À minha mulher Branca e às minhas
filhas Mariana e Manuela por todo o amor, apoio e incentivo
AGRADECIMENTOS
Manifesto meus sinceros agradecimentos
às seguintes pessoas e instituições:
. Ao Prof. Cristiano Cunha, Dr. pela brilhante e dedicada orientação
ao longo de todo este trabalho.
· Ao Prof`. Suresh K. Khator, Ph.D., que durante meu período
de estágio e aperfeiçoamento na University of South
Florida, Tampa, USA, muito contribuiu para o desenvolvimento deste
trabalho, com seus conhecimentos e preciosos conselhos;
· Aos professores doutores integrantes da Banca Examinadora,
pelos valiosos comentários e sugestões, sem os quais
este trabalho não seria aperfeiçoado;
. À CAPES, pelo auxílio financeiro;
· Aos professores e funcionários do Departamento de
Informática e Estatística da UFSC, por todo o apoio
e incentivo demonstrado;
· A todas as pessoas que de forma direta ou indireta. contribuíram
para a realização deste trabalho.
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS
LISTA DE GRÁFICOS
LISTA DE TABELAS
RESUMO
ABSTRACT
CAPÍTULO I -
INTRODUÇÃO
1.1. Origem do Trabalho
1.2. Definição do
Problema
1.3. Objetivos do Trabalho
1.4. Importância do
Trabalho
1.5. Suposições,
Alcance e Limitações do Trabalho
1.6. Organização
do Trabalho
CAPÍTULO II - REVISÃO
BIBLIOGRÁFICA
2.1. Flexibilidade e Sistemas de
Produção
2.1.1. O Conceito e Importância
da Flexibilidade na Manufatura
2.1.2. Tipos de Flexibilidades
2.2. Sistemas Flexíveis
de Manufatura
2.2.1 Componentes dos Sistemas
Flexíveis de Manufatura
2.2.1.1 Centros de Usinagem
Numericamente Controlados
2.2.1.2 Sistemas Automáticos
de Transporte e Manuseio de Materiais
2.2.1.3 Controle Computacional
2.3 Planejamento e Controle Operacional
de SFM
2.3.1 Planejamento da
Operação
2.3.2 Controle da Operação
2.3.2.1 Despacho de Peças
2.3.2.2 Despacho de Veículos
2.3.2.3 Impacto dos Parâmetros
do Sistema
2.4. Avaliação de
Projetos de Sistemas flexíveis de Manufatura
2.4.1 Medidas de Desempenho
2.4.2 Modelos para a
Avaliação de SFM
2.5. Simulação de
Sistemas flexíveis de Manufatura
2.5.1 Simulação Aplicada
ao Desenvolvimento de Projetos de SFM
2.5.2 Simulação Aplicada
ao Planejamento e Controle da Produção de SFM
2.5.3. Avanços no Uso da
Simulação na Modelagem de SFM
2.6 Sistemas Especialistas
2.6.1 Definição
2.6.2 Diferenças entre Sistemas
Especialistas e a Programação Convencional
2.6.3. Estrutura de um Sistema
Especialista
2.6.3.1 A Base de Conhecimentos
2.6.3.2 A Máquina de
Inferência
2.6.4. Ferramentas para o
Desenvolvimento de Sistemas Especialistas
2.7 Sistemas Inteligentes de
Simulação (SIS)
2.7.1 As Similaridades entre Sistemas
Especialistas e Simulação
2.7.2. O Uso de Sistemas Inteligentes
de Simulação em SFM
2.8 Sumário
CAPÍTULO III - MODELO DE
SIMULAÇÃO COM ALOCAÇÃO
DINÂMICA DE MÁQUINAS PARA O PLANEJAMENTO E CONTROLE
OPERACIONAL DE SFM
3.1 Planejamento da
Produção Vs Controle Operacional em SFM
3.1.1 Elementos do Planejamento
da Produção em SFM
3.1.1.1 Hipóteses Associadas
aos Modelos de Planejamento de SFM
3.1.2 Elementos do Controle Operacional
