Arranjo Físico e Balancemaneto de Linha

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Gestão de Operações
Arranjo Físico (Lay-out) – Balanceamento de linha
Responsável pelo conteúdo: Prof. Ms. Luiz Carlos Rodrigues Morenghi
O que é Arranjo Físico?
Arranjo Físico ou layout é a forma são dispostos fisicamente os recursos que ocupam espaço dentro da instalação de uma operação. Esses recursos podem incluir uma mesa de trabalho, uma máquina, um centro de trabalho, um computador, uma pessoa, um departamento, etc.
Projetar o arranjo físico de determinada instalação implica tomar decisões sobre como facilitar e suavizar o movimento do trabalho por meio do sistema seja esse movimento de pessoas, de materiais ou de equipamentos.
Os arranjos físicos são encontrados em todas as áreas de uma organização. Bons layouts podem melhorar a coordenação entre departamentos e áreas funcionais. 
Podemos citar algumas razões prática pelas quais as decisões do arranjo físico são importantes na maioria dos tipos de produção:
· O arranjo físico afeta, ou mesmo determina, a capacidade e a produtividade de uma instalação, uma mudança adequada no arranjo físico pode aumentar a produção que se processa dentro da instalação, usando os mesmos recursos que antes, somente em função da racionalização no fluxo de pessoas e/ou materiais. Por isso, frequentemente, o arranjo físico é uma atividade difícil e de longa duração em função das dimensões físicas e dos recursos de transformação movidos.
· Se, posteriormente, for constatado erro no projeto do arranjo físico a reformulação do mesmo pode interromper o funcionamento de toda a operação produtiva, levando à insatisfação do cliente e ocasionando elevação dos custos de produção.
O estudo de layout só pode ser eficaz se considerar o que as pessoas executam, em função do espaço físico existente na área onde estão ou serão alocadas. Deve ser considerado que as pessoas, equipamentos e a própria área custam e custam muito; portanto, para fazer um bom estudo de layout deve se ter como objetivos:
· Proporcionar um fluxo de comunicação eficaz;
· Minimizar os custos de manuseio e movimentação interna de materiais;
· Utilizar a área disponível da empresa de forma eficiente;
· Reduzir tempos de ciclo dentro da operação, garantindo fluxos mais linearizados e adequados ao processo produtivo;
· Criar meios para facilitar a coordenação;
· Reduzir ao menor nível possível a fadiga do empregado em seu trabalho;
· Facilitar a entrada, saída e movimentação dos fluxos de pessoas e materiais;
· Facilitar acessibilidade para garantir a manutenção dos recursos;
· Proporcionar um ambiente favorável aos funcionários, clientes e visitantes;
· Prever flexibilidade para expansão ou modificação do layout desenvolvido; e
· Proporcionar aumento de produtividade.
Definição do Arranjo Físico
A definição do arranjo físico da instalação produtiva é uma parte importante da estratégia de operação. Um projeto bem elaborado será capaz de refletir e alavancar desempenhos competitivos desejáveis. Antes da tomada de decisão com relação à definição da disposição física de recursos, o gestor deve abordar quatro questões:
1. Quais estações de trabalho o arranjo físico deve incluir? As estações de trabalho devem refletir decisões do processo e maximizar a produtividade.
2. De quanto espaço e capacidade cada estação de trabalho precisa? Espaço inadequado pode reduzir a produtividade e, até mesmo, provocar riscos à segurança dos colaboradores.
3. Como configurar o espaço de cada estação de trabalho? A dimensão do espaço, sua forma e os componentes de uma estação estão intimamente relacionados. 
4. Onde cada estação de trabalho deve estar localizada? A localização da estação pode afetar substancialmente a produtividade da mesma.
A definição do arranjo físico deve contemplar a escolha do tipo de processo (vistos na unidade III – Projeto de Processos). De forma geral, o tipo do processo será definido pela característica de volume-variedade do output. Depois da escolha do tipo de processo, define-se o tipo básico de arranjo físico (figura 1).
Figura 1 – Seleção do Tipo de Arranjo Físico
Fonte – Slack (1999, p. 162).
