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PUC-RIO

Enviado por João Guilherme em 07/06/2012

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arranjo fisico industrial (eng 1508)/Softwares/AULA 06 - SOFTWARE Facility Layout Add-in - CRAFT.zip
layout.xla
Sheet1

MANUAL_Facility_Layout_Add-in_CRAFT.pdf
Operations Research Models and Methods
University of Texas
http://www.me.utexas.edu/~jensen/ORMM/frontpage/jensen.lib/index.html

Facility Layout Add-in

This add-in accepts as data: a list of departments, the physical sizes of
departments, part flows between departments, material handling costs between
departments and the size of a proposed facility. The program tries to find the
layout of the departments within the facility that minimizes the total cost of
material handling. Two different algorithms are provided, the traditional
CRAFT layout procedure and a procedure that finds the optimum sequence of
departments in sequential layout. Both are heuristic procedures that do not
necessarily find the optimum. A graphical presentation of the layout, as shown
above, allows the designer to experiment with alternatives.
Two pages have been added to the earlier versions of this description. The first
describes how to model a layout problem with a Quadratic Assignment model.
The second allies more powerful combinatorial search techniques to the
optimization of a sequential layout.
This section describes the Facility Layout add-in that implements the CRAFT
and sequential methods of solution. A companion section in the Design
section describes the Facility Layout problem in more detail. The ORMM
Computations section uses the Combinatorial add-in to solve the Quadratic
Assignment model for equal department sizes.

- Creating a New Layout
To create a new layout, select the New Layout Option from the Facility Layout menu. The dialog box below is
presented. Provide the Name of the project, the number of departments, number of fixed points and the distance
measure. When the Make Random Problem box is checked, random interdepartmental flows are provided. We will
discuss the purpose of the fixed point parameter on a later page.

Pressing OK results in the Layout Data worksheet shown below. The data for the example is already filled in. The
user should enter the facility length and width measured in the specified distance measure (meters in this case). The
distance measure is converted into cells using the scale factor. The program limits the maximum facility
dimensions to 50 cells wide by 100 cells long. When one of the specified plant dimension exceeds the limit, a scale
factor greater than 1 must be entered to convert the distance measure to a cell measure. A scale factor greater than 1
reduces the size of the facility and results in quicker solution times.
The name defining the problem is reflected in the worksheet names and named ranges on the worksheet so the
name in cell B2 should not be changed. The number of departments is also fixed.

The department data is entered below row 16 of the worksheet. The cells outlined in maroon are controlled by the
user. Column B holds the names of the departments. Column C holds the letters F or V. The letter F (fixed) means
the department is fixed in location or sequence, and the letter V (variable) means the department location or
sequence may be varied in the search for the optimum. Column D holds the department area expressed in square
meters for the example. Column E holds the area expressed in cells. Since the example uses a scale factor of 1, the
two measures are the same.
Departments labeled with an F in column C are fixed in sequence or location depending on the solution method
chosen. For the Sequence solution method, fixed departments retain their index provided in the Initial Sequence.
Their locations may vary for different sequences when the variable departments have different areas. For the
Traditional solution method, fixed departments retain their locations provided in the Initial Layout.
The flow data is placed below the department data. This matrix is commonly called the From-To Matrix. A cell (i,
j) holds the flow from department i to department j. The example flows were randomly generated by the program.

Below the flow data, a matrix is provided to hold the material handling costs between departments. The default
entries are 1 to indicate that all interdepartmental flows have the same cost, but these numbers can be changed to
reflect different handling equipment, lot sizes and other factors.

When the data is ready, the button at the top of the page creates a second worksheet that holds the actual facility
layout. Click the squirrel below or the menu item at the left to move to the description of that worksheet.

-Defining the Facility
The button on the Layout Data worksheet presents the dialog box shown below with which the various solution
options are selected. The distance between two departments is the distance between their respective centroids.
When material movement is parallel to the length and width boundaries of the plant, it is reasonable to use the
rectilinear measure. When the movement is via straight lines between the two centroids, the Euclidean measure is
appropriate.

The facility layout worksheet has various parameters and options listed at the top of the page as illustrated below.
The cells on this worksheet that are colored yellow hold either formulas or data controlled by the program, so they
should not be manually changed. The worksheet name should not be changed.
At the top of the page in column B we see the name, number of departments, length and width of the facility, total
area and the cost for the current layout (shown in the next figure). We hope to find a layout that minimizes the cost
in cell B8. Column E holds parameters that are described subsequently.
Starting in row 11, a row is provided for each department. Column A holds the department name, column B holds
its color, column C holds the area defined on the Layout Data worksheet, column D holds the area defined for the
department on the current layout. Columns E and F hold the computed centroids of the department. For this
example, we are using an Aisle layout. Column G shows the sequence number of the department.

When the Sequential button is selected for the initial solution, a layout is automatically generated with the
departments listed in numerical order in column G. This is the default initial sequence, but the numbers in this
column can be changed to accommodate a user-supplied initial sequence. This is important if some departments are
given a fixed index in the sequence.
The Leave Blank option is available only with traditional craft. Here the layout is left blank initially and the user
must manually define the department locations in the layout. The layout is immediately to the right of this data on
the worksheet.
The initial layout for the example was generated with the default sequence using an Aisle layout and is shown
below.

The layout starts in cell J11. The number of colored cells to the right of J11 is the width of the facility and the
number of colored cells below J11 is its length. The locations of the departments are specified by department
indices or colors. The initial layout can be entered manually or automatically. It is most convenient to use an
automatic Aisle layout. The aisles are indicated by the white lines running through the centers of the departments.
This layout form is often associated with the ALDEP layout construction procedure.
The aisle layout is determined by the department width, which for the example is equal to 5, and the sequence of
departments. For the example
we have chosen the sequence as the department indices. The first department in the
sequence starts in cell J11 and is assigned cells to the right until the department area is completely defined or the
department width is reached. For the example, department 1 requires all five cells. The second department is placed
below the first, using as many rows as necessary to enter the entire area. We continue to add departments until the
entire length of the facility is used. Then the departments are placed at the bottom of aisle 2. In the example,
department 4 uses both aisles 1 and 2. The layout continues up aisle 2 until the top is reached for department 8. The
the layout proceeds down aisle 3 until all departments are placed. For the example, five cells remain unused. The
white lines on the layout show the serpentine nature of this layout procedure.
To illustrate the effect of a different department width definition we show the arrangement with the department
width of 4 below. Because the department areas are not multiples of 4, the layout becomes more irregular. This
affects that accuracy of distance measurements since department centroids are no longer in the center of rectangular
departments. Although not illustrated here, small departments may be placed in disjoint areas by this procedure.

An alternative layout that more nearly maintains rectangular departments is obtained when the Full Width box is
checked. The result for the example is shown below. For this option, departments are increased in area so that they
fill an integral number of rows of the layout. Note that the area of department 1 has increased from 5 to 8. Of
course, when department areas are increased, it may be necessary to increase the size of the facility. This is the case
for the example where it is necessary to increase the length of the facility to 12 so that the larger departments can
be accommodated.

The next step is to search for the optimum layout. We consider first the Optimum Sequence method and then the
Traditional Craft method on the following pages.

-Optimum Sequence
The sequential layout is defined by the department width and the sequence used to layout the departments along the
aisles of the facility. The optimum sequence method of solution starts with an arbitrary initial sequential solution
and tries to improve the layout by switching two departments in the sequence. At each step, the method computes
the cost changes for all possible switches of two departments and chooses the most effective pair. The two
departments are switched in the sequence and the method repeats. The process stops when no switch results in a
reduced cost. To illustrate we start with the departments sequenced in order of department index as below.

Clicking the Solve button presents the dialog below. The top button stops at each iteration to show the new layout.
The second button stops when there is no further improvement.

Starting from the initial sequence, the program finds the best switch and presents its conclusion below.

Clicking Yes causes the change in layout. Notice that departments 9 and 10 are switched in sequence and in
location.

The next best switch is departments 1 and 3. Notice that the change in sequence affects the relative locations of the
departments switched. When the departments are of different size, the locations of all departments between are also
adjusted.

We restarted the process with the initial sequence and chose the Do Not Stop option. The process stopped with no
further improvement after one additional switch of departments 6 and 7. The result is shown below.

To the right of the layout appears a summary of the switches made during the process.

Above the layout there are several additional buttons. The Random Layout button generates a random sequence of
departments and places them on the layout. Since the switch heuristic does not guarantee optimality, it is useful to
start at several different solutions and select the best.

The Evaluate button evaluates the current sequence placed in column G of the worksheet. The user can manually
change the sequence. The Switch button allows the user to force the program to switch two departments. The
Change Facility button allows the user to change features of the facility, such as length, width or department width,
or change the solution options. The Show Flows button draws lines between centroids to show the flows.
For the example we generated a random sequence using the Random Layout button and performed the switch
procedure until no improvement was possible. The resulting layout is shown below with the summary results. Note
that this layout is much different that the one previously discovered. Its cost is slightly larger than before.

We initiated the layout with a department width of 4 with the resultant sequential layout as below.

After a sequence of switches we obtain the final layout shown with its summary below.

Clicking the Show Flows button shows the flow lines between departmental centroids. The thickness of a line
shows the relative magnitude of the flow-cost between two of the departments. Four different thickness are used
with a thin line indicating a relative small flow-cost between two departments and a thick line indicating a large
flow-cost.

The sequential layout can be easily automatically generated. The sequential layout method quickly finds good
layouts for alternative facility designs. The Traditional Craft method is an alternative. It is described on the next
page.
-CRAFT Method
To illustrate the CRAFT method we start with a sequential layout with the departments sequenced in order of
department index as below. The CRAFT method is not limited to this kind of initial solution, but it is convenient
since the process is automatic.

Similar to the sequential method, the CRAFT method also investigates departments for switching. Candidates for
switching are pairs of departments that have the same area or pairs of departments that are adjacent in the layout.
For example, consider the feasible switches that involve department 6 in the layout above. Departments 2 and 8
have the same area, so the pairs (2, 6) and (6, 8) are feasible. Departments that are adjacent to 6 are departments 3,
5, 7, 9 and 10, so the pairs involving these departments and department 6 are feasible.
To evaluate the effect of switching the two departments, the CRAFT method assumes that the centroids of the two
departments are switched and computes the resultant cost savings. When the two departments are the same size,
this evaluation is accurate. When the departments have different sizes, the centroids of the departments do not
exactly switch locations. In this case the evaluation may be not be accurate and a switch that looks promising may
actually increase the cost of the layout. The CRAFT method implemented by this add-in terminates if this occurs.
For the example, the best feasible pair is 9 and 10. Since the two departments are different sizes, there are many
alternatives for arranging the cells of the smaller sized department 9 into the larger area formerly holding
department 10. The program has an algorithm for choosing the arrangement that results in the layout below.
Although one might question the logic of this arrangement, it is difficult to program an algorithm that always
makes the most reasonable assignment. The user can adjust the assignment of cells by changing cell indices, but
this is a manual operation.
The next iteration interchanges departments 2 and 3.

The next iteration interchanges departments 2 and 5. Note that this change causes department 5 to overlap two
widths of the formerly sequential layout. Although we started with a sequential layout, the CRAFT method does
not consider department widths in its algorithms. We have erased the lines representing aisles, because no aisles are
implied by the CRAFT layout.

The program next determines that if the centroids of departments 7 and 8 are switched, the cost of the layout will be
reduced. When the switch is actually made, the cost increases. The add-in recovers the solution before the switch
and terminates. The summary of the CRAFT process is shown below.

We rearranged some of the cells manually to obtain more regular departments. The results have a lower cost than
the final solution obtained by the algorithm. This solution could not have been obtained with the sequential method
because department 5 spans two widths of 5 cells each.

The CRAFT method is not restricted to initial layouts obtained by the sequential method. To illustrate we consider
a layout constructed manually as below. The blank spaces might represent the actual building shape or unusable
portions of the facility. In addition we have specified departments 1, 7 and 10 as fixed. Fixed departments are not
candidates for switching.

The iterations of CRAFT are shown by the following series of layouts.

The method terminates when the switch of departs 6 and 9 is unsuccessful in improving the solution.
The CRAFT method only uses the cells defined by the initial layout. Thus cells can be designated as unused by
simply leaving them blank. The procedure will never use them

-Fixed Points
It is often true that department flow also passes to or from fixed points in the facility. For example, the facility
probably includes one or more loading or shipping docks. Raw materials arrive at some docks while finished goods
leave at others. Workers may travel between departments and fixed points within the facility, such as restrooms or
tool cribs.
We have included five fixed points in the facility considered previously. The data for the fixed points appears to the
right of the interdepartmental flow data. The x-proportion and y-proportion tell where the fixed point is located
relative to the width and length of the facility. When the proportions are (0, 0), the point is at the upper-left corner
of the facility. When the proportions are (1, 1), the point is at the lower-right corner of the facility. Proportions (0.5,
0.5) places the point in the center of the facility area. We have entered data for flows between departments and
fixed points as below.

In diagrams showing the layout, the fixed points are shown as black dots.

The cost of flow to the fixed points is considered during the optimization. The solution for the example is shown
below with the flow-cost lines superimposed.

As many as 50 fixed points may be included in the facility.
-Layout Buttons

When a workbook is opened on a computer different than the one in which it was created, the buttons on the
worksheets are not linked to the Layout Add-in. Selecting the Layout Buttons menu items, recreates the buttons and
links them to the resident add-in.

-Quadratic Assignment
On this page we use a different add-in to solve the layout problem.
Some layout problems can be modeled as quadratic assignment problems. An example is shown in the figure
below. Here we have 10 offices indicated as A though J and they are all the the same size (10x10). There are 10
possible locations for the departments, indexed 1 through 10, with the same dimensions as the offices. The figure
shows the departments assigned in numerical order.

The flow between each office is shown in the from-to matrix below. We only show flow in one direction, but since
the distances between departments are symmetric, it is unnecessary to specify direction.

We assume that the length of individual trips between the departments is measured by the rectilinear distance
measure and that travel is between the centroids of the departments. The distance between the centroids of the 10
locations is computed in the matrix below.

The problem is to assign locations to the offices to minimize the flow-distance measure. To evaluate the natural
assignment shown in the example we multiply each number in the distance matrix by the corresponding number in
the flow matrix and add the numbers. The result for the initial layout is 2100.
The problem described is an example of a quadratic assignment problem (QAP). This problem is addressed by the
Combinatorics add-in. The Optimize add-in is used for the analysis, so it also must be installed. For a discussion of
the use of QAP for layout problems go to the QAP page of the Combinatorics add-in. The assignment determined
by the add-in is shown below. The value of this solution is 950.

The assignment of departments to offices is shown in the figure.

This assignment is not necessarily the optimum. It was found using a combinatorial search process. Ten random
assignments were generated and the assignments were each improved by a 2-change method. The analysis required
9 seconds on the author's computer.
The QAP approach is only valid when all departments have the same size.
-Optimize
For more extensive searches for the optimum of a sequential layout we use the capabilities of the Optimize add-in.
To use the methods described on this page the Optimize add-in must be installed. When the sequential layout
worksheet is created, two additional buttons are placed above the graphical display of the layout. The Optimize
Form button, shown in column O of the figure below, constructs a form used for the combinatorial search process
and creates the necessary links between the form and the layout data. The Optimize button, in column T, calls the
dialog that sets the parameters for a combinatorial search and initiates the search.
We use the example described earlier for illustration. The initial layout below has the departments sequenced in
numerical order.

