Os Desafios do Sequenciamento da Produção

A programação da produção é uma tarefa árdua no dia a dia da equipe de PCP. A alta customização de pedidos, prazos curtos e ambiente dinâmico geram uma alta complexidade para fazer este trabalho manualmente. Mas e se mesmo com estes desafios, quiséssemos tentar encontrar o melhor cenário possível na programação de um dia de produção, quão difícil realmente seria, e quanto tempo demoraríamos?

77.147.816.596,16. Esta é a quantidade em anos para obter o resultado ótimo global de um sequenciamento de 20 operações em um cenário produtivo. Vamos arredondar, por que não? Cerca de 77 bilhões de anos considerando um computador que construa em média um cenário por segundo. Ainda assim, 20 operações não é muito realista nos dias de hoje, correto?

Somadas ao alto volume de operações diárias a serem programadas, temos ainda outras restrições: ferramentas, mão de obra, calendários de produção, dentre outros fatores. Mesmo com estes desafios, ainda é possível, com experiência e conhecimento da empresa, efetuar a programação do chão de fábrica e obter um resultado factível. Mas e quando a máquina quebra, ou entram pedidos com urgência ou ainda um cliente liga e pede adiantamento? Como refazer o cenário com dinamismo e poder analisar quais outros pedidos foram impactados? E quanto tempo é investido efetuando este sequenciamento?

As ferramentas APS surgem para suprir estas lacunas, agregando dinamismo na reprogramação e respeitando as restrições de cada empresa. Trabalhando com regras de sequenciamento, o Preactor é capaz de retornar um cenário de programação viável em poucos minutos. Parte do portfólio de soluções para manufatura da Siemens, ele possui regras de sequenciamento nativas, mas também permite que sejam desenvolvidas regras customizadas que levem em consideração as particularidades e desafios específicos de cada processo (o software possui uma API com centenas de métodos disponíveis). Toda essa matemática é sustentada por uma interface amigável e de fácil configuração. Telas de cadastros importados dos sistemas ERP, assim como regras de negócio personalizadas, permitem a visualização e edição de dados importantes para o sequenciamento. Somado a estas funcionalidades, um quadro de programação interativo (o famoso gráfico de Gantt) com os recursos da organização e uma linha do tempo permitindo visualizar horários de início e fim das operações, seus atributos, ferramentas e demais informações.

Mas vamos voltar aos cálculos para podermos mensurar um pouco mais o quão importante é ter uma ferramenta para auxiliar nesta empreitada.

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Para sabermos o tempo para achar um resultado ótimo de uma forma simplificada, basta pegar a quantidade de operações e calcular o seu valor fatorial. No primeiro exemplo, considerando 1 segundo para cada iteração, pegamos o fatorial de 20 e dividimos por 60 para obter o valor em minutos, 60 mais uma vez para obter em horas, 24 para obter em dias e 365 para obter em anos: 20! / (60x60x24x365).

E quanto tempo demoraria para sequenciar um cenário real de produção? Vamos considerar um volume médio de operações, mil. 1000! / (60x60x24x365). São 1,27×10^2560 anos calculando! Isso representa um número com 2560 zeros. Para fins de comparação, a escala de bilhão tem somente 9 zeros.

Todos estes cálculos podem melhorar bastante no futuro. Estima-se que um computador quântico será 100 milhões de vezes mais rápido que os computadores atuais. Muito mais rápido! Mas nem um computador quântico é capaz de processar 1000 operações. São 1,27×10^2552 anos. Todo esse poder computacional nos reduz “apenas” 8 zeros na escala de anos. Extrapolando em um cenário de 3248 operações (o último número que um computador comum é capaz de retornar o valor fatorial) são 6,25×10^9981 anos…com o computador quântico.