Há inúmeras formas diferentes de se arranjarem os recursos produtivos, apesar disso, na prática os arranjos físicos derivam de quatro tipos básicos de layout que são: Arranjo Físico Posicional (ou Fixo); Arranjo Físico por Processo (ou Funcional); Arranjo Físico Celular e Arranjo Físico em Linha (ou de Produto).
Tipos de Arranjo Físico
Arranjo Físico Posicional (ou Fixo)
O Arranjo Físico Posicional caracteriza-se por manter estacionários o produto, ou o que recebe o processamento de transformação, em virtude da impossibilidade, inviabilidade ou inconveniência de fazê-lo mover entre as etapas do processo, ou seja, são os recursos que se movem até aquilo que está sendo processado. É de certa forma uma contradição em termos, pois não se pode propriamente dizer que existe um fluxo do produto ou do que está sendo processado. 
Em geral esse tipo de layout é selecionado quando o processo de manufatura utilizado é do tipo por Projeto, ou seja, possibilita grande customização com pequeno volume de output (figura 2).
Figura 2 – Arranjo Físico Posicional ou Fixo
Fonte – Marins e Laugeni (2005, p. 140).
São exemplos de Arranjo Físico Posicional:
· Construção de uma ferrovia;
· Cirurgia de coração aberto;
· Restaurante de alta classe (a La carte);
· Parque de obras na construção civil;
· Estaleiro;
· Manutenção de máquinas de grande porte
Arranjo Físico por Processo (ou Funcional)
 É o tipo de arranjo de maior utilização, é característico de muitas indústrias e praticamente da maioria das operações de serviço.
A lógica desse tipo de layout é a de agrupar recursos com função ou processo similar. Em geral é utilizado quando os fluxos que passam pelos setores são muito variados e ocorrem intermitentemente. Diferentes produtos ou clientes têm diferentes necessidades e, assim, percorrem diferentes roteiros através da operação produtiva. Os materiais ou pessoas movem-se de um setor para outro de acordo suas necessidades. 
Por exemplo, num hospital cada especialidade médica possui um setor específico: pediatria é um departamento, cardiologia é outro, etc; num hipermercado temos os produtos separados por funções, em cada gôndola temos diferentes produtos: produtos de limpeza, produtos hortifrutigranjeiros, bebidas, alimentos, etc; numa fábrica temos os departamentos de corte e preparação de materiais, usinagem de materiais, pintura, embalagem, etc.
São exemplos de Arranjo Físico por Processos (figura 3):
· Agências bancárias;
· Bibliotecas;
· Lojas de departamento;
· Concessionárias de veículos;
· Restaurante tipo buffet;
· Fábricas de autopeças.
Figura 3 – Arranjo Físico por Processos ou Funcional
Fonte – Corrêa e Corrêa (2008, p. 278).
Arranjo Físico Celular
O arranjo físico celular procura aumentar a eficiência do arranjo funcional, pré-selecionando determinados recursos transformadores para que os recursos transformados se movimentem através deles para receberem todas as operações necessárias. Também conhecido como “fábrica-dentro-da- fábrica”, ou “loja-dentro-da-loja”. 
A principal característica desse tipo de arranjo é a relativa flexibilidade quanto ao tamanho dos lotes por produto, permitindo elevado nível de qualidade e produtividade.
Em geral nesse tipo de layout, os recursos são dispostos nas formas de U ou C. O produto ou cliente ao saírem de uma célula já estão totalmente processados.
Um arranjo físico celular é planejado em fases:
· Identificação de famílias de itens, que tenham volume suficiente e necessidades similares de processamento;
· Agrupar os recursos que são necessários aos processamentos das famílias de itens, definindo, assim, uma célula.
· Arranjar os recursos de forma que as famílias de itens tenham um fluxo ordeiro, simples e ágil dentro da célula.
· Localizar máquinas grandes ou que não possam ser divididas para fazerem parte de células específicas para próximo das células.
São exemplos de Arranjo Físico Celular (figuras 4 e 5):
· Um quiosque de pastéis dentro de um supermercado;
· Um caixaeletrônico de agência bancária;
· Um restaurante fast-food;
· Vários setores das montadoras automobilísticas que produzem para a linha de montagem;
· Um balcão de venda de celulares dentro de uma loja de departamentos;
· Pronto Socorro, dentro de um hospital.
Figura 4 – Arranjo Físico Celular
Fonte – Martins e Laugeni (2005, p.139).