Clicking the Optimize Form button brings a dialog that controls whether the model includes assignment costs and
restrictions or not. For this example we choose to not include the assignment costs and illustrate the other option
later.

Clicking the OK button creates the form shown below at the right of the layout. The form shows the initial
permutation describing the layout. Rows 3 through 5 hold information used by the search procedure. Cell AL has a
link to Cell B8, where the computed value of the layout is calculated. The range of cells AJ8 through AS8 are
manipulated by the search algorithms. They are linked by Excel formulas to the range G11 through G20, the cells
that define the sequence for the Layout add-in. The cells in row 10 are constructed by the Optimize add-in but are
not used when assignment costs are not considered. The Feasibility conditions defined by cells AN3 and AN4 are
not used for the example.

Clicking the Optimize button presents the Search dialog with various options for searching for the optimum
permutation and the associated layout. For the illustration we have chosen to randomly generate 10 permutations or
layout sequences. Notice that the form does not allow a Greedy solution. We have disabled this button because the
algorithm of the Optimize add-in
used for the greedy solution of permutations does not work for the layout
application.

The Optimize add-in generates 10 random permutations and the Layout add-in evaluates them. The best of the 10
are placed on the combinatorial form. The 10 solutions appear to the right of this display (shown below the form on
this page).

The layout associated with the best of the solutions is shown below. It happens that this solution is not as good as
the initial solution.

We continue in our search for the optimum by starting from the best random result and choosing the improvement
option that tries all 2 and 3-change variations of the layout. The process first tries all 2-change variations and
whenever a change results an improvement, the two permutation positions are switched in value. The process
continues until no 2-change switch results in improvement, then all 3-change switches are evaluated. The program
terminates when a complete run through the changes results in no improvement.

The results are shown below. The layout measure has been improved, but there is no guarantee that the solution is
optimal. Along with the results, the improving solutions encountered during the search are listed starting in column
AU. The best solution is repeated as run 381. The time required for the 381 evaluations was 28 seconds on the
author's computer. Each evaluation requires a call to the subroutine eval_layoutcomb in the Layout add-in. Each
evaluation requires significant computation effort.

The final layout with the interdepartmental flows superimposed is shown below.

We see on the worksheet starting in column A, various quantities used in the evaluation. When the combinatorial
search procedures are in control, the sequence defining the layout in column G is controlled by the the
combinatorial algorithms. For example, cell G11 holds the formula
=$AJ$8
The value in cell AJ8 is the first element of the permutation. The other cells in column G are similarly linked to the
combinatorial variables.

The combinatorial procedures of the Optimize add-in are much more powerful than the random search and 2-way
switches available in the Layout add-in. There are limitations to the Optimize search however. Only the Sequential
layout is defined by a permutation, so the option is not available for the Traditional layout.
The combinatorial form (cells AN3 and AN4) allows feasibility conditions on permutations. These are not used for
the example, but the feasibility conditions might be useful for other layout applications.
Assignment Costs and Restrictions
Clicking the Optimize Form button brings a dialog that controls whether the model includes assignment costs and
restrictions. We consider the same example as above, but decide to include assignment costs. The Random data
button indicates whether the program is to provide random data for the costs. The Cost Density indicates the
proportion of cells that are to contain numeric cost data. The alternative is for a cell to contain the string ***. This
indicates that an assignment is not allowed.

The figure below shows the portion of the worksheet containing the combinatorial form after 10 random solutions
were generated and the best of these improved with 2-change assignment swaps. The assignment cost matrix is
labeled C(i, j). A component in column j and row i indicates the cost of assigning department j to sequence position
i. To illustrate the possibly fixed assignments, disallowed assignments are indicated by *** in the associated cells.
The example illustrates the case where department 1 is fixed as the first department in the sequence and department
10 is fixed as the last. Department 5 is required to have an even numbered position. Disallowed cells reduce the
search effort because solutions that use disallowed cells are not enumerated.
The assignment costs are computed in row 10 and the sum is added to the layout cost in cell AL5. The
combinatorial optimization minimizes this sum.

The form below shows several solutions found during the improvement process. Run 1 in row 17 holds the best
solution obtained in 10 randomly generated solutions. During the improvement process only solutions that result in
an improvement in the incumbent solution are included in the solutions presented. The best solution is solved as the
final run, so two identical solutions appear at the top of the sorted list.

The final layout is shown below.

It must be emphasized that the search processes provided by the Optimize add-in do not guarantee optimality. They
do provide a method to find good solutions to hard problems. Using the random generation plus improvement
options and few hours of computation time, one can probably find good answers to problems of moderate size.
The effort to evaluate an individual layout grows approximately as the square of the number of departments and
linearly with the number of cells in the layout. The effort of generating random solutions is approximately linear
with the number of solutions generated. The effort of one pass through the 2-change improvement process is
approximately quadratic with the number of departments. The number of passes through the process is hard to
estimate, but one would also expect that to grow with the number of departments. The number of solutions
evaluated for exhaustive enumeration grows exponentially with the number of departments.
With these rough estimates, one could try exhaustive enumeration with up to 10 departments. From 10 -30
departments the various heuristics probably would yield results in reasonable time. With more than 30 departments,
quadratic growth begins to become painful. With more than 30 departments, the cost of a commercial solver or
programming a stand alone application in an efficient programming language is probably justified. The Excel
worksheet can probably hold a problem with 100 departments, but computation would be painfully slow.

arranjo fisico industrial (eng 1508)/Softwares/AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan.zip
AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan/blocplan-manms.pdf

MULTISTORY-BLOCPLAN for Windows

Introduction

BLOCPLAN is a facility layout system that has been developed at the Industrial Engineering
Department of the University of Houston for PC personal computer systems.

The existing version called BLOCPLAN-WIN is for single story problems. The version that will be
discussed in this manual handles problems where the departments are assigned to different sites. We
will refer to this version as BLOCPLAN-MS. Much of the data input is the same as it was in
BLOCPLAN-WIN.

This program assigns departments and evaluates layouts where departments are assigned to different
sites in response to user supplied data.

Figure 1. – Credits Screen for BLOCPLAN-MS

BLOCPLAN Main Menu

The menu of choices in the Main Menu is shown in Figure 3. There are six menu options
available to the user. The user clicks on the selection choice to cause execution of the proper option.
The user may return to this Main Menu a number of times when working on a layout. It allows
him/her to introduce a new problem, to modify data on the current problem, to examine single story
layouts, to examine multi-story layouts, to save the data on the current problem, or to exit from
BLOCPLAN. After a selection is made from the Main Menu, the user will be presented with new
menus and information
that pertain to the selection that has been made.

Figure 2. – Introduction Screen

Figure 3. - BLOCPLAN MS Main Menu selections.

New Problem (Main Menu Selection #1)

If the user wants to introduce a new problem to BLOCPLAN he/she uses Main Menu selection
1. The BLOCPLAN system will respond with the message given in Figure 4.

If the user indicates the problem is one that has been stored on the disk, he/she is given a list of the
previously stored problems and the user makes the choice of the problem to be entered.
The system is asking how the new problem is to be entered. The user makes the appropriate
response and the problem data is entered. The steps in data entry are the same as previously
discussed beginning on page 1. If the new problem is from disk, the problem data is entered and
displayed before the Main Menu is again shown.

Figure 4. - Problem Source Screen

The user will click on his/her choice. If an existing problem choice is made, a list of the saved
problems will be shown, and the user will click on the problem name, and the data concerning the
saved problem will then be entered.

Figure 5. – Department and Area Information Screen

For a new problem, the screen shown in Figure 5 will be displayed. The user would then type
in the name of each department (8 characters maximum) in the layout, and the area of each of them.
BLOCPLAN can handle a maximum of 18 departments. When all departments and their areas have
been entered, the user would click on the OK button.

Figure 6 shows this display for an example problem. The total area for all the departments, the
average department area, and the standard deviation of the department areas are calculated by the
system and displayed

The data in Figure 6 was taken from "Facilities Planning" by Tompkins and White, 1984. The
user may change any data in the list of departments by simply changing the data on the screen. the
cursor is placed on the screen in the proper position and the data entered.

Figure 6. – Example Problem Data

6
Relationship Data

BLOCPLAN uses the relationship codes described by Muther in "Systematic Layout Planning",
(Muther 1973, CBI Publishing, Boston, Mass). Figure 7 shows the screen display after the user has
furnished the codes for each of the departmental relationships. This chart is called a Relationship
Chart. The bottom of the screen gives a legend of acceptable codes and their definitions. An “A”
indicates that it is absolutely essential that the two departments having this code be adjacent. An “E”
indicates that it is essential etc. The “X” code indicates that it is undesirable. BLOCPLAN uses
adjacencies for one type of layout analysis.

Figure 7. - Relationship Chart

Figure 8 gives the numeric worth of each of these codes. The user can change any of these
values

Figure 8. – Numeric Values For Relationship Codes

Figure 9 displays the department scores based on the relationship chart and the numeric values for
each of the adjacency codes.

Figure 9. – Department Scores

Edit/Adjust Data Menu (Main Menu Selection #2)

When the user selects Main Menu Option 2, it indicates that he/she wishes to change the data
that pertains to the current problem. An Edit/Adjust Data Menu will then be presented that contains
the options that are available. Figure 10 shows this menu. A user may examine and/or change the
department areas, the relationship information, the length to width ratio of the layout area, and the
material handling information. He/she can also ask for a relationship chart that is based solely on
material handling information, and he/she can restore the original relationship chart when needed. The
current L/W ratio and the dimensions of the layout outline are shown in the lower right hand corner of
the menu. The number of previously saved layouts is also shown for the problem. If the problem has
been loaded from disk, the assigned name of the problem is also shown

Figure 10. - Edit /Adjust Data Menu

Adjust Area/Relationship Data (Edit/Adjust Data Menu Selection #1)

Selection 1 from the Edit/Adjust Data Menu allows the user to change the area and/or the
relationship information currently in effect. After this option is selected, the display of Figure 6
appears, and the user is allowed to change any of the department areas. This is followed by the
screen displays allowing for changes in the relationship data and the score vectors. When all the
required changes are made the display shown in Figures 7, 8, and 9 will be given. When this
sequence is complete, the Edit/Adjust Data Menu is returned to the screen. It should be noted that all
layouts that have been previously saved may now be reviewed under this new set of area and/or
relationship parameters.

Multistory Layout Menu (Main Menu Selection #3)

If the user wants to investigate the multistory mode (Ref 2,4), for the solution to a problem,
he/she should respond with this selection to the Main Menu. The display that will then be given is
shown in Figure 11.

Figure 11 - Multistory Layout Menu (Main Menu Selection #3)

Manual Partition (Multistory Menu Selection #1)

When a user places BLOCPLAN in multistory mode he/she is examining layouts where all of
the departments are not required to be on the same level. When the Manual Partition selection is made
the first prompt will be:

NUMBER OF STORIES (2-6) ?

The user is being asked to indicate the number of levels (stories) that he/she wants to use in the
problem. There is a maximum of six stories that can be used. Using the example problem, if it is
assumed that the number of stories has been given as 2, the screen display of Figure 12 would then
appear.Suppose the user would like to have RECVING(Dept 1), SHIPPING (Dept 7), and
ASSEMBLY (Dept 5), on one floor and the remaining four departments on another. He/she would

10
respond with the department numbers (1,7,5) to the prompt in Figure 30, to indicate those departments
are to be on one level. The legend of the departments is at the bottom of the screen. The department
numbers are entered for each floor/site. Figure 13 shows the screen display when the suggested
assignments for the two stories have been entered.

Figure 12. - Screen display for example problem. The system is asking for the first partition of
departments.

Figure 13. - Screen display showing the assignments for the two stories.

The display of Figure 13 shows the areas of each of the two stories to be 46,000 sq. ft.
for story #1, and 24,000 sq. ft. for story #2. BLOCPLAN calculates an Actual Area
Difference Factor (ADF) for the layout. The total required area for all the departments in the
example is 70,000 sq. ft.. For a two story problem the best possible arrangement of
departments would have the area of each story the same. This would be accomplished with
each story having an area equal to 70,000/2
or 35,000 sq. ft.. The
ADF score that is calculated for a multi-story layout by BLOCPLAN is:

ADF = Max [SMax-SMean)/ SMean ; (SMean-SMin)/SMean]

where:
SMean = Optimum mean area for each story.
SMax = Maximum story area for layout.
SMin = Minimum story area for layout.

For the example of Figure 13 the value of SMax is 46,000, SMin is 24,000, and SMean is 35,000.
Therefore,

ADF = Max [ (46,000-35,000)/35,000 ; (35,000-24,000)/35,000 ]

ADF = Max [ .31, .31 ] = .31

The ADF score is a measure of the maximum deviation from the optimal story size.

Another measure of the effectiveness of a multistory layout is given in Figure 13 and is called the
Partition Score. The Partition Score uses the current Relationship Chart and is a measure of how well
the story assignments satisfy the relationships. It assumes that departments on different stories will not
be adjacent, and also assumes that all departments on a story will be adjacent to each other. In the
example the Partition Score is .29. The adjacencies on Story #1 are (1,2), (1,3), (1,4), (1,5,), (2,3),
(2,4), (2,5), (3,4), (3,5), and (4,5). The adjacency on Story 2 is (6,7). The sum of the adjacencies for
Story #1 is 23.0. For Story #2, the single adjacency score is 5. The total sum for the two stories is
23+5 or 28. The total of all positive relationships in the REL chart 43. Therefore the normalized score
would be 28/43 or .65.

The lower right hand portion of Figure 13, shows the options available to a user when a
multistory layout has been developed. The options are "S" for Save, "E" for Exchange, and the return
key to get back to the Multistory Menu. If the user enters "S", the partition of departments currently on
screen will be saved, and the Multistory menu will again appear on the screen. If the response is "E",
the system will ask for the two departments that are to be exchanged. The user supplies the index
numbers of a pair of departments to be interchanged and BLOCPLAN will give the same display as
shown in Figure 13, only now the places of the two requested departments will switched. All of the
scoring will now reflect the effect of the switch. If the user uses the return key, the Multis tory Menu will
be returned.

Automatic Partition (Multistory Menu Selection #2)

If the user wants BLOCPLAN to decide on the partitions of departments between stories
he/she should use the Automatic Partition selection. The system will then ask for the number of stories
desired and Area Difference Factor as illustrated in Figure 14.

Figure 14. Automatic Partition Parameters

The algorithms that are employed by BLOCPLAN use both the areas of the departments and the
current REL chart to attempt to come up with a "good" partition of the departments for the stories. In
this prompt the user is being asked to assign the maximum ADF score that can be tolerated. In some
cases BLOCPLAN may not be able to get an ADF as small as the one requested. BLOCPLAN will
then make an assignment of departments using its best ADF score and the REL chart to develop a
partition. Figure 15 shows the partition that was obtained for the example problem when two stories
were requested with a desired ADF of .10.