de SFM
3.1.2.1 Regras para a
Liberação de Novas Peças ao Sistema
3.1.2.2 Regras para a
Priorização de Peças no Buffer das Máquinas
3.1.2.3 Políticas para o
Despacho de Veículos Transportadores
3.1.3 Parametros Secundários
do Sistema
3.2 Modelo para o Planejamento
e Controle Operacional de SFM
3.2.1 Parametros Utilizados no
Modelo
3.2.2 Modelo de Simulação
Proposto
3.2.2.1 Controle Lógico
da Seqüência de Visitações de Máquinas
3.2.2.2 Hipóteses Associadas
ao Modelo
3.2.2.3 Controle Lógico
do Fluxo de Peças
3.2.2.4 Controle Lógico
das Máquinas
3.2.2.5 Controle Lógico
do Fluxo dos VAGs
3.3. Medidas de Desempenho
3.4 Sumário
CAPÍTULO VI - APLICAÇÃO
DO MODELO DE SIMULAÇÃO PROPOSTO E COMPARAÇÃO
DOS RESULTADOS COM OS DOS MODELOS TRADICIONAIS
4.1 Características do Sistema
Flexível de Manufatura Modelado
4.2 Validação do
Sistema Flexível de Manufatura Modelado
4.2.1 Problema Utilizado na
Validação
4.2.2 Os Resultados Obtidos
4.2.3 Testes de Hipóteses
para as Médias Obtidas
4.3 Aplicação do
Modelo Proposto a Problemas de Planejamento e Controle Operacional de SFM
4.3.1 Geração
Numérica de Problemas Exemplos
4.3.2 Comparação
de Resultados
4.3.2.1 Experimentos Realizados
4.3.2.2 Problema Exemplo Utilizado
na Comparação de Resultados
4.3.2.3 Medidas de Desempenho Adotadas
na Comparação dos Resultados
4.3.2.4 Resultados Obtidos nas
Comparações
4.3.2.5 Observações
sobre os Resultados Obtidos
4.3.2.6 Testes de Hipóteses
para Comparação das Médias Obtidas nos Experimentos
4.3.3 Análise de Sensibilidade
do Modelo
4.3.3.1 Observações
sobre os Resultados das Simulações
4.3.4 Busca das Melhores
Combinações entre os Elementos Operacionais
4.3.4.1 Resultados e Comentários
sobre os Novos Experimentos Realizados
4.4 Sumário
CAPÍTULO V - ESTRUTURA DO PROTÓTIPO
DO SISTEMA INTELIGENTE DE SIMULAÇÃO
5.1 ObjetivodoProtótipo
5.2 Estrutura do Protótipo
5.2.1
InterfaceGráficaUsuário-Sistema(GUI)
5.2.2 Módulo de
Simulação
5 2.3 Módulo de Análise
5.3 O Sistema de Decisão
5.3.1 Comunicação
entre o Módulo de Simulação e o Módulo de
Análise
5.3.2 A Estrutura de
Decisão
5.3.2.1 Classes, Objetos, Frames,
Slots e Métodos
5.3.2.2 Regras de Produção
5.3.3 Processo de Análise
Executado pelo Módulo de Análise
5.4 Sumário
CAPÍTULO VI - APLICAÇÃO
E DEMONSTRAÇÃO DE USO DO PROTÓTIPO
6.1 O Procedimento Interativo
6.2 Aplicação do
Protótipo e seus Resultados
6.2.1 Solução Inicial
6.2.2 Simulação e
Análise dos Resultados da Solução Inicial
6.2.3 Simulação e
Análise dos Resultados das Interações Subsequentes
6.3 Comentários sobre os
Resultados, Procedimento Interativo e Uso do Protótipo
6.3.1 Comentários sobre
os Resultados
6.3.2 Comentários sobre
o Procedimento Interativo
6.3.3 Comentários sobre
o Uso do Protótipo
6.4 Sumário
CAPÍTULO VII - CONCLUSÕES E
RECOMENDAÇÕES À FUTURAS PESQUISAS
7.1 Resultados e
Contribuições
da Pesquisa
7.2 Limitações do
Trabalho
7.3 Recomendações
à Futuras Pesquisas
7.3.1 Extensao da Capacidade do
Módulo de Análise
7.3.2 Extensão da Capacidade
do Módulo de Simulaçao
7.3.3 Integração
do Fluxo de Ferramentas ao Modelo.