Figura 5 – Arranjo Físico Celular – “Loja-dentro-da-loja”
Fonte – Slack (1999, p.166). 
Arranjo Físico por Produto (ou Linha)
O arranjo físico por produto ou linha tem esse nome porque a lógica usada para arranjar a posição relativa dos recursos é a sequência de etapas do processo de agregação de valor. O material percorre um caminho previamente determinado no processo. 
É indicado para a produção com pouca ou nenhuma diversificação, em grande e constante quantidade ao longo do tempo. Requer um alto investimento em máquinas e equipamentos e pode gerar monotonia para os seus operadores.
É o layout das linhas de produção (figuras 6 e 7). Uma linha produz uma única plataforma de produtos, por exemplo, a linha de produção da plataforma Gamma da GM pode produzir até 8 tipos de veículos, como por exemplo: Onix hatch, sedã, SUV, etc., pois esses modelos possuem a mesma plataforma, porém não se pode fabricar, nessa linha, um veículo de outra plataforma (Cruze, Equinox, etc.)
São exemplos do Arranjo Físico por Produto (ou de Linha):
· Montadoras de veículos;
· Fabricantes de produtos de linha branca;
· Fabricantes de eletroeletrônicos;
· Restaurante tipo bandejão;
· Programas de vacinação em massa.
Figura 6 – Arranjo Físico por Produto ou Linha – Fabricação de papel
Fonte – Slack (1999, p. 167).
Figura 7 – Sequenciamento das estações de trabalho num Arranjo de Linha
Fonte – Martins e Laugeni (2005, p. 139).
Balanceamento de linhas
Linha de montagem (ou de fabricação) é uma série de trabalhos comandados pelo operador, que devem ser executados em sequência e que são divididos em postos de trabalho, onde trabalham um ou mais operadores com ou sem auxílio de máquinas. Balancear uma linha é otimizar o tempo dos operadores e dos equipamentos e máquinas envolvidos. 
Para balancear uma linha, é preciso a determinação do tempo de ciclo (frequência com que uma peça saí da montagem, ou seja, o intervalo entre duas peças consecutivas). Assim, o tempo de ciclo pode ser calculado dividindo-se o tempo total de produção pela quantidade de peças montadas (fabricadas) nesse tempo.
Uma vez tendo sido determinado o tempo de ciclo é possível se calcular o número teórico mínimo de operadores:
O tempo total de produção de uma peça é obtido somando-se os tempos gastos em todas as estações de trabalho.
Para a determinação do número real de operadores, distribui-se o menor número possível de operadores em cada posto de trabalho, observando se o tempo de trabalho dos operadores é no máximo igual ao tempo de ciclo. A eficiência do balanceamento será dada pela expressão:
Exercício resolvido 1:
Uma empresa deve produzir 2.000 peças em 8 horas de trabalho. Qual o tempo de ciclo dessa peça? Se o tempo de fabricação de cada peça é de 8 minutos, qual o número teórico de operadores que a empresa necessita? 
Solução:
Portanto, tempo de ciclo = 8 x 60 / 2.000 = 0,24 minuto/peça.
Como o tempo de fabricação de cada peça é de 8 minutos, tem-se:
Número teórico de operadores = 8 / 0,24 = 33,33 operadores.
Exercício resolvido 2:
Uma empresa possui uma linha de montagem como da figura 8. Se a empresa deseja produzir 10 peças por hora e cada operador trabalha 50 minutos por hora. Determine o tempo de ciclo; o número teórico e o número real de operadores; a divisão de trabalho entre os operadores e a eficiência do balanceamento.
 (
D – 2,0
)
 (
G – 3,0
) (
B – 1,0
)
 (
E – 2,5
)
 (
I – 1,0
) (
A – 2,0
)
 (
H – 2,5
) (
F – 4,0
) (
C – 3,0
)
Figura 8
Solução:
Tempo de ciclo = 50 / 10 = 5 minutos por peça.
O tempo total de produção de uma peça é obtido somando-se os tempos gastos em todas as estações de trabalho, portanto o tempo total para uma peça é de 21 minutos.