Figure 15. Partition of departments for example problem from Automatic Partition option in Multistory
menu. The requested number of stories was two and the desired ADF was .10.

By changing the desired ADF factor, the user may obtain a partition arrangement to place departments
in different sites with very different areas.
.
It can be seen from Figure 15 that the system placed departments 7,6, and 5 on one story and
departments 4,2,1, and 3 on another. The actual ADF was .09 and the Partition Score was .81. The
user can test the effect of changing the desired ADF on the partitions obtained with the Automatic
Partition option. The user can exchange departments between sites by using the "Exchange" option or
save the partition by using the "Save" option.

If the Exchange button is pressed the screen in Figure 16 appears. In Figure 16, departments 1 and 7
are to be exchanged.

Figure 16. Exchange Departments

The result of the department exchange is illustrated in Figure 17.

Figure 17. Results of Departments Exchange Between Sites

15
If the “Save” button is pressed, the screen illustrated in Figure 18 appears.

Figure 18. Save Message

Note that you must still save the problem from the main menu in order to make a permanent record of
the configuration.

Table of Saved Partitions (Multistory Menu Selection #3)

Multistory Menu Selection 3 prepares a table of all multistory partitions that are currently saved.
Figure 19 shows the format for the resulting display when this option is selected.

Figure 19. Table of saved partitions.

16
From Figure 19 it can be seen there were four saved partitions: Three with two stories and one
with five stories. The desired and the actual ADF scores are shown. For layouts that were created
manually, the desired ADF is not defined and is shown as zero in the display. The user may delete a
saved partition by pressing the delete layout button. The program will then ask for the partition number
to be removed. The user gives the partition number and presses the delete button. The table then
reappears with the partition removed. The user can also return to the multistory menu.

Review Saved Partitions (Multistory Menu Selection #4)

The user can review these partitions by using Multistory Menu Selection 4. When this selection
is made, the program will prompt for a starting point as illustrated in Figure 20.

Figure 20. Starting Point For Reviewing Saved Partitions

The user responds with the partition number for the start. For example, assume a user has saved four
partitions, and he/she only wants to look at all of them. The response would be "1", to indicate that this
is the desired starting point. The system would then place Partition #1 on the screen in the same format
as Figure 15.

17
References:

1. Donaghey, C.E. and Kong, H. “MHAND Users Manual”, University of
Houston, Industrial Engineering Dept., 1999.

2. Donaghey, C.E. and Pire, V.F. “BLOCPLAN-90 Users Manual”,
University of Houston Industrial Engineering Dept., 1990.

3. Muther, R., “Systematic Layout Planning”, Cahners Books, 1973.

4. Pire, Vanina F. “An Automated Multistory Layout System”, M.S. Thesis,
Industrial Engineering Dept., University of Houston Industrial Engineering Dept.,
Houston, Texas, 1989.

5. Tompkins, J. A, White, J.A.., Bozer, Y.A., Frazelle, E.H., Tranchoco, J.M.A.,
Trevino, J., “Facilities Planning”, John Wiley & Sons, 1996.

Relationship Data
AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan/blocplan-manss.pdf

BLOCPLAN for Windows

Introduction

BLOCPLAN is a facility layout system that has been developed at the Industrial Engineering
Department of the University of Houston for PC personal computer systems.

The program generates and evaluates block type layouts in response to user supplied data. It is
used
for single story layouts. BLOCPLAN uses a "banding" procedure to develop layouts. This permits a
large range of possible layouts for a problem. For a nine department problem, the number of possible
layouts is close to 20 million, and for a 15 department layout there are more than 2.6 X 1013
possibilities. Each department will also be rectangular in shape. The structure that holds the
departments will also be rectangular in shape, and the user may select the length/width ratio of the
structure. There are several scoring procedures that may be used to evaluate a layout. The manual
explains how the current version is used. BLOCPLAN-WIN is the name of the current version of
BLOCPLAN.

Figure 1. – Credits Screen for BLOCPLAN for Windows

BLOCPLAN Main Menu

The menu of choices in the Main Menu is shown in Figure 3.

Figure 3. - BLOCPLAN Main Menu selections.

Figure 2. – Introduction Screen

3
There are four menu options available to the user. The user clicks on the selection choice to cause
execution of the proper option. The user may return to this Main Menu a number of times when
working on a layout. It allows him/her to introduce a new problem, to modify data on the current
problem, to examine single story layouts, to save the data on the current problem. The user can also
exit from BLOCPLAN with the quit button. After a selection is made from the Main Menu, the user
will be presented with new menus and information that pertain to the selection that has been made.

New Problem (Main Menu Selection #1)

If the user wants to introduce a new problem to BLOCPLAN he/she uses Main Menu selection
1. The BLOCPLAN system will respond with the message illustrated in Figure 4.

Data Input

The system will first ask if a new problem is to be entered or if an existing problem is to be
entered.

Figure 4. - Problem Source Screen

For a new problem, the screen shown in Figure 5 will be displayed. The user would then type
in the name of each department (8 characters maximum) in the layout, and the area of each of them.

4
BLOCPLAN can handle a maximum of 18 departments. When all departments and their areas have
been entered, the user would click on the OK button.

Figure 5. – Department and Area Information Screen

The data in Figure 6 was taken from "Facilities Planning" by Tompkins and White, 1984. The user
may change any data in the list of departments by simply changing the data on the screen.
the cursor is placed on the screen in the proper position and the data entered.

Figure 6. – Example Problem Data

Relationship Data

BLOCPLAN uses the relationship codes described by Muther in "Systematic Layout Planning",
(Muther 1973, CBI Publishing, Boston, Mass). Figure 7 shows the screen display after the user has
furnished the codes for each of the departmental relationships. This chart is called a Re lationship
Chart. The bottom of the screen gives a legend of acceptable codes and their definitions. An “A”
indicates that it is absolutely essential that the two departments having this code be adjacent. An “E”
indicates that it is essential etc. The “X” code indicates that it is undesirable. BLOCPLAN uses
adjacencies for one type of layout analysis.

Figure 8 gives the numeric worth of each of these codes. The user can change any of these values

Figure 7. - Relationship Chart

Figure 8. – Numeric Values For Relationship Codes

7
The numeric worth of each department is found by summing all of the numeric codes
associated with the department. For example, from Figure 7, the PRESS department has two
“O”s, and four “U”s associated it. The BLOCPAN numeric worth of these associations
would be 2. (2 X 1) + (4 X 0). These scores for all departments in the example are shown in
Figure 9.

Figure 9. - Numeric worth of each department

Length/Width Ratio

The ratio of the length to the width of the facility that will contain the departments can be
selected by the user. Figure 10 shows the display that is presented that permits this selection. There
are five "selections" that are given. Selections 1,2,3, and 4 are standard L/W ratios. Selection 1 is
1.35/1, selection 2 is 2/1, selection 3 is 1/1, and selection 4 is 1/2. The user can choose any of these
by clicking on the desired selection. If the user chooses selection 5, he/she will be asked for the
desired L/W ratio. The user inputs the desired values of the L/W
ratio of the facility that will contain the departments. Once the desired ratio has been selected,
BLOCPLAN will calculate the length and the width of the facility outline so that it will have
the required area to contain the departments.

contain the departments in the problem.

Figure 10. - Screen presented during selection of Length/Width Ratio for layout.

Material Handling Information

BLOCPLAN allows the inclusion of Material Handling information in the layout analysis. This
information is furnished by listing moves per time period between departments into a From/To Matrix.
Figure 11 shows the format for giving material handling information.

Figure 11. - Screen Display for Entering Material Handling Information

The user can change or enter new values into the matrix when it is on the screen

Edit Current Problem Data (Main Menu Selection #2)

When the user selects Main Menu Option 2, it indicates that he/she wishes to change the
data that pertains to the current problem. The Edit/Adjust Data Menu will then be presented that
contains the options that are available. Figure 12 shows this menu. A user may examine and/or
change the department areas, the relationship information, the length to width ratio of the layout area,
and the material handling information. He/she can also ask for a relationship chart that is based solely
on material handling information, and he/she can restore the original relationship chart when needed

Figure 12. - Edit /Adjust Data Menu

Adjust Area/Relationship Data (Edit/Adjust Data Menu Selection #1)

Selection 1 from the Edit/Adjust Data Menu allows the user to change the area and/or the
relationship information currently in effect. After this option is selected, the display previously shown
in Figures 6 appears, and the user is allowed to change any of the department areas. This is followed
by the screen displays previously illustrated in Figures 5, 6, and 7 allowing for changes in the
relationship data and the score vectors. The user is then returned to the Main Menu previously
illustrated in Figure 3. It should be noted that all layouts that have been previously saved may now be
reviewed under this new set of area and/or relationship parameters.

Adjust Length/Width Ratio (Edit/Adjust Data Menu Selection #2)

10
A new L/W ratio may be established by selecting menu selection 2 from the Edit/Adjust Data
Menu. When this choice is made, the display of Figure 9 is brought to the screen, and the user selects
the desired L/W ratio. All layouts currently saved can then be reviewed with the new ratio. After the
new ratio is selected the system will return to the Edit/Adjust Data Menu.

Review Material Handling Information (Edit/Adjust Data Menu Selection #3)

The material handling information can be reviewed and changed, if desired, by using selection 3
from the Edit/Adjust Data Menu. After the selection is entered, the screen display of Figure 11
appears, and the user can inspect and/or modify any of the data. If there is currently no material
handling information in the problem, it can be added with this selection. In this case, the screen display
would have material handling data, and the user would use the "C" option to indicate a change is
required.

Use Material Handling Relationship Chart (Edit/Adjust Data Menu Selection #4)

This selection will cause BLOCPLAN to develop an alternate REL chart that is based entirely
on material handling. The example problem had material handling information that is summarized in
Figure 11. Figure 11 shows the greatest amount of product flow is between departments 2 and 4 (400
unit loads). BLOCPLAN will divide this maximum flow figure by 5.0 to develop product flow values
for REL codes A through U. 400/5 = 80. Thus, any product flow between 321 and 400 will be
assigned an "A" code. A product flow from 241 to 320 will be assigned an "E", from 161 to 240 an "I",
81 to 160 an "O", and zero to 80 a "U" code. When Edit/Adjust Menu selection 4 is made,
BLOCPLAN will make these calculations and assignments depending upon the current material
handling information that has been given. It will then display the resulting REL ch art. Figure 14 shows
the REL chart that resulted for the example problem with the material handling information that is
summarized in Figures 9 and 10. This REL chart is now the one that BLOCPLAN will use for its
scoring calculations. Any layout scores or tables that are developed will use this REL chart. The user
may alter any of the REL codes that are in effect by using menu selection 1 in the Edit/Adjust Data
Menu. (Adjust REL Info). If the material handling information is changed by using selectio n 4 in the
Edit/Adjust Data Menu , the user will have to then call on this selection again (selection 4) to cause the
REL chart to reflect these changes. A message on the screen will indicate if the material handling
information is used to develop layouts.

Figure 14. - Material Handling Relationship Chart

12
Restore Relationship Chart (Edit/Adjust Data Menu Selection #5)

The REL chart that the user entered when creating the problem, along with any modifications
that have been made to it, may be recalled from memory to replace a Material-Handling REL chart, by
using this menu selection. The chart is recalled from disk and displayed on the screen. It will then be the
chart that is used for scoring any layouts. The Relationship Chart that was used will be displayed for
any tables or layouts created. This REL chart is based entirely on the material handling information that
is summarized in Figure 11. The user may make any changes desired.

Return to Main Menu (Edit/Adjust Data Menu Selection #6)

When this selection is made, the user transfers from the Edit/Adjust Data Menu and the Menu
shown in Figure 3 is placed on the screen.

13
Single Story Layout Menu (Main Menu Selection #3)

When the user decides that the layout is to be developed with all departments on the same level
he/she uses selection #3 from the Main Menu. After this selection is made the Single Story Layout
Menu will be displayed. This menu is shown in Figure 15.

Figure 15. - Single Story Layout Menu.

Manually Insert Departments (Single Story Menu Selection #1)

The user can manually position departments in the layout by using this option. When it is
evoked the screen display of Figure 16 appears.

Figure 16. - Screen display for manually locating departments. There are nine zones, and each zone
may be divided into its left and right side. Department legend is on bottom of screen.

BLOCPLAN provides nine zones for locating departments. These zones are designated A through I,
and they are arranged in three tiers of three zones each, as can be seen in Figure 15. Each zone can be
further divided into its left side or its right side. The layout outline for manual insertion is drawn
according to the current L/W ratio. The display in Figure 16 is for a L/W ratio of 1/1. Suppose the
user wants to place Dept.1 (RECVING) in the upper left hand side of the layout, and Dept 7
(SHIPPING) next to it on the right. He/she would click on the RECVING choice in the Department
scroll at the bottom of the screen, Zone A for the zone choice, and specify that it is to be on the left
side of the zone. He would then click on the “Manually Locate Specified Department” option. He/she
would do the same thing for RECVING, placing it in Zone A on the right side. After placing these two
departments he would use the “Return” option. These two departments would be placed in those two
locations for the rest of the analysis.
Figure 17 shows an example layout with these two departments placed in their specified locations. The
L/W ratio for this layout was set at 1/1.

Figure 17. - Screen display after departments 1 and 7 have been manually located.

Adjacency Scoring
The layout display shown in Figure 17 is the format that BLOCPLAN uses to display a single story
layout that it has created. It has a layout score of .44 assigned to it. BLOCPLAN uses an adjacency criterion
to develop this score. The departments that share a boundary in the layout are examined and the numeric value
of each of their relationship codes are added. The total value of all the normalized adjacency score for the layout
of Figure 16 is 19/43 = .44 (rounded to two places). A 1.0 would be the highest possible adjacency score.

Saving Layouts

Figure 17 also shows the options that are available to a user when a layout is created. These
options are: "Save" to Save a layout, "Analysis" to have a layout Analysis performed, "Exchange" to
Exchange departments in the layout, the “Print” option to get a hard copy of the layout being displayed..
BLOCPLAN is capable of saving 20 layouts in the Saved Layout area in memory. When the user uses
the Save option, the layout currently on the screen will be stored. If there are currently 20 layouts
stored when this option is used, the 20'th layout in memory will be replaced with the one currently on
the screen.

Layout Analysis

16
A layout analysis for the layout currently on the screen will be performed when the Analysis
button is pressed. There are several screen displays of information that will be displayed when this
option is used. Figure 18 shows the first display in this
sequence. The centroid of each department,
along with the department's length, width, and its Length/Width ratio in the current layout is given in the
display.

Figure 18. - Department Information for Layout in Figure 17

The next display given in the layout analysis uses the Relationship Chart that was given. The
adjacencies that have been satisfied in the layout are displayed in upper case letters, and the adjacencies
that have not been satisfied are displayed in lower case.

