Sistemas Industriais e Processos de Fabricação

Sistemas Industriais e Manufatura

Conceito de Processos Industriais

Processo é o conjunto de atividades ordenadas para a realização de um objetivo particular. Na área da engenharia industrial, o conceito de processo é muito importante, pois a prática desta disciplina requer planejamento, integração, organização, direção e/ou controle.

Essas atividades permitem ao engenheiro alcançar seus objetivos no exercício da sua profissão e devem considerar os processos de produção como uma ferramenta para a concepção e definição de planos, programas e projetos em design, integração, organização, gestão e sistemas de controle. Isso inclui o trabalho de otimização, a evolução dos resultados, o estabelecimento de padrões de qualidade, maior eficiência e controle, etc.

Conceito de Manufatura

• Trabalho feito à mão ou com o auxílio de máquinas.
• Local onde são realizadas todas as atividades organizadas e planejadas para a transformação de objetos materiais em itens ou serviços úteis à sociedade.

Fabricação e Engenharia

O engenheiro deve ver a fabricação como um mecanismo para a transformação de materiais em objetos úteis para a sociedade. Considera-se também a estrutura e organização das ações que permitem a um sistema alcançar uma determinada tarefa.

Classificação dos Processos de Fabricação

São classificados em três grupos:

• Processos que alteram a forma do material: fundição ou moldagem, conformação por deformação a frio e quente, e metalurgia do pó.
• Processos que envolvem a remoção de material: máquinas de corte e usinagem de metais convencionais e não-convencionais.
• Processos de acabamento de superfície: polimento (abrasivo) e revestimento.

Para que esses processos sejam úteis, o engenheiro deve considerar os seguintes critérios:

• Critérios de produção econômica visando o lucro.
• Custo: deve ser aceitável e competitivo.
• Rentabilidade: deve oferecer retornos superiores aos previstos pelo banco.
• Qualidade: deve atender aos requisitos necessários.
• Critério de produção econômica, visando a eficácia.
• Projeto: deve ser um projeto funcional que permita uma fabricação calculada e controlada.
• Materiais: seleção de materiais adequados e economicamente aceitáveis.
• Processo de fabricação: o sistema de processamento de materiais com qualidade determinada, considerando as necessidades do cliente de forma eficiente e econômica.
• Fatores Humanos: motivação, tratamento, treinamento e segurança.
• Processo Administrativo: planejamento, integração, organização, direção e controle.

Eficácia e Eficiência

Eficiência é a relação numérica entre o valor obtido através de um sistema e a quantidade máxima que o sistema pode atingir.

A eficácia é a estimativa de objetos, propósitos ou funções de um sistema ou processo, sem qualquer avaliação numérica ou padrões pré-determinados.

Introdução aos Processos de Fabricação

Os Sistemas de Produção

A manufatura é realizada no ambiente de sistemas de produção com características distintas, que utilizam uma série de recursos interativos visando a obtenção de um produto final. Esses elementos de produção podem ser agrupados em uma única unidade (fábrica ou planta), ou departamento da mesma, ou distribuídos em várias plantas ou departamentos.

Organização dos Sistemas de Produção

Todo sistema de produção consiste em uma entrada de matérias-primas, incluindo energia, e uma saída de produtos. Entre esses extremos, existem fluxos de materiais que são submetidos a uma série de processos, sendo transformados pelos elementos que compõem o sistema (máquinas, armazenamento e transporte, etc.) para adquirir as propriedades especificadas no projeto.

Fluxo de Processos

É usual classificar os processos de fabricação pela taxa de fluxo de materiais ao longo do processo. Os sistemas de produção contínuos, também chamados de processos contínuos, são aqueles em que o percurso dos materiais em todo o sistema mantém-se inalterado. Poucas matérias-primas são utilizadas e os produtos obtidos são poucos ou únicos, sendo registrados por peso (toneladas) ou volume (m³). São de alto custo, rígidos, não suportam mudanças no processo e são altamente automatizados.

Sistemas de Produção Contínuos (Fluxo Intermediário)

Por exemplo: siderurgia, refino de petróleo, cimento, papel ou alimentos não processados, como açúcar, farinha, etc.

Sistemas de Produção Discretos

Também conhecidos como "produção em lote" ou "produção por encomenda", são orientados para a fabricação de uma variedade de produtos diferentes e se caracterizam pela flexibilidade tanto das máquinas quanto da organização. São organizados por departamentos (usinagem, tratamento térmico, montagem, etc.) e são difíceis de automatizar os processos. Os produtos são registrados em partes ou unidades, sendo que o número de unidades costuma ser baixo. A grande variedade de produtos e matérias-primas utilizadas determina que um dos maiores problemas desses sistemas seja a coordenação da logística.

Sistemas de Produção Combinados

Embora, na prática, possa haver sistemas puramente contínuos ou de oficina, a maioria dos sistemas de produção se encontra entre os dois extremos.