7.3.4 Outras Extensões
ANEXOS
ANEXO 1 Código Fonte do Programa para Alocação
Dinâmica dos Recursos em Tempo de Simulação
ANEXO 2 Código Fonte de todas as Regras do Protótipo
ANEXO 3 Principais Telas do Protótipo
ANEXO 4 Código Fonte do Modelo de Simulação
em SIMAN
ANEXO 5 Código Fonte do Experiment File em SIMAN IV
ANEXO 6 Código Fonte do Protótipo com todas as Classes,
Objetos, Instancias, Funções e Métodos
REFERÊNCIAS
BIBLIOGRÁFICAS
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 Um Exemplo de Sistema
Flexível de Manufatura
Figura 3.1 Elementos dos Modelos de
Planejamento de SFM
Figura 3.2 Elementos do Controle
Operacional de SFM
Figura 3.3 Controle Lógico da
Seqüência de Visitações de Máquinas
Figura 3.4 Controle do Fluxo de
Peças
Figura 3.5 Controle Lógico das
Máquinas
Figura 3.6 Controle Lógico do
Fluxo de VAGs
Figura 4.1 Layout do SFM Exemplo baseado
no modelo citado por CARRIE
Figura 4.2 Visao Esquemática
do Processo de Geração de Problemas Exemplos
Figura 4.3 Representação
Esquemática das duas Abordagens
Figura 5.1 Estrutura Geral do
Protótipo
Figura 5.2 Tela Inicial do Protótipo
com Alguns dos Elementos da GUI
Figura 5.3 Tela Inicial do Módulo
de Simulação com suas Duas opções
Figura 5.4 Estrutura do Módulo
de Simulação
Figura 5.5 Tela Inicial do Módulo
de Análise
Figura 5.6 Janela com os resultados
da Simulação Referentes as Peças Produzidas
Figura 5.7 Estrutura do Módulo
de Análise dos Resultados da Simulação
Figura 5.8 Processo de
comunicação
entre módulos de simulação e análise por meio
de
arquivos
Figura 5.9 Elementos Básicos
do MS e do MA
Figura 5.10 Algumas Classes e
Instâncias do Protótipo
Figura 5.11 A Classe de Máquinas
Exibindo a Lista Parcial de seus Atributos e a Lista de Métodos Associados
a Alguns Deles.
Figura 5.12 O Método Diag_Uhl_Maq
associado ao Slot UtilMedMaq
Figura5.13 Inter-relações
entre Alguns Métodos e Conjuntos de Regras para a Realizaçao
do Diagnóstico Operacional das Máqumas
Figura 5.14 Exemplo de uma Regra de
Otimização do Sistema
Figura 6. 1 Estágios de tomada
de decisão no Procedimento Interativo
Figura 6.2 Resultados das análises
realizadas pelo MA para a simulação da solução
inicial
Figura 6.3 Tela com os resultados das
análises da interação 3 elaboradas pelo MA
Figura 6.4 Tela com os resultados das
análises da interação 4 elaboradas pelo MA
Figura 6.5 Tela com os resultados das
análises da interação 5 elaboradas pelo MA
Figura 6.6 Tela com os resultados das
análises da interação 6 elaboradas pelo MA
Figura A.1 Tela Inicial do Protótipo com alguns Elementos
da Interface Gráfica
Figura A.2 Tela Inicial do Módulo de Simulação
com suas duas Opções
Figura A.3 Tela que Permite ao Usuário a Definição
dos Parâmetros e Políticas Operacionais a Serem Empregados
durante a Simulação do Sistema
Figura A.4 Exemplo da definição de um cenário.
Nesta Tela são Definidas quais peças serão
fabricadas e em qual volume
Figura A.5 A tela acima permite a definição dos
parâmetros das máquinas. Podemos definir que operações
cada uma realizará, com que eficiência, as taxas
de utilização máxima e mínima e o
tamanho dos buffers.