The next screen display of information resulting from the layout analysis is shown in Figure 19. This
screen displays the results of using another criterion to evaluate a layout. The adjacency criterion th at
was discussed previously only involved departments that shared boundaries. The criterion that will now
be used sums the products of the distance between each pair of departments and their corresponding
relationship score. For example, from Figure 18 it can be seen that the centroid of department 1 is
(41.78, 192.76). The centroid for department 4 is (185.20, 83.15.). Therefore, the distance between
these departments, assuming rectilinear travel, is |41.78 – 185.20 | + |192.76 – 83.15 | = 253.03 feet.
The relationship matrix (Figure 3) shows that departments 1 and 4 have an "I" relationship code, which
has been assigned an equivalent score of 2. Therefore, the product of the distance and the relationship
score for these two departments is 253.03 X 2 = 506.06. These values are calculated and summed for
each pair of departments in the layout. This sum is shown in Figure 20 at the bottom of the screen, and

17
is 7984.00. The better layouts should have a lower Rel-Dist score. BLOCPLAN normalizes this
score.

Figure 19. - Adjacencies that have been Satisfied for Layout of Figure 17.

Figure 20. - Screen Display Giving Distances Between Departments for Current Layout

BLOCPLAN will create a vector of these 21 distance values from the lowest to the highest.
This vector D would be:

D = d1 ,d2……, d21

A vector of the 21 values numeric values of the relationship chart for the problem is also developed.
This vector S would also go from the lowest to the highest.

S = s1, s2, ……., s21

A lower bound for the Rel-Dist score for the layout would be:

Lower Bound = d21s1 + d20s2 + .... + d1s21

The highest value in the D vector is multiplied by the lowest value in the S vector, the next highest D
value by the next lowest S value, etc.. An upper bound for Rel-Dist score can be found by:

Upper Bound = d1s1 + d2s2 +... + d21s21

It should be noted that these bounds may not be obtainable for a given layout, and they will vary for
each layout for a given set of departments. The lower and upper bounds for the Rel-Dist score for the
layout is shown on the bottom of the display in Figure 20. The actual distances are used in the D vector
instead of the entries in the distance matrix. The entries in the distance matrix have been divided by 10
and integerized to control the size of the matrix for the display. The normalized score for this criterion is
also shown in Figure 20. It is labeled R-SCORE. It is calculated by:

R-Score = 1 - (Rel-Dist Score - Lower Bound)/(Upper Bound - Lower Bound)

For the example, the value is 1-(7984.00 – 3802.92)/(10773.38 -3802.92) or 0.40. An R-SCORE of
1.0 would be a perfect layout, and a value of zero would be the worst possible.

The last display that results from the Analysis option is shown in Figure 21. This is the product
flow screen. If there has been no product information given for a problem, this display will not be
generated.

Figure 21. - Screen display giving product flow information. This is still another display that results
from a layout analysis. It is suppressed if no product data has been supplied.

The matrix in Figure 21 shows the product of the unit loads and the distance between them for
each pair of departments. The value has been divided by 1000 and rounded to the closest integer to
control the size of the matrix. The divisor in this normalization is problem dependent. At the bottom of
the screen the total unit load-distance value for the problem is shown. In this example the value is
264853.63 unit load feet. The two departments having the greatest contribution to this total are
departments 2 and 4, which have approximately 53,000 unit load feet of product flow between them.
This display will stay on the screen until the user depresses the continue button. The layout that has just
been analyzed with a Layout Analysis will then be returned to the screen, with the display of Figure 17.

20
Exchanging Departments

When a layout is displayed the user the exchange button appears at the bottom of the screen.
This allows the user to switch the locations of any two departments in the layout. When the exchanged
button is pressed, the screen in figure 22 appears. In figure 22, the departments 7 and 1 have been
entered for exchange. The exchange is executed by pressing the Make Change button. The layout is
then updated with the change, and the resulting layout of Figure 23 would be displayed. This process is
repeated for each set of departments to be exchanged. The total number of changes is the combinations
of departments taken two at a time. For example for seven departments the formula for the
combinations is:

= 7! / (5! 2!) =21 combinations

Figure 22. – Exchanging Departments

Figure 23. – Layout when Departments 1 and 7 have been exchanged.

The system will make the necessary adjustments in the positioning of the other departments so that the
exchange can take place. The layout will be scored and the user has the same options available that
were given with a new layout.

Improvement Algorithm (Single Story Menu Selection 3)

The improvement algorithm operates on a layout that has been previously saved. It then
successively interchanges each pair of departments in that layout, and scores each resulting layout. For
example for a seven department problem it will first automatically interchange departments 1 and 2. It
will then interchange departments 1 and 3. The successive interchanges wil l be 1,2 1,3 1,4 ….1,7 2,3
2,4….2,7…6,7 . Table 2 shows the total number of possible interchanges for a seven department
problem to be 21. Each iteration would give a different layout with the two departments switched. The
layout presented in each iteration can be saved and examined, or the process can be terminated with a
“T” option..

TABLE 2
Number of Iterations for Exchange/Improvement Algorithm

Departments Iterations
2 1
3 3
4 6
5 10
6 15
7 21
8
28
9 36
10 45
11 55
12 66
13 78
14 84
15 105
16 120
17 136
18 153

Automatic Search (Single Story Menu Selection #4)

The Automatic Search option that is available in BLOCPLAN-WIN (Single Story Menu
Selection 4) greatly simplifies this task. The procedures that an experienced BLOCPLAN user used in
obtaining a "good" layout were studied and these procedures have been incorporated into
BLOCPLAN-WIN. When this option is selected, the first prompt that the system will give asks
for the number of layouts desired. The user responds with a number between 1 and 20. The
layouts that result from the automatic search procedure will be stored in memory in the common
Saved Layout Area. The next screen display will afford the user with the opportunity to manually
locate some departments before the automatic search begins. The display will be the same as in
Figure 16, and the user either manually locates some department(s), or indicates that no
departments are to be fixed. The system starts with an initial random "seed" layout, and operates
on this layout until it is not able to improve it. This final layout is saved. Another seed layout is
created and the process is continued until the number of desired layouts have been created. A
table showing the information on the saved layouts is then displayed. The display of Figure 24
shows this table for an example problem. Five layouts have been saved, and the Adjacency
Score, the Normalized and Un-Normalized Rel-Dist Score, and the total Product Movement are
shown for each of them. The rankings of each of these scores are also shown. Layout #2 has
the highest adjacency score of .98, and Layout #4 has the best Rel-Dist score of .87 and the
lowest Product Movement of 234534 load feet.

Figure 24. - Resulting table of layouts after the Automatic Search Procedure was used. Five layouts
were requested.

Review Saved Layouts (Single Story Menu Selection #5)

Layouts that have previously been saved can be reviewed by using menu selection 5. When this
selection is made the screen will be cleared and the message:

STARTING POINT FOR REVIEW ?

The user would give the number of the first layout from Figure 24 that he/she woul d like to review.
The specified layout will be displayed, and the user can have a layout analysis performed (option
“A”), departments can be Exchanged (option “E”), or he/she can terminate the remainder of the
reviews with the option “T).

Save Problem Data (Main Menu Selection #5)

In order to save a problem in memory so that it will be available at a later time the BLOCPLAN
user will select option #5 in the Main Menu. The screen that will appear after this selection is made is
used to specify the layout name.

The user types the file name that is to be assigned to the problem. Any layouts or partitions that
exist with the problem will be stored in memory with the problem, and will be available when the
problem is again loaded. As mentioned earlier in this manual, there are two problem files. These are
named MANEX6 (Manual Example), and EX12 a problem with 12 departments.

Quit (Main Menu Selection)

An exit from BLOCPLAN is made when “QUIT” is made.

25
References:

1. Donaghey, C.E. and Kong, H. MHAND Users Manual, University of
Houston, Industrial Engineering Dept., 1999.

2. Donaghey, C.E. and Pire, V.F. BLOCPLAN-90 Users Manual,
University of Houston Industrial Engineering Dept., 1990.

3. Muther, R., Systematic Layout Planning, Cahners Books, 1973.

4. Pire, Vanina F. An Automated Multistory Layout System, M.S. Thesis,
Industrial Engineering Dept., University of of Houston Industrial Engineering Dept.,
Houston, Texas, 1989.

5. Tompkins, J. A. and White, J.A.., Facilities Planning, John Wiley & Sons,
1984

Relationship Data
Material Handling Information
AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan/BPLAN90.EXE
AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan/BRUN45.EXE
AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan/README.TXT
To run the BlockPlan program, double-click on the
BPlan90.exe file from within the Windows File Manager.
Details about the software are available in Chapter 5.
The file ManEx included in the BlockPlan directory
is an example file that the user may wish to load the
first time s/he is running the software. The author is
grateful to Dr. Charles E. Donaghey for permission to
use this software.
AULA 03 - SOFTWARE - BlocPlan/REL.BLP
8
"A"
"I"
"O"
"E"
"U"
"U"
"O"
"A"
"E"
"O"
"O"
"U"
"O"
"E"
"U"
"E"
"O"
"O"
"E"
"O"
"O"
"I"
"U"
"X"
"U"
"O"
"U"
"O"
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Programa/ENG 1508 -Arranjo Fisico Industrial - PUC - 3VB-2012-1.doc
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL – DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
Período: 2012.1
Horário: 4a feira de 19:00 às 22:00 Turma: 3VB Sala: L438
Total de Créditos: 3 (três)
Prof. Rogério Serrão
Objetivos:
A disciplina visa apresentar métodos, enfoques e filosofias para a compreensão e solução de problemas relativos ao Arranjo Físico Industrial (Facility Layout), ou seja, configurações, disposições e arranjos de fábricas/plantas/instalações para a produção de bens e serviços. O curso procura estabelecer a relação entre as principais decisões da Engenharia de Produção, tais como: produtos ou serviços (o que produzir?); processos de produção (como produzir?); planejamento de quantidades (quanto produzir?) e planejamento de variedades (para quem produzir?). Estas decisões visam projetar o melhor layout para produzir com economia e flexibilidade.
Programa:
1. Introdução
Conceitos gerais
Projeto do empreendimento
Estratégia de manufatura
Tipos clássicos de layout
Processo de projeto em layout
2. Planejamento de Layout – Sistema SLP
3. Métodos para Layout por Processo ou Funcional
4. Localização de “Facilities”
Movimentação retangular
Movimentação direta
5. Discussão e avaliação de configurações industriais clássicas e recentes
6. Balanceamento de Linhas de Produção
7. Tecnologia de Grupo e Layout Celular
8. Planejamento Computadorizado de Layout
Bibliografia:
Apostila: Estratégias, Conceitos e Métodos de Arranjo Físico Industrial, 2002.
Francis, R. L. & White, J. A. Facility Layout and Location. Prentice-Hall, Inc., 1974.
Ritzman, L. P. & Krajewski, L. J. Administração da Produção e Operações, cap. 7 – Localização e Arranjo Físico, Prentice Hall, 2004.
Francis R. L., McGinnis, L. F. & White, J. A. Facility Layout and Location. Prentice-Hall, Inc., 2a. Edição, 1992.
Black, J. T. O Projeto da Fábrica com Futuro, Bookman, 1998.
Gaither N., Frazier G. Administração da Produção
e Operações. Ed. Guazzelli, Ltda., 8ª Edição, 2001
Tompkins, J.A et al, Facilities Planning, John Wiley, 2a. Edição, 1996.
Slack, N. et al, Administração da Produção, cap. 7 - Arranjo Físico e Fluxo - Editora Atlas, 1997.
Muther, Richard. Planejamento do Layout: Sistema SLP. Ed. Edgard Blucher, 1978.
Moore, James M.: Plant Layout and Design. Macmillan, 1962.
Valle, Cyro E. Implantação de Indústrias. Livros Técnicos e Científicos Editora, 1975.
Avaliação:
A avaliação do desempenho do aluno será expressa por meio de dois graus (G1 e G2) de acordo com a Categoria VII da Resolução 01-2005 da PUC-Rio.
G1 ( P1 (80%) + TRABALHOS (20%)
G2 ( P2 (60%) + PROJETO SLP (40%)
A nota final será a média aritmética dessas duas avaliações. Se esta média for inferior a 6,0 (seis) o aluno irá à prova final, a qual incluirá toda a matéria. No caso de o aluno ir a prova final, devem ser observados os critérios específicos para a composição da média final.
Provas (datas prováveis):
P1 – 18/04
P2 – 06/06
PF – 27/06
�
PROGRAMAÇÃO DE AULAS
ATIVIDADE
CONTEÚDO
DATA

AULA 1
* Apresentação da Disciplina
* Layout – Conceitos Gerais
* Estratégia de Manufatura e Tipos Básicos de Layout
29/02
AULA 2
* Métodos para o Planejamento de Layout – Planejamento Sistemático de Layout (SLP) – Parte 1
07/03
AULA 3
* Métodos para o Planejamento de Layout – Planejamento Sistemático de Layout (SLP) – Parte 2
* Estudo de Caso – SLP
14/03
AULA 4
* Métodos para o Planejamento de Layout – Tabela Carga-Distância
* Métodos para o Planejamento de Layout – Tabela de Tráfego
21/03
AULA 5
* Métodos para o Planejamento de Layout – Seqüência de Demanda (Método de Noy)
* Software CRAFT
28/03
AULA 6
* Métodos para o Planejamento de Layout – Método da adição de um novo elemento
04/04
AULA 7
* Exercícios para a P1
11/04
AULA 8
* Prova P1
18/04
AULA 9
* Orientação - Projeto
25/04
AULA 10
* Métodos para o Planejamento de Layout – Balanceamento de Linha Unimodelo
02/05
AULA 11
* Métodos para o Planejamento de Layout – Balanceamento de Linha Multimodelos
* Estudo de Caso – Balanceamento de Linha Multimodelos
09/05
AULA 12
* Métodos para o Planejamento de Layout – Algoritmo ROC
16/05
AULA 13
* Métodos para o Planejamento de Layout – Diagrama Homem-Máquina
23/05
AULA 14
* Exercícios para a P2
30/05
AULA 15
* Prova P2
06/06
AULA 16
* Orientação - Projeto
13/06
AULA 17
* Apresentação - Projetos
20/06
AULA 18
* Prova Final
27/06
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
2012.1
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Exercicios/ENG1508-EXERCICIOS-COMPLEMENTARES-IV.pdf
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGERIO SERRÃO

EXERCICIOS COMPLEMENTARES IV

A Figura a seguir apresenta o layout dos departamentos de produção de uma empresa produtora de
equipamentos eletromecânicos. O mix de produção contém quatro diferentes produtos, com o
quantitativo de produção anual e tamanho de lotes apresentados no diagrama de multi-produtos
(Quadro 1). A empresa pretende melhorar o layout atual, reposicionando os departamentos de
produção ao longo da estrutura do prédio.

Figura 2

Depto Prod. #1 Prod. #2 Prod. #3 Prod. #4
A 1 2 3 1
B 3 3 1 3 5
C 5 1 5 4
D 2 4 5 4
E 6 2
F 4 2 6
Produção anual 20.000 24.600 45000 22.000
Tamanho do lote 100 60 150 200
Quadro 1

QUESTÕES:

1) Proponha uma alternativa de layout que alcance o objetivo de melhoria esperado, comparando-o
ao layout atual, em termos de eficiência. Considere que o Depto C não pode ser realocado,
permanecendo na sua posição original no layout, e que ao final da seqüência de operações de
produção, todos os produtos são movidos para a área de estocagem final, a qual também
permanecerá fixa no layout.