Por um lado, próximos aos sistemas contínuos, estão os sistemas de montagem. Comumente utilizados na fabricação de automóveis ou aparelhos, são baseados em linhas de montagem mais ou menos automatizadas. Esses sistemas são essencialmente rígidos, mas o uso atual de computadores e robótica permitiu aumentar sua flexibilidade de forma notável.

Além disso, próximos aos sistemas de oficina, estão os sistemas de fabricação em lote, ou de produtos fabricados em quantidades limitadas de unidades, que podem variar de algumas dezenas (por exemplo, no setor aeroespacial e ferroviário) a várias centenas (como equipamentos eletrônicos e máquinas industriais).

Produção Flexível

É a tendência atual na produção de bens de consumo e está, gradualmente, substituindo os conceitos anteriores de planejamento de produção, ou seja, a produção baseada em estimativas de vendas de longo prazo e a produção em série (que se refere à produção contínua de grandes lotes). O objetivo é suprir a demanda por lotes de fabricação tão pequenos quanto possível, com base em vendas reais ou previsões de curto prazo: mensal, semanal, diária, etc. Isso permite economias em capital fixo, matérias-primas, pessoal, equipamentos e armazenagem. Nesse processo, equipamentos controlados por computador (controle numérico computadorizado, CNC) e a organização de células de manufatura flexível tornaram possível combinar flexibilidade com alta produtividade.

Fase, Subfase e Operação

A organização do processo de fabricação é baseada na subdivisão deste de forma lógica e adequada aos objetivos pretendidos. É normal usar a seguinte sequência:

• Fase: um conjunto de transformações tecnologicamente relacionadas, que é realizado sobre o produto na mesma máquina, instalação, equipamento ou posto de trabalho, e às vezes em um grupo deles. Por exemplo, uma fase do processo de usinagem pode ser considerada uma máquina simples, ou as fases de torneamento, fresamento, aplainamento.
• Subfase: às vezes, uma fase pode ser dividida em diferentes estágios. No caso de uma máquina, por exemplo, em torno de uma fase, poderiam existir diferentes subfases, como duas posições diferentes da peça ou diferentes tipos de operações.
• Operação: é o nome dado a cada uma das tarefas elementares que podem ser realizadas em uma máquina ou estação de trabalho que executa um determinado processo. As operações podem ser produtivas, quando de fato produzem mudanças nos materiais, como estampar ou tornear, ou não-produtivas, quando se trata de operações necessárias para o processo, mas que não produzem mudanças nos materiais, tais como movimentos ou mudanças de ferramentas, armazenamento ou preparação das máquinas, etc.

Relação entre Design e Fabricação

O tempo necessário para desenvolver o design de um produto afeta diretamente os custos e, consequentemente, a posição da empresa no mercado.

Na concepção de um produto, devem ser levadas em conta tanto as necessidades funcionais (qualidade, durabilidade e segurança) quanto os métodos de mercado, aspectos econômicos e os processos de produção que serão necessários. Estão intimamente relacionados e devem ser considerados em conjunto.

Assim, atualmente, busca-se otimizar o tempo de projeto e minimizar os custos, otimizando os recursos disponíveis da forma mais eficiente possível e reduzindo o tempo e os custos do projeto. Esse tipo de projeto é conhecido como engenharia simultânea ou concorrente.

Custos de Produção

O custo de produção de um produto é o total das despesas a serem incorridas para tê-lo pronto para a venda. Os vários aspectos que o compõem formam a estrutura de custos do produto, que é definida pelos seguintes elementos:

• Design de produto: requisitos funcionais, demanda do mercado, ciclo de vida e previsão de mudanças futuras.
• Seleção de materiais: propriedades físicas e mecânicas, propriedades geométricas, facilidade de fabricação, confiabilidade do abastecimento e custo dos materiais.
• Definição do processo: viabilidade do processo, influência sobre as propriedades, volume de produção e nível de automação, tipo de montagem e custo final.

Tempo de Fabricação

A fabricação envolve uma série de etapas que consomem um determinado tempo. O tempo total para a fabricação de uma unidade de produto é chamado de tempo de fabricação por unidade. Para que o preço de um produto seja competitivo, é uma prioridade, sempre que possível, minimizar esse valor. Podemos distinguir os seguintes componentes:

• Tempo de Atividade (Uptime): Também chamado de tempo de transformação. São os períodos em que os materiais são efetivamente submetidos a processos de transformação.
• Tempo de Inatividade (Downtime): São tempos inevitavelmente incorridos durante o processo de fabricação, mas que não produzem alterações nos materiais. Dada a sua natureza distinta, serão considerados separadamente: o tempo gasto na preparação das máquinas e o tempo de operação. Este último, por sua vez, inclui o tempo investido na colocação e substituição de peças e ferramentas.

A soma dos tempos de processamento e manobra é conhecida como tempo de máquina e representa o tempo gasto pela peça nas operações da máquina e usinagem. É também chamado de tempo de usinagem.