Portanto, o número teórico de operadores é igual a:
N° teórico de operadores = 21 / 5 = 4,2 
A divisão do trabalho deve ser realizada considerando-se, que cada operador pode realizar mais de uma função, desde que a soma dos tempos dessas funções não ultrapasse o tempo de ciclo (5 minutos), portanto uma possível distribuição é:
	Operador
	1
	2
	3
	4
	5
	Tempo de ciclo
	Estação
	A+H
	B+G
	D+E
	C+I
	F
	5,0
	Tempo
	4,5
	4,0
	4,5
	4,0
	4,0
	
	Eficiência
	90%
	80%
	90%
	80%
	80%
	
Tabela 1
Assim, tem-se um número real de 5 operadores e a eficiência do balanceamento é de:
Eficiência = 4,2 / 5 = 0,84, ou seja, 84%.
O que é gargalo?
Um conceito muito útil no dimensionamento e balanceamento de produção é o gargalo.
Gargalo é o posto de trabalho de menor capacidade da linha ou do setor produtivo.
O gargalo limita toda a capacidade produtiva da linha de montagem, pois a linha, independente da capacidade produtiva dos outros setores, não pode produzir mais do que o posto gargalo.
Por exemplo, seja a linha de montagem apresentada na figura 9:
 (
Produto Acabado
) (
Posto A
300 pç/h
) (
Posto A
330 pç/h
) (
Posto B
280 pç/h
) (
Posto A
300 pç/h
) (
MP
)
 	
Figura 9
A linha consegue produzir no máximo 280 peças por hora, pois é a quantidade máxima que pode ser processada pelo Posto B. Essa é a capacidade teórica de produção da linha. Para se obter a eficiência da linha, basta dividir a capacidade real conseguida pela linha, pela capacidade teórica da mesma.
Exercício resolvido 3:
Uma fábrica tem seus equipamentos dispostos segundo o critério de arranjo físico funcional conforme figura 10, para fabricação de componentes metálicos da linha autopeças. As capacidades de produção são apresentadas pela tabela 2: 
	Máquina
	Capacidade por máquina
	Torno
	250 peças / hora
	Fresa
	350 peças / hora
	Esmeril
	620 peças / hora
Tabela 2
Figura 10
Pergunta-se:
a) Qual o gargalo do sistema?
b) Qual a capacidade de produção mensal, se a empresa trabalha 480 horas por mês?
c) Qual a eficiência do sistema, se no último mês a produção real foi de 256.000 peças?
Solução:
a) O gargalo é o posto de trabalho de menor capacidade produtiva, assim tem-se:
Torno: 3 máquinas x 250 pç/h = 750 pç/h;
Fresa: 2 máquinas x 350 pç/h = 700 pç/h e 
Esmeril: 1 máquina x 620 pç/h = 620 pç/h.
Portanto, o gargalo está no posto de trabalho esmeril, que produz no máximo 620 peças por hora.
b) A capacidade de produção mensal será a capacidade produtiva do gargalo multiplicada pelo total de horas trabalhadas no mês, portanto:
Capacidade teórica de produção = 620 x 480 = 297.600 peças por mês.
c) A eficiência é obtida dividindo-se a produção real pela capacidade teórica, ou seja:
Eficiência = 256.000 / 297.600 = 0,8602, portanto, 86,02%.
Exercício Resolvido 4:
Uma fábrica produz 3.300.000 aparelhos de ar condicionado por ano. Sabendo-se que: a empresa trabalha em 2 turnos de 8 horas; a eficiência média de cada funcionário é de 85% e que a empresa trabalha 250 dias por ano. Se, em média, cada funcionário, teoricamente, produz 2 aparelhos por hora, quantos funcionários são necessários por turno?
Solução:
Se a empresa trabalha 250 dias por ano e produz 3.300.000 nesse período, a empresa produz:
Quantidade produzida por dia = 3.300.000 / 250 = 13.200 aparelhos por dia.
Como a empresa trabalha em 2 turnos de 8 horas, ela produz:
Quantidade produzida por turno = 13.200 / 2 = 6.600 aparelhos por turno;
Cada funcionário produz teoricamente 2 aparelhos por hora, mas como tem uma eficiência média de 85%, na realidade cada funcionário produz:
Quantidade real produzida por funcionário por hora = 2 x 0,85 = 1,7 aparelhos e, portanto, a quantidade produzida por cada funcionário por turno será de: 1,7 aparelhos x 8 horas = 13,6 aparelhos por turno.