Dpto

D
Á
R
EA
D
E
ES
TO
C
A
G
EM

FI
N
A
L
Corredor de movimentação
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Exercicios/ENG1508-EXERCICIOS-COMPLEMENTARES-I.pdf
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGERIO SERRÃO

EXERCICIOS COMPLEMENTARES I

PROBLEMA 1
A empresa CONTROLE LTDA está construindo uma nova unidade produtiva. Oito departamentos estão
envolvidos. Parte da análise de layout, diagramas de relacionamento e necessidades de área para cada
departamento foram levantadas e ao apresentadas a seguir.

Considere que você está sendo designado como planejador do arranjo físico dessa unidade e conclua o projeto,
com os seguintes passos:

a) Desenvolva um diagrama de arranjo de atividades com base nos dados do diagrama de relacionamentos
apresentado.
b) Desenvolva um diagrama de relações de espaços para os oito departamentos.
c) Encaixe os departamentos num edifício de 40 por 20 metros, tão próximos do ótimo quanto possível.
Inclua corredores entre os departamentos.

PROBLEMA 2
Cinco departamentos, com necessidades de espaço supostamente iguais, devem ser arranjados nos blocos vistos
na área seguinte:

Para cada par de departamentos foi levantado o grau desejável de proximidade, como mostrado na matriz abaixo:

Matriz de Proximidade
Dpto A Dpto B Dpto C Dpto D Dpto E
Dpto A --- A U A I
Dpto B --- U U U
Dpto C --- X E
Dpto D --- E
Dpto E ---

Propor um arranjo físico que respeite, tanto quanto possível, a matriz de proximidades.

1. Recebimento e Despacho
2. Armazém
3. Fabricação
4. Montagem
5. Pintura
6. Ferramental
7. Restaurante
8. Escritórios
60
150
80
70
50
30
60
120
Atividade Área (m2)
A

O
I

U
O

U
E

I
U

O
U

O
O
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Exercicios/ENG1508-EXERCICIOS-COMPLEMENTARES-V.pdf
1
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES V

PROBLEMA 1
A empresa ABC utiliza no seu processo produtivo seis equipamentos de grande porte, localizadas
no layout em: P1 (4, 4); P2 (4,10); P3 (6, 5); P4 (10, 5); P5 (10, 9) e P6 (12, 3). Como a demanda de
seus produtos vem aumentando, a empresa pretende instalar um novo equipamento recentemente
adquirido. Existem na planta quatro locais onde é possível posicioná-lo: A (4, 6); B (8, 8); C (8, 5) e
D (10, 3). O fluxo de produção, em número de viagens, entre o novo equipamento e os outros já
localizados será de 4, 4, 2, 3, 5 e 6, respectivamente. Considerando que o transporte entre
equipamentos é feito por movimentação retangular, onde deverá ser instalada o novo equipamento,
de forma a minimizar os custos de movimentação envolvidos?

PROBLEMA 2
Está sendo planejada a instalação de uma correia transportadora numa área de um centro de
distribuição (CD) para facilitar a movimentação dos materiais da área de desembarque para as
diversas áreas de armazenagem. A correia deverá começar no ponto
(0, 5) e correr paralela ao eixo
horizontal. Os produtos chegando ao CD são transportados pela correia, e no final são transferidos
para os pontos de armazenagem localizados em (7, 10); (15, 7); (15, 3) e (12, 0). As coordenadas
são dadas em dezenas de metros. Uma estimativa de custos de transporte desde o final da correia até
cada um dos pontos indica que são respectivamente $80, $ 20, $ 30 e $70. O custo da correia é de
$90. Qual o tamanho da correia que minimiza o custo total de transporte, considerando que a
movimentação é retangular e que os custos envolvidos são por unidade de distância?

arranjo fisico industrial (eng 1508)/Exercicios/ENG1508-EXERCICIOS-COMPLEMENTARES-II.pdf
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EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES II

Problema 1:
Uma empresa pretende definir o arranjo físico de sua nova unidade administrativa. A partir de uma
análise estatística sobre os últimos três meses, a equipe de Engenharia construiu o diagrama de-
para, definiu os espaços disponíveis e propôs uma alternativa para a alocação dos departamentos,
conforme mostrado abaixo.

Pede-se:
a) Considerando que qualquer outro fator relevante se comporte de modo igual, quais os dois
departamentos que deveram ficar mais próximos? Por que?
b) Com base na proposta de layout inicial dado pela Engenharia, calcule o seu “custo” total da
movimentação, considerando a movimentação retangular, e assumindo que os departamentos
A e B estão a três unidades de distância um do outro.
c) Indique dois departamentos que ao serem intercambiados implicam na melhoria mais
significativa ao layout (indique o novo “custo”).

Problema 2:
Uma empresa com layout por processo deseja redefinir suas instalações, considerando seu espaço
disponível. Existem seis setores, e o fluxo entre eles está representado na matriz abaixo. O formato,
relativamente às áreas disponíveis, também está representado abaixo.
Considerações de segurança e regulamentações ambientais restringem a localização de certos
departamentos, como segue:
O departamento A deve ser alocado na posição 1 ou 4
O departamento D deve ser alocado na posição 4 ou 6
O departamento E deve ser alocado na posição 1 ou 3
O departamento F deve ser alocado na posição 3 ou 6
Proponha três alternativas de layout e indique a que apresenta o menor “custo”.

Depto A B C D E F
A --- 10 75 140
B --- 95
C --- 130 130
D --- 10
E --- 95
F ---
Diagrama De-Para: Viagens diárias entre Departamentos

C F A
B E D
Proposta Inicial da Engenharia para a Alocação dos Espaços
Depto A B C D E F
A --- 8 3 0 9 6
B --- 0 8 0 0
C --- 0 8 9
D --- 0 3
E --- 3
F ---
Viagens entre Departamentos

1 2 3
4 5 6
Posições disponíveis no layout

arranjo fisico industrial (eng 1508)/Exercicios/ENG1508-EXERCICIOS-COMPLEMENTARES-III.pdf
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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO

EXERCÍCIOS COMPLEMENTARES III

Uma empresa produz quatro tipos diferentes de produtos. A seguir é mostrado o diagrama multi-
produtos que descreve o fluxo de cada produto nos diferentes departamentos.

Depto Prod. #1 Prod. #2 Prod. #3 Prod. #4
A 1 2 3 1
B 3 1 3 1 3 5
C 2 5 5 2 4 2 6
D 4 4 6 5 4

A quantidade de movimentações diárias geradas pelos produtos #1, #2, #3 e #4 são 65, 40, 28, e 50,
respectivamente.
Essa empresa está mudando para um novo local, onde existem 4 blocos (I, II, III e IV) que estão
dispostos da seguinte maneira:
I
IIIII
IV
6m

10m
10m

6m 10m

6m 6m
10m

Questões:
a) Construa a Tabela de Tráfego entre os departamentos
b) Analisando a matriz de fluxos (questão a) proponha a disposição dos departamentos no layout de
blocos existente.
c) Quantas movimentações diárias do produto #2 devem ocorrer para que a eficiência de um layout
previamente estabelecido pelo método de NOY seja de 70% (utilize a seqüência A-B-C-D).
1
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/04b - Metodos Planejamento de Layout - Tabela Carga-Distancia.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
IND 1403 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Métodos para o Planejamento de Layout
– Tabela Carga-Distância –
2
Método da Tabela Carga x Distância
Característica Principal:
-Método simplificado que tem como objetivo o
desenvolvimento do layout de blocos a partir da
minimização dos “custos” de movimentação.
-Tem por base a definição do fator de proximidade
(carga) e a tomada das distâncias entre os centros dos
departamentos a serem alocados.
Método da Tabela Carga x Distância
Exemplo:
Considere que a empresa ABC busca a redefinição de seu layout por
processo apresentado na figura abaixo. Para isso foi obtida a matriz de-
para, contendo o número de viagens diárias entre os diversos pares de
departamentos da empresa. Desenvolva um diagrama de blocos
alternativo que minimize os custos de movimentação. Considere que o
departamento 3 deve ser mantido na posição atual pela necessidade de
proximidade com a área externa, e que o departamento 4 também não
deve ser movido devido ao elevado custo associado a sua transferência.
Layout Atual
156
342
20m
30m ---
70
75
5
5
---6
---4
9015---3
10---2
802020---1
64321Dpto
3
Método da Tabela Carga x Distância
Solução:
Ponto de Partida: Realocação dos departamentos considerando o
fator de proximidade em ordem decrescente (carga).
156
342
Layout Atual
612
345
Layout Alternativo
---
70
75
5
5
---6
---4
9015---3
10---2
802020---1
64321Dpto *Departamentos Fixos:
Dpto 3 e Dpto 4
*Departamentos com Proximidade Desejável:
Dpto 3 e Dpto 6 (90)
Dpto 1 e Dpto 6 (80)
Dpto 2 e Dpto 5 (75)
Dpto 4 e Dpto 5 (70)
Método da Tabela Carga x Distância
Solução:
Análise de “Custo” de Movimentação (Tabela Carga x Distância)
Layout AlternativoLayout Atual
Carga x
Distância
Total
Distância Carga x
Distância
Total
DistânciaFator de
Proximidade (Carga)
Par de
Departamentos
156
342
612
345
1, 2
1, 4
1, 6
2, 3
2, 5
3, 4
3, 6
4, 5
20
20
80
10
75
90
15
70
3
2
2
2
2
3
1
1
60
40
160
20
150
270
15
70
785
20
20
80
30
75
90
15
70
400
1
1
1
3
1
1
1
1
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/03 - Estudo de Caso - SLP.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Estudo de Caso - SLP
2
A Empresa
Nome: E.H. Berghan & Cia Ltda.
Atividade: tradicional beneficiadora de couros do Vale do Rio dos Sinos com
artigos diversos e sofisticados destinados ao mercado nacional (95%) e
internacional de couro.
Funcionários: 146
Produção: média 90.000 metros quadrados de couro por mês (2001)
Principais Produtos: napas para calçados, graxos, floater, estampados como
cobra, avestruz, crocodilo e lezard, semicromos e ainda couros com
Acabamento à base de anilina, além das tradicionais raspas e camurções.
Sistema de Produção (visão estratégica): foco no cliente considerando o bom
atendimento, a fabricação
dos artigos com as características solicitadas e,
principalmente, a pontualidade na entrega, alicerces para negociações atuais
e futuras.
Layout das Instalações
• Preparação do wet-blue;
• Estoque dos produtos químicos;
• Fulões de amostras;
• Fulões de Produção (Recurtimento);
• Secagem;
• Lixas;
• Acabamento;
• Acabamento das amostras;
• Expedição;
• Manutenção;
• Caldeira;
• Estação de Tratamento de Efluentes;
• Administração.
3
Caracterização do Caso
Contextualização do Problema:
- mix de produtos varia constantemente, alterando tipos de artigos, estampas,
acabamentos e cores, flutuando com a tendência da moda nacional,
influenciada fortemente pelos lançamentos internacionais.
- lotes de produção são cada vez menores e variáveis.
- com inúmeros tipos de fluxos existentes, particulares a cada tipo de artigo,
ocorrem dificuldades no planejamento dos deslocamentos internos que
variam a cada tipo de processo solicitado.
Proposta de Solução:
- Estudo do layout atual (re-layout) para a análise de eficiência e possível
melhoria.
Metodologia de Re-layout
4
Fase I – Preparação
Escolha da área piloto:
Setor de Secagem
Características:
- 03 tipos de macro fluxos distintos: o
do couro molhado, o do couro
impregnado e o do couro acabado
- O setor é intermediário entre
diversos outros setores
- Setor mais numeroso em máquinas,
mão-de-obra, transporte de
materiais.
- As perdas por deslocamento e
estoques intermediários são mais
visíveis.
Fase I – Preparação
Formação do time:
- 01 Técnico em Curtimento para esclarecimentos técnicos e seqüenciais dos postos
de trabalho de cada artigo selecionado;
- 01 Programador da Produção para o fornecimento dos fluxos de produção, ordens
de produção, tamanho dos lotes, etc.;
- 01 Chefe do Setor da Secagem para opinar sobre proximidade e viabilidade das
mudanças;
- 01 Gerente da Produção para a supervisão geral das alterações propostas.
Definição dos objetivos:
- reduzir espaços entre postos de trabalho;
- reduzir custos com materiais, mão-de-obra, supervisão e movimentação;
- diminuir estoque em processo (WIP);
- flexibilizar a produção aos lotes menores;
- facilitar re-adequações futuras;
- melhorar o ambiente
Implementação de técnicas de suporte:
- explanações generalizadas sobre a metodologia de re-layout a ser utilizada
- apresentação das atividades a serem realizadas nas etapas de coleta de dados,
agrupamento e dimensionamento do novo layout, evidenciando-se o Planejamento
Sistemático de Layout (SLP)
5
Metodologia de Re-layout
Fase II – Definição
Escolha dos métodos de agrupamento:
- utilizou-se a técnica de Melhoria de Layout de Silveira (1998), com a aplicação do
Planejamento Sistemático de Layout (SLP).
Coleta de dados:
- Manuseio e transporte do material
- Estoque
- Rotina de produção
- Fluxo de material
- Contribuição do layout atual
- Restrições no design do novo layout
6
Fase II – Definição
Rotinas de Produção
Fase II – Definição

7
Fase II – Definição
Fase II – Definição
8
Fase II – Definição
Fase II – Definição
9
Fase II – Definição
Agrupamento:
Diagrama Reduzido de Movimento Æ Diagrama de Relações (REL)