METODOLOGIA

Com o objetivo de evitar estes anos de sequenciamento e ter um resultado viável em poucos minutos, A NEO criou uma regra de sequenciamento para tratar sequenciamentos genéricos. Com ela, fizemos alguns testes para poder quantificar quão eficiente poderia ser comparativamente as regras do Preactor e a uma enumeração total da solução. Para isso, rodamos um algoritmo para obter o resultado ótimo em 9 operações. Se você já está usando a regrinha de cálculo fatorial que falamos acima, poderá perceber que este cenário demora entre 4 e 5 dias para terminar. Aqui estão os resultados obtidos em cenários separados:

tabela1

A coluna “Melhor Indicador Individual” mostra, considerando todos os cenários da enumeração total, qual foi o melhor naquele indicador específico (ótimo local), mesmo que os outros indicadores fossem muito ruins, então, MakeSpan de 5,42 foi em uma iteração da regra, Tempo de Setup em uma outra iteração da regra e assim por diante.

“Enumeração Total” indica o cenário com ótimo global, tendo o melhor balanceamento dos indicadores. As demais colunas indicam os valores dos indicadores em cada regra de sequenciamento utilizadas no teste. Em resumo, ser ótimo em um indicador não representa que será nos outros, o que buscamos é um equilíbrio e um melhor resultado final possível.

RESULTADOS

Para avaliar comparativamente as regras detalhadas acima, colocamos um peso de importância em cada indicador. Consideramos que setup é o mais importante por possibilitar mais tempo produtivo, seguido por makespan para ter um horizonte de produção mais enxuto, seguido por quantidade de ordens atrasadas e horas totais atrasadas. Com estes critérios colocamos os seguintes pesos em cada indicador: Setup: 40%; Makespan: 30%; Soma de horas atrasadas: 15%; Total de Ordens Atrasadas: 15%.

Para realizar os cálculos, primeiramente pegamos o melhor valor possível de cada indicador, baseado nos resultados da enumeração total, e demos a nota 10 (Coluna “Melhor Indicador Individual”). Posteriormente, seguindo a mesma lógica, pegamos o pior resultado possível e demos a nota 0. Desta forma, todos os valores possíveis de sequenciamento, de cada indicador ficam compreendidos entre 0 e 10.

Com estes cálculos foi possível definir, baseado nestes pesos, qual foi o melhor cenário dentre todos os possíveis, encontrado pela enumeração total das soluções.

Abaixo podemos ver os resultados do cenário ótimo baseado nos pesos acima, do sequenciamento de 2 regras nativas do Preactor e da regra personalizada pela NEO:

Tabela2

Os resultados gerados são muito perto da solução ótima em alguns casos e somente com uma fração do tempo necessário para executar todos os cálculos. A regra desenvolvida pela NEO é genérica e focada em reduzir setups, e se estudadas as complexidades e regras de negócio necessárias, pode-se ainda melhorar bastante o seu resultado final. Mas quão bom realmente é um cenário ótimo?

Se pararmos para analisar o sequenciamento detalhado, nem sempre uma solução ótima em indicadores representa o melhor conjunto de operações para o chão de fábrica, afinal não temos robôs executando tudo à risca como queremos. Muitas operações são manuais ou possuem perdas naturais do processo que fazem com que a execução da produção nunca seja exatamente igual ao plano previsto, assim como novas demandas podem surgir, exigindo reprogramações. Os critérios a se analisar em um sequenciamento são complexos e interdependentes: muitas vezes escolhe-se ter maiores setups, um tempo um pouco maior de produção para poder ter maior continuidade de um produto na linha, ou até mesmo para entregar um pedido no prazo. O que levanta ainda mais a necessidade de um trabalho especializado para desenhar uma regra que atenda todas as necessidades do processo.

Então, vamos fazer um test drive? Clique aqui para conhecer mais sobre o Preactor e a NEO!

 

Victor Todeschini
Engenheiro de Produção, sócio da NEO e mestrando pela UFRGS. Possui 6 anos de experiência em consultoria direcionado a gestão da produção e implantação de sistemas APS. Busca conciliar conceitos da academia com a prática do PCP moderno, mantendo-se atualizado pelas tecnologias emergentes. Foca em trazer para o cliente novas metodologias para otimizar seus processos. Apaixonado e sempre atualizado em seriados. Não abandona as origens do Heavy Metal e do café para motivar o dia-a-dia de trabalho.
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