Portanto, são necessários:
Número de funcionários por turno = 6.600 / 13,6 = 485,29, ou seja, 486 funcionários por turno. 
Exercícios resolvidos
1. Uma empresa está analisando uma família de produtos que utilizam a mesma matéria prima e que são processados em4 centros produtivos dispostos em linha (A,B,C e D). Não há perdas de material dentro do processo e cada centro pode processar as quantidades de material dadas na tabela a seguir:
Material que pode ser processado em cada centro produtivo
	A
	2000 Toneladas por mês
	B
	1800 Toneladas por mês
	C
	2200 Toneladas por mês
	D
	1900 Toneladas por mês
a) Qual a capacidade do sistema?
b) Quem é o gargalo do sistema?
c) No último mês a linha produziu 1500 toneladas de material. Calcular a eficiência do sistema.
Solução
a) A máxima produção é de 1800 toneladas por mês.
b) O gargalo do sistema é o centro B, pois é esse centro que restringe a quantidade a produzir.
c) Eficiência do Sistema = quantidade real produzida / capacidade do sistema. Portanto: E= 1500/1800 = 83,3%
2. Uma peça deve passar por três máquinas (M1, M2 e M3) e tem um tempo de operação em cada uma de 0,3 min em M1, 0,5 min em M2 e 0,4 min em M3. Supõe-se que as máquinas são dispostas em linha e que há um operador para as 3 máquinas.
a) Quantas peças podem ser produzidas por hora?
b) Se a empresa consegue produzir 45 peças por hora, qual é a eficiência do sistema?
Solução
a) O tempo total por peça é 1,2 minuto (0,3 + 0,5 + 0,4), e podem ser produzidas 60/1, 2 = 50 peças por hora.
b) E = 45/50 = 90%
3. Um produto X é montado a partir de uma peça A produzida na linha 1 por 3 máquinas e de uma peça B produzida por um centro T. As peças A e B são levadas até a montagem M, onde é montado o produto X. Com os dados da figura a seguir.
PROCESSO DE PRODUÇÃO DO PRODUTO X
 
a) Qual a capacidade de produção de X?
b) Qual é o processo gargalo? A linha 1, o centro T ou a montagem M?
c) Se a empresa produz 750 produtos X por mês, qual é a eficiência do sistema? Supor que o mês tem 200 horas úteis.
Solução
a) A linha 1 e o centro T desenvolvem suas operações em paralelo e portanto a cada 5 minutos temos uma peça A e, a cada 4 minutos, uma peça B. A montagem leva 7 minutos, o que fornece um tempo total para a produção de uma peça X de 7+5= 12 minutos. A capacidade de produção é de 60/12 = 5 produtos X por hora.
b) O processo gargalo é a montagem M, que apresenta o maior tempo por peça.
c) Em um mês poderiam ser produzidos 5 X 200 = 1000 produtos X, e a eficiência do sistema é E =750/1000= 75%.
Referências Bibliográficas
CORRÊA, H. L.; CORRÊA, C. A.; (2008). Administração de Produção e Operações. 1ª. Ed. São Paulo: Atlas. 
KRAJEWSKI, L.; RITZMAN, L.; MALHOTRA, M.; (2008). Administração de Produção e Operações. 8ª. Ed. São Paulo: Pearson.
MARTINS, P. G.; LAUGENI, F. P.; (2005). Administração da Produção. 2ª. Ed. São Paulo: Saraiva.
MOREIRA, D. A. (2008). Administração da Produção e Operações. 2ª. Ed. São Paulo: Cencage Learning. 
SLACK, N.; et al. (1999). Administração da Produção. 1ª. Ed. São Paulo: Atlas. 
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Torno
Torno
Torno
Fresa
Fresa
Esmeril
materia
prima 
peças
sistema de produção 
Torno
Torno
Torno
Fresa
Fresa
Esmeril
materia
prima 
peças
sistema de produção 
M1 - 1,1
M2 - 2,5
M3 - 1,4
T - 4,0 
M - 7,0 
LINHA 1: PEÇA A
CENTRO T: PEÇA B
M1 - 1,1M2 - 2,5M3 - 1,4
T - 4,0 M - 7,0 
LINHA 1: PEÇA A
CENTRO T: PEÇA B