último número da escala é de 5000 X 28 = 1280000 m2 de couro/ano
Fase II – Definição
10
Fase II – Definição
Fase II – Definição
11
Fase II – Definição
Dimensionamento:
Fase II – Definição
Dimensionamento:
Cálculo da Taxa de Proximidade Total (TPT)
12
Fase II – Definição
Dimensionamento:
Escolha do primeiro posto de trabalho
- posto de trabalho de maior TPT ÆVácuo
Escolha do segundo posto de trabalho
- aquele que possuir um maior relacionamento com o Vácuo (o 1° a ser escolhido)
- o critério de desempate é o maior número de A’s, E’s, I’s, O’s e U’s (em ordem de
preferência decrescente) com os postos de trabalho restantes.
Fase II – Definição
Dimensionamento:
Escolha do terceiro posto de trabalho
- “ranking” hierárquico é AA, AE, AI, AO e AU, EE, EI, EO, etc.
- Em caso de empate, vale o critério usado anteriormente.
13
Fase II – Definição
Dimensionamento:
Escolha do quarto posto de trabalho
- “ranking” hierárquico é AAA, AAE, AAI, AAO e AAU, AEA, AEE, AEI, etc.
- Em caso de empate, vale o critério usado anteriormente.
Fase II – Definição
Dimensionamento:
14
Fase II – Definição
Montagem do Diagrama de Blocos:
Determinada a ordem de posicionamento dos postos de trabalho, duas
alternativas de layout podem ser desenvolvidas:
• um planejamento restrito para um prédio já existente, levando em
consideração as restrições do mesmo;
• um planejamento novo, onde o prédio existente e suas restrições não são
levadas em consideração.
Fase II – Definição
Montagem do Diagrama de Blocos:
Diagrama de Blocos – Opção 1
EI = Estufa da Impregnação
V = Vácuo
CLAS = Classificação
IMP = Impregnação
G = Grampo
M = Molissa
Recon. = Recondicionamento
Est. = Estira
Es. M = Estufa Molhada
FB = Fulão de Bater.
C
A
B
A
M
E
N
T
O
15
Fase II – Definição
Montagem do Diagrama de Blocos:
Diagrama de Blocos – Opção 2
EI = Estufa da Impregnação
V = Vácuo
CLAS = Classificação
IMP = Impregnação
G = Grampo
M = Molissa
Recon. = Recondicionamento
Est. = Estira
Es. M = Estufa Molhada
FB = Fulão de Bater.
Fase II – Definição
Montagem do Diagrama de Blocos:
Diagrama de Blocos – Opção 3
EI = Estufa da Impregnação
V = Vácuo
CLAS = Classificação
IMP = Impregnação
G = Grampo
M = Molissa
Recon. = Recondicionamento
Est. = Estira
Es. M = Estufa Molhada
FB = Fulão de Bater.
16
Fase II – Definição
Avaliação das alternativas de layout: Método “Score”
A menor distância retilínea entre as bordas de cada par de postos de
trabalho é multiplicada pelo valor numérico das relações entre os referidos
postos de trabalho, e o resultado final foi obtido pela soma total de todas as
relações.
O menor resultado indica o melhor layout.
Três pontos a serem destacados ao usar essa técnica:
-a distância retilínea mais curta entre as bordas dos postos de trabalho é
usada como medida de proximidade;
-valores numéricos arbitrários são assumidos para as taxas de
relacionamento e operações aritméticas são realizadas para a definição da
função distância-relacional;
- é assumido que a proximidade é função linear da distância retilínea mais
curta.
Fase II – Definição
Avaliação das alternativas de layout: Método “Score”
17
Fase II – Definição
Avaliação das alternativas
de layout: Método “Score”
Fase II – Definição
Avaliação das alternativas
de layout: Método “Score”
18
Desenho do layout com
sistemas de movimentação:
Fase II – Definição
Metodologia de Re-layout
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/05 - Metodos Planejamento de Layout - Metodo de Noy.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Métodos para o Planejamento de Layout
– Seqüência de Demanda (Método de Noy) –
2
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
Características Principais:
- Características similares as do Método da Tabela de Tráfego, com a
diferença de que a disposição dos centros será sobre uma linha
seqüencial, e não sobre uma malha.
- Prevê a geração de uma Tabela de Posição/Demanda, construída
considerando-se o “desejo” do centro por uma posição.
Classificação do Método:
Sistemático, de construção, quantitativo, manual.
Método da Seqüência de Demanda (Método
de Noy)
Passos do Método:
1) Obter a seqüência de operações (uso de Diagrama de Multi-Produto)
2) Adotar uma medida de transporte (para dimensionar o fluxo)
3) Construir a Tabela de Posição/Demanda com os totais de fluxo por
centro de produção
4) Construir a Tabela das Médias Posição/Demanda, ponderadas pelos
fluxos em cada posição “desejada” pelo respectivo centro.
5) Gerar um layout inicial (usar a Tabela das Médias Posição/Demanda)
6) Melhorar o layout por tentativas
7) Adaptar ao espaço físico.
3
Tabela para o Dimensionamento do Fluxo de Transporte
Passo 2
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
Tabela de Posição/Demanda
Passo 3
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
300 (#1)
300 (#1)
300 (#1)
300 (#1)
300 (#1)
300 (#1)
160 (#3)
160 (#3)
160 (#3)
160 (#3)
160 (#3)
160 (#3)
60 (#2)
60 (#2)
60 (#2)
60 (#2)
60 (#2) 60 (#2)
460
520
520
520
520
580
4
Cálculo das Médias Posição/Demanda
Passo 4
Tabela das Médias Posição/Demanda
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
Passo 5
Layouts alternativos
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
A B DFC E
A F DBC E
5
“Medida de Eficiência”
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
“Medida de Eficiência”
O Layout 1 deve ser utilizado, pois apresenta uma
maior eficiência.#
Método da Seqüência de Demanda (Método de Noy)
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/06 - Metodos para Planejamento de Layout - Adicao Novo Elemento.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Métodos para o Planejamento de Layout
- Localização de um novo elemento -
2
Método da Localização de um novo elemento em
relação a outros já posicionados
Características Principais:
-Utilizado para resolver o problema de “adição em layout” podendo ser
utilizado em diversas circunstâncias, tais como:
•Nova máquina num layout existente;
•Departamento numa fábrica;
•Depósito relativo a produtores e consumidores;
•Hospital, estação de bombeiros, escola numa área metropolitana...
Classificação do Método:
Otimizante, melhoramento, quantitativo, manual.
Método da Localização de um novo elemento em
relação a outros já posicionados
Formulação Geral:
“m” elementos existentes localizados em posições Pi , onde i = 1,...,m.
novo elemento a ser localizado num ponto X.
d (X, Pi) = distância entre os pontos X e Pi (retangular ou direta).
wi = custo por unidade de distância multiplicado pelo nº de viagens entre o
novo elemento e o elemento existente i. É chamado de peso do movimento.
Custo Total da Movimentação:
O objetivo é determinar X* (ponto ótimo)
que minimize f(X). Esta expressão varia em
função do tipo de medição de d(X, Pi).
3
Método da Localização de um novo elemento em
relação a outros já posicionados
Adição com Movimentação Retangular:
Então,
Método da Localização de um novo elemento em
relação a outros já posicionados
Propriedades da solução ótima:
-Tanto a coordenada “x” como a “y” coincidem com uma das
coordenada “ai ” e “bi”, respectivamente, mas não
necessariamente do mesmo ponto Pi.
- Os valores ótimos de “x” e “y” são os valores da localização
mediana dos pontos “ai” e “bi”, respectivamente.
4
Método da Localização de um novo elemento em
relação a outros já posicionados
Observação relevante para o cálculo da mediana:
Método da Localização de um novo elemento em
relação a outros já posicionados
CURVAS ISO-CUSTO:
a) 1 elemento existente + 1 novo:
b) 2 elementos existentes + 1 novo:
C1 < C2 (Custo)
P1 P2
C1
C2
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/02 - Metodos Planejamento de Layout - SLP.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
IND 1403 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Métodos para o Planejamento
de Layout
2
Ciclo do Processo de Projeto
Fases do Planejamento de Layout
3
Principais Decisões da Engenharia de
Produção X Projeto do Layout
O Sistema SLP
(Systematic Layout Planning)
• P (Produto)
•Q (Quantidade)
•R (Roteiro)
•S (Serviços de Suporte)
•T (Tempo)
4
FORMAS SISTEMÁTICAS DE AVALIAR LAYOUTS
ALTERNATIVOS
• PLANTA PILOTO
* Alternativa cara
* Usada em geral por indústrias de processo contínuo
* Apresenta todos os pontos negativos de um modelo físico com
baixa flexibilidade, como não poder ser reaproveitada e possuir
um desenvolvimento demorado;
• COMPARAÇÃO DE CUSTOS
* Considerar todos os gastos e custos operacionais e o retorno sobre o
investimento (Custo de transporte interno, custo financeiro do material
em processo, custo do controle de qualidade, custo da supervisão, custo
do controle da produção, custo da depreciação do edifício e custo de
investimento necessário em cada um dos arranjos)
* “... na prática a incerteza sobre os custos fixos e variáveis de cada tipo
de arranjo físico significa que raramente a decisão pode basear-se
exclusivamente na consideração do custo ...”.
FORMAS SISTEMÁTICAS DE AVALIAR LAYOUTS
ALTERNATIVOS
• AVALIAÇÃO DE PRODUTIVIDADE
* Desenvolve-se algum índice como homens-horas por produto;
* O ponto negativo desse tipo de critério é a não consideração da diferença
entre os capitais investidos.
• AVALIAÇÃO DO ESPAÇO
* Área efetivamente ocupada em relação à área total;
* Deve-se prestar atenção à ocupação do espaço tridimensional observando
fatores como a altura de empilhamento de materiais.
• COMPARAÇÃO DE LINEARIDADE DE FLUXO
*Alternativas que possuam fluxos que se cruzam em demasia ou que
retornem são consideradas inferiores em qualidade;
* Os fluxos são na verdade pessoas, equipamentos e informações em
movimentos pelos centros produtivos da planta.
5
FORMAS SISTEMÁTICAS DE AVALIAR LAYOUTS
ALTERNATIVOS
• ANÁLISE DE FATORES
* Os fatores importantes são classificados por ordem de importância e
avaliados para cada alternativa
* Por comparação entre esses fatores, quantitativos ou qualitativos,
seleciona-se uma das alternativas como a melhor.
•CLASSIFICAÇÃO DE FATORES
* As alternativas são ordenadas de forma decrescente para cada um dos
fatores considerados
* A melhor recebe o número 1 e a pior um número maior.
•PRÓS E CONTRAS
* Simplesmente listando paralelamente os pontos a favor e contra de cada
uma das alternativas.
FORMAS “OTIMIZADAS” PARA DETERMINAÇÃO DO
LAYOUT ALTERNATIVO IDEAL
• PROGRAMAÇÃO LINEAR
* visando otimizar uma medida de eficiência.
• BALANCEAMENTO DE LINHAS
* utilizando um método de otimização qualquer.
• CRIAÇÃO DE CURVAS DE NÍVEL
* com os custos de transporte decorrentes da localização de um
equipamento em um layout já existente.
• MODELOS MATEMÁTICOS PARA OTIMIZAÇÃO
* considera os critérios de eficiência sujeitos a condições de fatores
controláveis e incontroláveis expressos em desigualdades restritivas.
6
FORMAS “OTIMIZADAS” PARA DETERMINAÇÃO DO
LAYOUT ALTERNATIVO IDEAL
• MÉTODO DE MONTE-CARLO
* para geração de um modelo matemático estatístico que será
submetido a uma série de valores de entrada aleatórios gerados pela técnica de
Monte-Carlo
* Os resultados devem ser analisados estatisticamente.
• TEORIA DAS FILAS
* para analisar o surgimento de filas no interior da planta e o seus
tamanhos
* A existência de filas pode indicar problemas na distribuição do fluxo,
mal dimensionamento de equipamentos entre outros problemas.
• MÉTODOS DE ENGENHARIA ECONÔMICA
* para comparação com base no retorno sobre o capital investido ou
fluxo de caixa esperado.
Exemplos de Padrão de Fluxo de
Materiais, Equipamentos, Pessoas e
Informações
7
Matérias-prima
Expedição
Exemplo de Rotas de um Item Fabricado
12
1
2
3
4
5
6 7
8
9
10
11
A B C
Exemplo de Rota em um Layout
8
Exemplo de Rota em um Layout
Representação de Fluxo de Processos
Diagrama de Freqüência de Percurso
9
Representação de Fluxograma de Processos
Representação de Fluxo de Processos
Carta de Processos (Diagrama Multi-Produtos)
10
Representação de Fluxo de Processos
Diagrama de Fluxo De-Para
XX
Representação de Fluxograma de Processos
Representação (ASME)
11
Representação de Fluxograma de Processos
Representação de Fluxograma de Processos
12
Representação de Fluxo de Processos
Carta de Processos
Representação de Fluxo de Processos
Mapofluxograma
13
Representação de Fluxo de Processos
Mapofluxograma
Representação de Fluxo de Processos
Mapofluxograma
14
FATORES QUE INTERFEREM NA DISPOSIÇÃO DO FLUXO DE
MATERIAIS:
• Instalações externas de transporte
• Número de partes no produto
• Número de operações em cada parte
• Seqüência de operações em cada parte
• Número de sub-montagens
• Número de unidades a serem produzidas
• Espaço necessário entre as áreas de trabalho
• Quantidade e forma do espaço disponível
• Influência dos processos
• Tipos dos padrões de fluxo
• Tipo de layout
• Localização das áreas de serviço
• Localização dos departamentos de produção
• Armazenagem de materiais
• Flexibilidade desejada
• A edificação.
Representação em Diagrama de
Relacionamentos
• Reflete o julgamento qualitativo dos gerentes e
empregados
• Representação gráfica da afinidade entre facilities
• É um arranjo idealizado que eventualmente pode se
tornar um planejamento espacial
• Usando um processo interativo pode-se gerar um
arranjo ótimo ou não–ótimo a partir do diagrama de
relacionamentos inicial.
15
Representações de Afinidades
Preto-1XIndesejável
NenhumaNenhumaNenhuma0USem
Importância
Azul1ODesejável
Verde2INormal
Amarelo3EImportante
Vermelho4AMuito
