desequilíbrio no sistema. Os transportadores ficam muitas vezes carregados esperando lugar nos buffers de entrada das máquinas, bloqueando temporariamente o sistema de transportes.

O MA sugere (ver figura 6.4) que incrementemos o tamanho dos buffers. visando uni maior equilíbrio entre pallets/buffers/VAGs.

Interação 5:

O modelo volta a ser simulado com os buffers passando de tamanho 2 para 3. Os demais parâmetros permanecem os mesmos da interação anterior.

Os resultados da simulação são mostrados na tabela 6.9.

Mesmo com um maior número de peças no sistema, decorrentes do maior número de pallets, não ocorrem mais os bloqueios dos VAGs pela falta de espaço nos buffers de entrada dos centros de usinagem. Como se esperava, o aumento no tamanho dos buffers permite uma maior liberação dos VAGs, e um desafogo no fluxo de peças no sistema. Os principais resultados decorrentes disso são:

· A taxa de utilização dos VAGs cai para 88%.
· O tempo de fluxo não se altera, mostrando sua independência do número de buffers.
· O aumento no tamanho dos buffers provoca, no entanto, um pequeno aumento na taxa de utilização das máquinas e urna melhora quase insignificante no tempo de fabricação do lote.


Uma vez que este caminho mostra-se promissor, é possível crer que uma melhor combinação entre o tamanho dos buffers e o número de pallets, venha provocar uma redução na taxa de utilização das máquinas e no tempo do ciclo produtivo.

O MA sugere, como se pode ver na figura 6.5, que reproduz a tela do protótipo reportando o resultado das análises, que reduzamos o número de pallets e aumentemos o tamanho dos buffers, simultaneamente.

Interação 6:

A sexta simulação é realizada com tamanho dos buffers incrementados de 3 para 4 e o Número de pallets reduzidos de 10 para 8. conforme sugestão do MA. Os resultados da simulação podem ser vistos na tabela 6.10,

Os principais indicadores, apontam para um melhor balanceamento do sistema. Os resultados mais significantes são:

· As taxas de utilização das máquinas e VAGs caem para 87% e 85% respectivamente, abaixo do máximo estabelecido. Estes resultados são um pouco melhor do que os obtidos na 3ª interação. quando o sistema teve seu melhor desempenho.
· Os tempos de fluxo e de ciclo permanecem. também, no mesmo patamar daquela interação.

Os ganhos obtidos sobre os resultados da simulação anterior (quinta) são significativos principalmente, considerando-se os limites estabelecidos para a utilização das maquinas e VAGs. No entanto, comparando-se estes resultados com aqueles obtidos na terceira simulação, estes ganhos não são substanciais.

A principal diferença nos parâmetros do sistema entre esta simulação e aquela, encontra-se no tamanho dos buffers, 2 e 4, respectivamente.

O desempenho do sistema mostrou-se muito dependente da relação número de pallets. tamanho dos buffers e número de VAGs. Na última simulação, com a redução no Número de pallets, de 10 para 8, a relação entre os parâmetros relacionados aos buffers. pallets e VAGs. alcançam, novamente. um ponto próximo ao ideal, como já ocorrera na terceira simulação.

Um analista experimentado diria, provavelmente. que a solução está próxima do melhor desempenho deste sistema para a fabricação do lote de peças especificado.

As regras contidas no MA refletem este sentimento. Entre outras cláusulas embutidas nas regras. existe uma que estabelece qual deve ser o ganho mínimo sobre os resultados de simulações anteriores. que as modificações efetuadas sobre os parâmetros do sistema, devem provocar. Para o modelo utilizado. este mínimo ficou estabelecido em 5%. Como os ganhos obtidos não são substanciais, e as taxas de uso dos equipamentos encontram-se dentro dos limites estabelecidos. Uma mensagem de encerramento dos processos de Simulação/Análise é emitida, sugerindo a adoção para o sistema dos parâmetros da última simulação. A figura 6.6 reproduz a janela com a mensagem emitida pelo protótipo.

6.3 Comentários sobre os Resultados, Procedimento Interativo e Uso do Protótipo

Com base nas experiências realizadas, algumas observações podem ser apresentadas com respeito aos resultados, ao procedimento interativo e ao uso do protótipo.


6.3.1 Comentários sobre os Resultados

1 Fica evidente, a partir dos resultados. a alta sensibilidade dos SFM às modificações em seus parâmetros operacionais, principalmente quando aqueles são expressos pelas taxas de utilização das máquinas e VAGs e pelos tempos médios de fluxo e de ciclo de produção.

Um exemplo muito claro disso ficou evidenciado pela dependência, destas medidas de desempenho. da relação estabelecida entre o Número de pallets. Tamanho dos buffers e número de VAGs. Fora de uma relação próxima à ideal. a qual depende de cada sistema, em particular, as alterações em algum destes parâmetros podem provocar diferenças significativas no desempenho do sistema.