FiguraA.6 Na tela acima apresentamos um exemplo de definição
de políticas operacionais. No caso, a política de
despacho de peças
Figura A.7 A tela acima mostra um exemplo de apresentação
dos resultados da simulação. No caso os resultados
referem-se as peças produzidas
Figura A.8 Tela de apresentação dos resultados
simulação
referente ao desempenho das máquinas
Figura A.9 Tela de apresentação dos resultados
simulação
referente ao desempenho dos VAGs
FiguraA.10 Tela de apresentação dos resultados
simulação
mostrando duas das principais medidas de desempenho: Tempo Médio
do Ciclo de Produção e Tempo Médio do Fluxo
de Peças
Figura A.11 Tela inicial do Módulo de Análise. A
última opção permite iniciar o processo de
análise utilizando o MA
FiguraA.12 A tela acima permite ao usuário definir alguns
parâmetros básicos para iniciar o processo de análise
Figura A.13 A tela acima é um exemplo dos resultados das
análises efetuadas pelo MA. Neste exemplo. o MA sugere
a continuidade das simulações com alterações
nos parâmetros do modelo de simulação.
Figura A.14 A tela acima é outro exemplo dos resultados
das análises efetuadas pelo MA. Nesta, o módulo
de análise está sugerindo o encerramento do processo
interativo.
LISTA DE GRÁFICOS
Gráfico 4.1 Ganhos percentuais
obtidos pelo uso do novo modelo
Gráfico 4.2 Efeito das regras
para a liberação de peças
Gráfico 4.3 Efeito das regras
para o despacho de veículos
Gráfico 4.4 Efeito do tamanho
dos Buffers
Gráfico 4.5 Efeito do número
de Pallets
Gráfico 4.6 Resultados para
o uso de 2 VAGs
Gráfico 4.7 Resultados para
o uso de 3 VAGs
Gráfico 4.8 Resultados para
o uso de 4 VAGs
Gráfico 4.9 Resultados para
o uso de 2 VAGs
Gráfico 4.10 Resultados para
o uso de 3 VAGs
Gráfico 4.11 Resultados para
o uso de 4 VAGs
Gráfico 4.12 Resultados para
o uso de 2 VAGs
Gráfico 4.13 Resultados para
o uso de 3 VAGs
Gráfico 4.14 Resultados para
o uso de 4 VAGs
Gráfico 4.15 Resultados para
o uso de 2 VAGs
Gráfico 4.16 Resultados para
o uso de 3 VAGs
Gráfico 4.17 Resultados para
o uso de 4 VAGs
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 Hierarquia e funções
de controle computacional em um SFM
Tabela 2.2 Medidas de Desempenho
Tabela 4.1 Mix de Produçao Desejado
Tabela 4.2 Seqüências
Operacionais e Respectivos Tempos
Tabela 4.3 Resultados dos Dez Experimentos
com o Modelo em SIMAN
Tabela 4.4 Resultados do Experimento
com o Modelo em ECSL
Tabela 4.5 Resultados dos Testes de
Hipóteses para as Médias
Tabela 4.6 Operações
e Tempos Necessários aos Vários Tipos de Peças Produzidas
Tabela 4.7 Eficiências na
Realização das Operações pelas Máquinas
do SFM
Tabela 4.8 Um Conjunto de Problemas
Criados pela Execução da Segunda Etapa do Processo de Geraçao
de Problemas Exemplos
Tabela 4.9 Resultados dos Experimentos
quando se Aplicam as Duas Abordagens
Tabela 4.10 Resultados dos Testes de
Comparaçao das Médias de TCP e Tfluxo
Tabela 6.1 Solução inicial
(parametros e regras) para o problema exemplo
Tabela 6.2 Resultados da Solução
Inicial Referentes as Peças
Tabela 6.3 Resultados da Solução
Inicial Referentes as Máquinas
Tabela 6.4 Resultados da Solução
Inicial Referentes as VAGs
Tabela 6.5 Resultados da Solução
Inicial Referentes ao Sistema
Tabela 6.6 Resultados da segunda
Simulação
Tabela 6.7 Resultados da terceira
Simulação
Tabela 6.8 Resultados da quarta
Simulação
Tabela 6.9 Resultados da quinta
Simulação
Tabela 6.10 Resultados da sexta
Simulação