Importante
CoresGráfica
CAD
Gráfica
Manual
EscalarLetrasDescrição
Representação em Diagrama de
Relacionamentos
Representação em Diagrama de
Relacionamentos
-6 – Insp. de qualidade
U-5 – Almoxarifado
X
(1)
E
(1)
-4 – Perfuração
A
(1)
UO
(1)
-3 – Recebimento e
Expedição
I
(6)
E
(1)
UO
(1)
-2 – Equipamentos
Automáticos (NC)
A
(1)
UI
(2,1)
U E
(3,1)
-1 – Preparação
21
Classificação de Proximidade
43 5 6Departamento
Classificação de
Proximidade
A -Muito Importante
E - Importante
I - Normal
O - Desejável
U - Sem importância
X - Indesejável
Códigos de Explicação
1 - Mov. Material
2 - Compart. pessoas
3 - Facilidade Superv.
4 - Utilização Espaço
5 - Barulho
6 - Atitudes Empreg.
16
Representação em Diagrama de
Relacionamentos
A A
A
O
O
O
O
O
U
U
U
U
E
X
I
Produção
Escritório
Estoque
Embarque e
Desembarque
Vestuário
Ferramentaria
A -Muito Importante
E - Importante
I - Normal
O - Desejável
U - Sem importância
X - Indesejável
Exemplo:
Escritórios
Estoque
Embarque/
Desembarque
Ferramentaria
Escala: A
E
I
O
U
X
Layout Original
Layout Revisado
Vestuário
Escritórios
Estoque Ferramentaria produção
Vestiário Embarque/
Desembarque
Produção
A A
A
O
O
O
O
O
U
U
U
U
E
X
I
Produção
Escritório
Estoque
Embarque e
Desembarque
Vestuário
Ferramentaria
17
MÉTODO SLP PARA LAYOUT FUNCIONAL
1. Análise de fluxos de produtos
ou recursos
• Diagrama de fluxo ou
diagrama De-Para
2. Identificação e inclusão de
fatores qualitativos
• Diagrama de relacionamento
de atividades
3. Avaliação dos dados e
arranjo de áreas de trabalho
• Diagrama de arranjo de
atividades
4. Determinação de um plano de
arranjo dos espaços
• Diagrama de relações de
espaço
5. Ajuste do arranjo no espaço
disponível
• Planta do local e modelos
(templates)
Passos Possíveis Ferramentas
LAYOUT DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO SLP
600ARMAZEM
300RECEBIMENTO E DESPACHO
50SUPERVISOR DE MATERIAS
150EMBALAGEM
100PROGRAMAÇÃO DE MATERIAIS
REQUISITOS DE ESPAÇO (m2)ATIVIDADES
Definir o arranjo físico de um Centro de Distribuição, no qual
cinco áreas de trabalho principais devem ser alocadas em
determinado espaço, cada uma com os seguintes requisitos de
espaço:
18
LAYOUT DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO SLP
PASSO 1: ANÁLISE DE FLUXO DE PRODUTOS OU RECURSOS
DIAGRAMA DE-PARA
20001600400ARMAZEM
400
0
EMBALAGEM
2000
400
RECEBIMENTO/
DESPACHO
2000
2000
0
ARMAZÉM
TOTAIS
2000RECEBIMENTO/DESPACHO
400EMBALAGEM
TOTAISPARA
DE
TOTAL FLUXOS ENTRE SETORES
3600
400
400
FLUXO
AARMAZEM E RECEBIMENTO/DESPACHO
EEMBALAGEM E ARMAZEM
EEMBALAGEM E RECEBIMENTO/DESPACHO
PRIORIDADE de PROXIMIDADEPARES DE SETORES
LAYOUT DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO SLP
PASSO 2: IDENTIFICAÇÃO E INCLUSÃO DE FATORES QUALITATIVOS
DIAGRAMA DE RELACIONAMENTO ENTRE ATIVIDADES
1. Programação de materiais
2. Embalagem
3. Supervisor de materiais
4. Recebimento e despacho
5. Armazém
E
O
I
A
A
E
O
A
E
I
19
LAYOUT DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO SLP
PASSO 3: AVALIAÇÃO DOS DADOS E ARRANJO DE ÁREAS DE
TRABALHO
DIAGRAMA DE ARRANJO DE ATIVIDADES
1
2
3
4
5
1. Programação de materiais
2. Embalagem
3. Supervisor de materiais
4. Recebimento e despacho
5. Armazém
E
O
I
A
A
E
O
A
E
I
LAYOUT DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO SLP
PASSO 4: DETERMINAÇÃO DE UM PLANO DE ARRANJO DOS ESPAÇOS
DIAGRAMA DE RELAÇÕES DE ESPAÇOS 5
600 m2
2
150 m2
1
100 m2
350 m2
4
300 m2
20
LAYOUT DE UM CENTRO DE DISTRIBUIÇÃO PELO MÉTODO SLP
PASSO 5: AJUSTE DO ARRANJO NO ESPAÇO DISPONÍVEL
PLANTA DO LOCAL
4
300 m2
5
600 m2
2
150 m2
1 100 m23 50 m2
30 m
40 m
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/04a - Metodos Planejamento de Layout - Tabela de Trafego.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL -
DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO
INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Métodos para o Planejamento de Layout
– Tabela de Tráfego –
2
Classificação dos métodos de construção
do diagrama de inter-relações
Medição de distância entre centros de produção
3
Movimentação Direta ou Euclideana
Distância entre os centros
Malha de movimentação direta
Movimentação Retangular ou Retilínea
Distância entre os centros
Malha de movimentação retangular
4
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Características Principais:
- Considera que existem “n” centros de produção (elementos ou
facilities) e que cada produto pode passar ou não por esses
“n”
centros.
- Baseia-se na determinação de todas as inter-relações possíveis
entre os “n” centros de produção, de modo a criar um critério de
priorização na localização desses centros dentro do layout
Premissa:
Deve-se priorizar a localização dos centros que estiverem sujeitos a
um maior fluxo de tráfego, de e para os demais centros
Classificação do Método:
Sistemático, de construção, quantitativo, manual.
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Passos do Método:
1) Obter a seqüência de operações (uso de Diagrama de Multi-
Produto)
2) Adotar uma medida de transporte (para dimensionar o fluxo)
3) Construir a Tabela de Tráfego ou Diagrama De-Para
4) Fazer um layout inicial (a partir da malha de movimentação)
5) Melhorar o layout por tentativas
6) Adaptar ao prédio.
5
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Exemplo:
Uma pequena empresa possui em seu processo produtivo uma
guilhotina (A), uma fresadora horizontal (B), uma Furadeira (C), uma
fresadora vertical (D), uma rosqueadeira (E) e de uma retificadora
(F). Essas máquinas são usadas para produzir três produtos
distintos, denominados de #1, #2 e #3. Para produzir cada produto
são necessárias operações diversas, tanto em número quanto em
seqüência de ocorrência. Os volumes de produção anual para os
produtos #1, #2 e #3 são 15.000, 12.000 e 40.000, respectivamente.
O transporte entre centros é feito em recipientes com capacidades
diferenciadas, 50, 200 e 250 peças/recipiente, para os produtos #1,
#2 e #3, respectivamente. A Tabela a seguir representa o Diagrama
de Multi-Produtos para a apresentação dos dados relacionados aos
três produtos. Deseja-se saber como ficarão localizados os centros
de produção para um melhor rendimento de movimentação (pré-
layout), no caso de movimentação retangular.
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Operações de Produção
Passo 1
6
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Representação do Diagrama de Multi-Produtos
Passo 1
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Tabela para o Dimensionamento do Fluxo de Transporte
Passo 2
7
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Tabela de Tráfego (DE/PARA)Passo 3
A B C D E F
A
B
C
D
E
F
620
880
980
1040
580
1100
300 (#1) 160 (#3)
160 (#3)
160 (#3)
160 (#3)
300 (#1) 60 (#2)
60 (#2)
300 (#1)
60 (#2)
300 (#1)
60 (#2)
300 (#1)
160 (#3)
60 (#2)
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
Seqüência de entrada no layout,
Passo 4
Layouts alternativos para movimentação retangular
E
D
B
F
C A
D
F
E
B
AC
8
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
“Medida de Eficiência”
Método da Tabela de Tráfego (Método dos Elos)
“Medida de Eficiência”
O Layout 2 deve ser utilizado, pois apresenta uma
maior eficiência.
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/01a- Conceitos Gerais.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Arranjo Físico Industrial
“Layout”
Conceitos Gerais
2
Definição de Layout
“É a combinação ‘ótima’, em termos de
disposição, dos meios que contribuem para a
produção de bens e serviços.”
1 3
2
4
5
.
O que é Planejar um Layout?
Decidir onde colocar todas as instalações,
máquinas, equipamentos – as facilities, e
o pessoal da produção.
3
O que é Planejar um Layout?
Tomar decisões sobre a arrumação física dos
centros economicamente ativos de uma empresa.
Um centro economicamente ativo pode ser:
• Uma pessoa ou um grupo de pessoas;
• Uma máquina;
• Uma estação ou uma bancada de trabalho;
• Um departamento;
• O centro médico ou o restaurante
• etc.
Questão I
Do quê?
Por quê?
Questão II:
Layout
4
Layout do quê?
Supermercado
Àeroporto
Fábricas
Lojas
Escritórios
Hospital
Armazém
Layout Por Quê?
Mudança no projeto do produto ou serviço;
Novo produto ou serviço;
Obsolescência das instalações existentes;
Melhoria das condições de trabalho e redução de acidentes;
Variações na demanda do produto;
Substituição de equipamentos;
Mudanças no processo produtivo;
Mudanças no mercado de consumo;
Redução de custos.
Principais aspectos que fazem surgir o estudo de layout:
5
Diferentes problemas de Layout
Pequenas modificações em layout existente;
Alteração completa do layout existente (rearranjo ou re-layout);
Modificação com adição no layout;
Construção de novas instalações
Correlação entre os aspectos que fazem surgir o estudo de
layout e os diferentes problemas de layout
6
Que faz um bom layout? Objetivos
Minimização o custo de movimentação de
materiais;
Utilização eficiente do espaço;
Utilização eficiente da mão-de-obra;
Eliminação de gargalos;
Facilidade de comunicação entre trabalhadores
e supervisores ou entre trabalhadores e clientes.
Que faz um bom layout? Objetivos
Redução do “cycle time” da produção ou do tempo
de atendimento de um serviço;
Facilitação da entrada/saída e movimentação de
materiais, produtos ou pessoas;
Promoção de qualidade ao serviço ou produto;
Promoção de um controle visual das operações ou
atividades;
Promoção de flexibilidade às mudanças;
Incorporação de medidas de segurança e proteção.
7
Informações necessárias para o Layout
Especificações do produto;
Quantidades de produtos e de materiais;
Seqüências de operações e de montagem;
Espaço necessário para cada equipamento
(incluindo espaço para movimentação do
operador, estoques e manutenção);
Informações sobre recebimento, expedição,
estocagem de matérias-primas e produtos
acabados e transportes.
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Slides/01b- Estrategia de manufatura e tipos de layout.pdf
1
PUC-RIO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL - DEI
ENG 1508 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
PROF. ROGÉRIO SERRÃO
Estratégia de Manufatura e
Tipos Básicos de Layout
2
O que é “estratégia”?
Uma ‘estratégia’ é um padrão global de
decisões e ações que posicionam a organização
em seu ambiente e têm o propósito de fazê-la
atingir seus objetivos de longo prazo.
(SLACK et al., 2002)
O conjunto de planos e políticas pelos quais
uma companhia objetiva ganhar vantagem
competitiva sobre seus competidores.
(SKINNER, 1969)
Hierarquia Estratégica
Estratégia
Corporativa
Estratégia
de Negócio
Estratégia
Funcional
Produção
Marketing
3
Hierarquia Estratégica
Objetivo da Estratégia de Produção
“É garantir que a função de gerenciar
os processos de produção e entrega de
valor ao cliente seja totalmente
alinhada com a intenção estratégica da
empresa quanto aos mercados que
pretende servir”. (Correa, 2003, p.102)
4
Definindo uma Estratégia de Manufatura
1. Identificação do perfil de clientes-alvo
2. Monitoração da concorrência
3. Priorização dos objetivos de desempenho
(Slack et al, 1997, Cap. 2, 3 e 21)
• Qualidade
• Rapidez
• Confiabilidade
• Flexibilidade
• Custo
4. Decisões quanto a Projeto, Planejamento,
Controle e Melhoria
Com base nos fatores
críticos de sucesso
para a organização
Tipos de processos produtivos
• por Projeto (encomenda)
• em Lote ou batelada
• de Produção em Massa
• Contínuo
Produto padronizado
Tecnologia dedicada
Operações repetitivas
Intensivo em capital
Produto customizado
Tecnologia universal
Combinação original de operações
Intensivo em pessoal
5
FOCO
NO
PROCESSO
FOCO
INTERMEDIÁRIO
FOCO
NO
PRODUTO
Estratégias de Posicionamento e Processos de Produção
Processo
em série
Processo
em lotes
Processo sob
encomenda
Projetos
especiais
Processo
contínuo
Tipos Básicos de Arranjo Físico
•Layout por Processo (ou Funcional)
•Layout por Produto (ou Linear)
•Layout Posicional
•Layout Híbrido
6
Layout por Processo (ou Funcional)
Layout por Processo (ou Funcional)
7
Layout por Processo (ou Funcional)
Padrão de Fluxo em um Layout por Processo (Funcional)
8
Layout por Produto – Linha de Montagem/Fabricação
(Produção em Massa)
Layout por Produto – Processo Contínuo
9
Layout por Produto - Linha de Montagem/Fabricação
Layout por Produto – Linha de Montagem/Fabricação
10
Layout Posicional
Layout Posicional
11
Layout Posicional
Layout Híbrido
12
Layout Híbrido
Layout Híbrido
13
Layout Híbrido - Misto
Layout Híbrido - Celular
14
Layout Híbrido - Layout Celular
Padrão de Fluxo em um Layout Celular
15
Tipo de Processo x Tipo de Arranjo
Processo por Projeto (encomenda)
Processo em Lote ou batelada
Processo de Produção em Massa
Processo Contínuo
Layout Posicional
Layout por Processo
(ou Funcional)
Layout Celular
Layout por Produto
Relação Volume-Variedade
16
•Qual a estratégia de produção?
•O que se espera que o arranjo físico propicie? (Trade-offs)
Relação Volume-Variedade x Tipo de Arranjo
Especialização extrema
Custos Fixos Elevados
Economias de Escala
Competências variadas
Custos Variáveis Elevados
Flexibilidade
Posicional por ProdutoFuncional Celular
Combinação de Layout
À La Carte
Cozinha
Buffet
BandejãoPre
pa
ra
çã
o
de
V
eg
et
ai
s
G
ri
ll
Fornos
Sobremesas
Fr
ee
ze
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Pr
ep
ar
aç
ão
Sala
Refrigerada
Entradas
L
in
ha
d
e
Se
rv
iç
o
Pr
at
os