2. A taxa de utilização dos veículos é particularmente alta, principalmente pelo fato de ocorrerem um grande número de viagens sem carga, devido ao layout do sistema proposto, que admite somente o fluxo unidirecional dos VAGs. Estudos do layout e de otiimização das viagens dos VAGs podem ser realizados utilizando-se o protótipo.

Os índices máximos de utilização das máquinas e VAGs, definidos pelo analista ao início dos procedimentos, é um fator importante, na medida em que índices muito altos podem ser operacionalmente suportados pelo sistema. Nos modelos tradicionais, em que planejamento e operação são considerados em momentos diferentes, estes fatores podem ser tomados como restrições no modelo de planejamento, em uma tentativa de viabilizar a operação. Em nosso modelo. em que a alocação das máquinas às peças é feita dinamicamente, é preciso tomar-se o cuidado nos índices de eficiência das máquinas e nos valores de mínima e máxima utilização permitida para as máquinas e transportadores.

Nos exemplos similares simulados por MAHESHWARI [1992] e GUPTA [1992], nos quais o planejamento e a operação são considerados em momentos diferentes, os índices máximos de utilização das máquinas ficam em torno de 80%.

4. A otimalidade global dos resultados não está garantida pelo procedimento adotado. As soluções encontradas estão baseadas em uma pesquisa por pontos no espaço das soluções. Cada interação procura avaliar algum destes pontos. As análises posteriores, com base nos pontos já pesquisados, na experiência adquirida e armazenada na base de conhecimentos do SE e no bom senso. procuram direcionar a pesquisa para algum outro ponto dentro do espaço de soluções.

5. O número de problemas testados não é suficiente para concluir nada a respeito da taxa de convergência do procedimento. Nos casos testados. a convergência ocorreu em até sete interações, dependendo das restrições impostas pelo usuário.


6.3.2 Comentários sobre o Procedimento Interativo

1. O procedimento interativo requer, por parte do decisor, alguma sensibilidade e conhecimento sobre o comportamento operacional do SFM, diante das modificações, por ele efetuadas, sobre os parâmetros operacionais

2. A definição dos parâmetros iniciais é o principal ponto em que esta sensibilidade é mais requerida. A convergência poderá ser mais ou menos rápida, dependendo dos parâmetros iniciais e de suas futuras modificações.

3. A utilização das análises e sugestões feitas pelo MA, poderá, ou não, servir de guia para o usuário executar modificações nos parâmetros durante o procedimento interativo.

4. As modificações nos parâmetros estão sujeitas aos objetivos do usuário. Certos parâmetros produzem efeitos contrários sobre algumas medidas de desempenho. Como foi visto no capítulo IV, o número de pallets e tamanho dos buffers, por exemplo, causam reações opostas sobre o tempo de ciclo e sobre o tempo de fluxo.


6.3.3 Comentários sobre o Uso do Protótipo

1. O protótipo foi construído com dois propósitos: facilitar a experimentação sobre o modelo de simulação de SFM e permitir o uso do MA como auxiliar nas análises e tomadas de decisão.

2. A facilidade de conduzir uma experimentação é obtida em função da interface gráfica. Esta, permite ao usuário conhecer os resultados da simulação sob diferentes aspectos e de forma completamente diferenciada dos resultados padronizados, impostos pela linguagem de simulação original.

3. Algumas funções embutidas no protótipo permitem que, apos cada rodada de simulação, o usuário possa, por meio de gráficos e tabelas, comparar resultados anteriormente obtidos com os atuais. Pequenos diagnósticos locais são também automaticamente gerados e apresentados ao analista, junto com os resultados da simulação, antes mesmo deste iniciar as análises via o MA.

4. O uso do sistema especialista, embutido no módulo de análise, não garante os melhores resultados, apenas informa ao usuário uma direção promissora e faz sugestões em função dos objetivos por ele traçados.


6.4 Sumário

Neste capítulo demonstramos o uso e aplicação do protótipo na condução de experimentos que envolvam a utilização do modelo de simulação para planejamento e operação de SFM.

Através de exemplos, demonstramos que sua interface gráfica facilita a condução destes experimentos e a observação dos seus resultados. Demonstramos também, que seu Módulo de análise constitui-se de um bom auxiliar na condução das análises que devem ser feitas sobre os resultados e nas sugestões sobre que alterações devem ser efetuadas nos parâmetros operacionais do sistema objetivando melhorar seu desempenho operacional.

No capítulo que segue, apresentaremos as conclusões finais sobre este trabalho de pesquisa, assim como sugestões e recomendações à futuras pesquisas.