Pr
in
ci
pi
s
Sobremesas
Funcional
Posicional
Celular
Linha
17
Tipos Básicos de Layout e Aspectos
Relacionados
arranjo fisico industrial (eng 1508)/Apostila/Apostila_Arranjo_Fisico.pdf
PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DO
RIO DE JANEIRO
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA INDUSTRIAL
IND 1403 – ARRANJO FÍSICO INDUSTRIAL
APOSTILA
“ESTRATÉGIAS, CONCEITOS
E MÉTODOS DE ARRANJO
FÍSICO INDUSTRIAL”
PROF. PAULO R. T. DALCOL
ROGÉRIO O. B. SERRÃO
SETEMBRO/2002
ENG 1508
Prof. Paulo R. T. Dalcol
Prof. Rogério O. B. Serrão
SUMÁRIO
LISTA DE FIGURAS..................................................................................................iii
LISTA DE QUADROS................................................................................................iv
1 INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 1
2 CONCEITOS GERAIS ........................................................................................... 2
2.1DEFINIÇÃO........................................................................................................ 2
2.2PREMISSAS BÁSICAS DE LAYOUT................................................................ 2
2.3ASPECTOS QUE FAZEM SURGIR O ESTUDO DE LAYOUT ......................... 4
2.4DIFERENTES PROBLEMAS DE LAYOUT ....................................................... 5
2.5LAYOUT NO PROJETO TOTAL DO EMPREENDIMENTO.............................. 7
2.6TIPOS BÁSICOS DE LAYOUT E SUAS CARACTERÍSTICAS......................... 7
3 O PLANEJAMENTO DE LAYOUT ....................................................................... 17
3.1FASES DO PLANEJAMENTO DE LAYOUT ................................................... 17
3.2PROBLEMA DE PROJETO OU DE OTIMIZAÇÃO?....................................... 18
3.3PROCESSO DE PROJETO............................................................................. 19
3.4SISTEMA SLP ................................................................................................. 20
3.5MÉTODOS PARA A CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA DE INTER-RELAÇÃO
(QUADRO 3 DO SLP)...................................................................................... 23
3.6TIPOS DE MOVIMENTAÇÃO ENTRE CENTROS DE PRODUÇÃO............... 23
4 MÉTODOS PARA LAYOUT POR PROCESSO OU FUNCIONAL ....................... 26
4.1MÉTODO DA TABELA DE TRÁFEGO (MÉTODO DOS ELOS) ..................... 26
4.2MÉTODO DA SEQÜÊNCIA DE DEMANDA (MÉTODO DE NOY)................... 30
4.3MÉTODO DA LOCALIZAÇÃO DE UM NOVO ELEMENTO (FACILITY OU
DEPARTAMENTO) EM RELAÇÃO A OUTROS JÁ POSICIONADOS ........... 33
5 MÉTODOS PARA LAYOUT POR PRODUTO OU LINEAR (BALANCEAMENTO
DE LINHAS DE PRODUÇÃO).................................................................................. 39
5.1VARIÁVEIS BÁSICAS:.................................................................................... 39
5.2REQUISITOS DE PRECEDÊNCIA: ................................................................. 39
5.2.1 Tabela de Precedência:........................................................................... 39
5.2.2 Matriz de Precedência:............................................................................ 40
5.3BALANCEMENTO DE LINHA: EXEMPLOS ILUSTRATIVOS........................ 41
ii
5.4CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS LINHAS DE PRODUÇÃO ............................ 44
5.4.1 Quanto ao propósito................................................................................ 44
5.4.2 Quanto ao número de estações de trabalho ......................................... 44
5.4.3 Quanto ao tipo de configuração............................................................. 45
5.5FORMULAÇÃO GERAL DO CASO “PRODUÇÃO FIXA PARA A
OTIMIZAÇÃO DO NÚMERO DE ESTAÇÕES” ............................................... 45
6 MÉTODOS PARA LAYOUT CELULAR OU LAYOUT DA TECNOLOGIA DE
GRUPO (SISTEMA DE MANUFATURA CELULAR) ................................................ 51
6.1CONCEITOS BÁSICOS................................................................................... 52
6.2CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS CÉLULAS .................................................... 52
6.3PROBLEMAS BÁSICOS ................................................................................. 53
6.4RESOLUÇÃO DO PROBLEMA 1.................................................................... 54
6.5RESOLUÇÃO DO PROBLEMA 2.................................................................... 57
6.5.1 Formulação Geral .................................................................................... 59
7 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................... 63
iii
LISTA DE FIGURAS
Figura 2.1 – Correlação entre os aspectos que fazem surgir o estudo de layout e os
diferentes problemas de layout ............................................................. 6
Figura 2.2 – Estratégias de posicionamento e processos de produção ................... 10
Figura 2.3 – Layout linear ou por produto ................................................................ 12
Figura 2.4 – Layout funcional ou por processo ........................................................ 12
Figura 2.5 – Layout posicional ou por posição fixa...................................................
13
Figura 2.6 – Layout misto: fabricação (layout funcional) e montagem (layout linear)14
Figura 2.7 – Layout misto: aproveitamento de folgas em operações ....................... 14
Figura 2.8 – Layout celular ....................................................................................... 15
Figura 2.9 – Tipo de layout em função da relação variedade – volume ................... 15
Figura 2.10 – Relação entre custos de equipamentos e quantidade de produção em
layouts funcional e linear..................................................................... 16
Figura 3.1 – Fases do planejamento de layout ........................................................ 17
Figura 3.2 – Ciclo do processo de projeto ................................................................ 19
Figura 3.3 – O sistema de procedimentos SLP........................................................ 20
Figura 3.4 – Dados iniciais e suas inter-relações em um projeto de layout.............. 21
Figura 3.5 – Esquema de coordenadas para medição de distância entre centros de
produção ............................................................................................. 24
Figura 3.6 – Malha de Movimentação Direta:........................................................... 25
Figura 3.7 – Malha de Movimentação Retangular.................................................... 25
Figura 5.1 – Diagrama de Precedência .................................................................... 40
Figura 6.1 – Estratégias de posicionamento e layouts correspondentes ................. 51
Figura 6.2 – Evolução da tecnologia ........................................................................ 51
Figura 6.3 – Novas áreas de uso dos layouts .......................................................... 52
iv
LISTA DE QUADROS
Tabela 2.1 – Tipos básicos de layout e aspectos relacionados ............................... 11
Tabela 3.1 – Classificação dos métodos de construção do diagrama de
inter-relações....................................................................................... 23
Tabela 4.1 – Representação do Diagrama de Multi-Produtos.................................. 27
Tabela 4.2 – Operações de Produção...................................................................... 27
Tabela 4.3 – Tabela para o Dimensionamento do Fluxo de Transporte .................. 28
Tabela 4.4– Tabela de Tráfego (DE/PARA) ............................................................. 28
Tabela 4.5 – Seqüência de Operações e No de Viagens ......................................... 30
Tabela 4.6 – Tabela Posição/Demanda ................................................................... 31
Tabela 4.7 – Cálculo das Médias Posição/Demanda............................................... 32
Tabela 5.1 – Tabela de Precedência........................................................................ 40
1
1 INTRODUÇÃO
Esta apostila foi desenvolvida com o objetivo de consolidar informações e facilitar a
consulta de assuntos sobre Arranjo Físico Industrial.
Por se tratar de uma matéria muito ampla, é difícil encontrar um livro texto exclusivo
cobrindo-a de forma clara e objetiva. O assunto é sempre abordado em capítulos
específicos de livros de Engenharia de Produção, mas nunca atingindo, de forma
completa, as reais necessidades de quem deseja estudar ou pesquisar sobre
Arranjo Físico Industrial.
Além disso, cabe ressaltar também uma dificuldade sobre o tema. Trata-se do fato
de serem utilizados termos e expressões em inglês, como Layout e Facilities, que
não possuem tradução simples em português. Para layout usam-se as traduções
arranjo físico, disposição, localização ou o próprio termo em inglês. Para facilities
usa-se a expressão “elementos industriais”, procurando representar máquinas,
equipamentos, departamentos e até mesmo fábricas, ou seja, todo aquele recurso
que contribui para a produção de bens e serviços.
O objetivo é, portanto, disponibilizar um texto que, além de servir para consulta
sobre os aspectos mais fundamentais do tema, possa ser utilizado para
incorporação, desenvolvimento e aprofundamento de novos aspectos estratégicos e
técnicos. Desta forma, através de uma permanente atualização, o presente texto
poderá ser usado cada vez mais como uma referência.
2
2 CONCEITOS GERAIS
2.1 DEFINIÇÃO
Qual é o objetivo de um plano de arranjo físico? Em alguns casos, o planejamento
das instalações pode parecer tão fácil quanto movimentar máquinas ou
equipamentos numa área, arranjando-os e re-arranjando-os até conseguir uma
disposição satisfatória. Para mudar um pouco a aparência de nossas casas, esse
entendimento seria razoável. Mas, para uma indústria, esse procedimento
significaria certamente perda de tempo, ociosidade de equipamento e interrupção no
trabalho de máquinas e trabalhadores.
O tempo despendido no planejamento do arranjo, antes da sua implantação, evita
que as perdas assumam grandes proporções e permite que todas as modificações
se estabeleçam em uma seqüência lógica. Este estudo prévio do posicionamento
relativo dos recursos produtivos – homens, máquinas e materiais – no espaço é o
que pode ser chamado de Arranjo Físico ou Layout.
Layout pode ser definido como o estudo da combinação “ótima”, em termos
de disposição, dos meios que contribuem para a produção de bens e serviços.
Segundo MOORE (1962), isso inclui a mão-de-obra, equipamento de operação,
espaço de estocagem, equipamento de movimentação de materiais e todos os
outros serviços de suporte, além do projeto da melhor estrutura na qual estas
instalações estarão dispostas. No entanto, vale ressaltar que o layout não trata de
detalhes da construção, como, por exemplo, da arquitetura das instalações.
2.2 PREMISSAS BÁSICAS DE LAYOUT
Existem duas questões básicas e de grande importância para o entendimento da
disposição dos recursos produtivos. Tais questões representam as principais
variáveis associadas ao estudo do layout:
Do que? (QUESTÃO I)
Layout
Com que objetivo? (QUESTÃO II)
QUESTÃO I: Quais os elementos que deverão ser dispostos?
A resposta a esta questão definirá os elementos (facilities) que deverão ser
localizados, ou dispostos. Em função do porte e da natureza desses elementos, esta
questão permite dividir o assunto em seis áreas:
1. Plant Location (Localização Industrial): preocupa-se com a localização de
fábricas, depósitos ou empresas em uma determinada localidade. Essencialmente,
essa área pode ser subdividida em:
- Macro localização: escolha da região.
- Micro localização: escolha do terreno (local da planta).
3
Estudos de Localização Industrial envolvem uma série de fatores como mercado,
legislação trabalhista, legislação ambiental, política fiscal (impostos e incentivos),
transporte, entre outros que venham a afetar o custo do produto a ser
manufaturado. Como essas considerações geralmente não pertencem ao escopo da
engenharia, a localização industrial é normalmente realizada por outros
profissionais, como, por exemplo, economistas. É válido ressaltar a influência de
forças políticas, que podem pesar grandemente no processo decisório de
localização de uma indústria, especialmente pela definição de políticas de incentivos
fiscais e investimentos.
2.Plant Layout (Layout Industrial): preocupa-se em planejar a melhor disposição dos
recursos produtivos – homens, materiais e equipamentos – e todos os serviços de
suporte, juntamente com o design da melhor estrutura (departamentos, setores etc)
para conter esses recursos. O resultado do estudo consiste em um layout de blocos
ou um layout detalhado.
3.Micro Layout (Layout do “Posto de Trabalho”): procura a melhor disposição de
ferramentas e utensílios no posto de trabalho, levando em conta aspectos
ergonômicos e antropométricos. Tais características são mais estudadas na área da
Ergonomia.
4.Office
Layout (Layout de Escritório): similar ao Plant Layout, diferenciando-se por
estar mais voltado à localização de móveis e equipamentos no setor de serviços.
Sua importância tem crescido em função das tendências de eliminação de paredes
fixas que tradicionalmente isolavam salas e escritórios para uma estrutura mais
“aberta”, utilizando, geralmente, paredes móveis e mais baixas que favorecessem a
comunicação direta entre os funcionários.
5.Warehouse Layout (Layout de Depósitos): os depósitos são similares às plantas
industriais, considerando a movimentação de materiais entre centros de operação.
Em função disso, ambas abordagens de layout apresentam muitas similaridades. A
diferença principal está no fato de os depósitos envolverem, essencialmente, a
atividade de estocagem (sendo que uma planta industrial geralmente envolve um
processo de transformação física ou química). Um dos principais objetivos de um
layout de depósito é minimizar as distâncias percorridas na movimentação de
materiais, internamente as suas áreas de armazenagem, e, como um todo, desde
de a área de desembarque (entrada) até a de embarque (saída).
6.Layouts Especiais: apresentam características diferenciadas em relação aos
demais tipos de layout, especialmente quanto ao setor, ou área, de aplicação.
Basicamente, os layouts especiais se aplicam a três setores: retail (varejo), hospital
e aeroportos. A elevação do nível de complexidade em sistemas operando nesses
setores tem justificado a necessidade de um tratamento especial aos seus layouts.
Segue uma descrição desses tipos de layout.
- Retail Layout (Layout de Varejo): preocupa-se com o arranjo de áreas
para prateleiras de exposição de produtos e áreas de circulação de
consumidores. Tais aspectos são mais aplicáveis ao setor varejista, como
em lojas de departamentos e supermercados.
4
- Layout de Hospital: preocupa-se com a melhor estruturação e organização
das diversas áreas (alas) em um ambiente hospitalar, de modo a facilitar
os acessos a elas, com a minimização das distâncias percorridas; além de
favorecer a alocação mais eficiente dos recursos (materiais hospitalares,
equipamentos, leitos, equipe de atendimento etc.) e definir um ambiente
seguro e confortável aos seus usuários.
- Layout de Aeroporto: preocupa-se em definir a melhor disposição dos
diversos setores (embarque, desembarque, check-in, despacho de
bagagens etc.) de modo a otimizar o fluxo de clientes e materiais em
movimentação nos terminais, de acordo com as demandas em períodos
diferenciados.
QUESTÃO II: Qual o objetivo do layout ?
Esta questão visa esclarecer os objetivos a serem atingidos ao se planejar um
layout, o que permitiria avalia-lo. Os objetivos são representados por meio de
critérios de eficiência, que podem ser de natureza qualitativa ou quantitativa. Dentre
os critérios mais representativos, pode-se destacar (MOORE, 1962):
• Minimizar o custo de movimentação de material.
• Minimizar o investimento em equipamentos.
• Minimizar o tempo total de produção.
• Utilizar o espaço mais eficientemente.
• Proporcionar ambiente adequado ao trabalho, com conforto e segurança.
• Diminuir o risco de acidentes.
Os exemplos de critérios de eficiência apontados sugerem uma multiplicidade de
‘combinações ótimas’ que podem ser obtidas. Além disso, um mesmo critério de
eficiência pode gerar uma série de layouts alternativos (aspecto que será tratado
mais adiante).
Apesar de o custo de um layout bem estudado ser superior ao de um layout mal
estudado, este último afetará continuamente os custos de produção, encarecendo o
produto ou serviço. Portanto, o investimento em um bom estudo de layout
normalmente se paga rapidamente.
2.3 ASPECTOS QUE FAZEM SURGIR O ESTUDO DE LAYOUT
Um problema de layout surge toda vez que se pensa em modificar ou introduzir um
meio que contribua para a produção. A seguir são mostrados alguns aspectos que
geram a necessidade de se fazer um estudo de layout.
(a) Mudança no projeto do produto ou serviço.
(b) Novo produto ou serviço.
(c) Obsolescência das instalações existentes.
(d) Melhoria das condições de trabalho e redução de acidentes.
(e) Variações na demanda do produto.
(f) Substituição de equipamentos.
(g) Mudanças no processo produtivo.
(h) Mudanças no mercado de consumo.
5
(i) Redução de custos.
Os aspectos (e), (f) e (g) são particularmente importantes por serem representativos
nas mais recentes mudanças na organização da produção. Tradicionalmente, o
estudo de layout na produção de bens abordava duas formas clássicas: o layout
funcional e o layout por produto. Nos últimos anos, muita atenção tem sido dada a
uma terceira forma: o layout celular. A segmentação dos mercados de consumo é
um importante fator que dificulta o arranjo em linhas de montagem de produtos
padronizados, resultando em um foco maior no layout celular, que possibilita a
produção com maior flexibilidade (SZWARCFITER & DALCOL, 1997).
2.4 DIFERENTES PROBLEMAS DE LAYOUT
Os aspectos mencionados na Seção 2.3 geram diferentes tipos ou níveis de
problemas de layout:
I. Pequenas modificações em layout existente.
II. Alteração completa do layout existente (rearranjo ou re-layout).
III. Modificação com adição no layout.
IV. Construção de novas instalações.
I. Pequenas modificações em layout existente
São alterações locais realizadas para resolver pequenos problemas específicos que
eventualmente surjam; por exemplo, problemas de iluminação, ventilação,
modificações no método de trabalho e na rotina, mudança de certo tipo de
equipamento etc. Corresponde ao tipo de problema mais freqüente e, normalmente,
não requer o uso de técnicas especiais de resolução de problemas de layout,
podendo ser aplicado apenas o bom senso.
II. Alteração completa do layout existente (rearranjo ou re-layout)
Este tipo de problema é de natureza muito mais complexa, sendo conseqüência de
fatores mais fortes, como a introdução de um produto completamente novo,
mudança no projeto do produto, alteração do processo produtivo ou um problema de
racionalização em grande escala, como a reengenharia.
III. Modificação com adição no layout
Os fatores geradores desse tipo de problema são os mesmos do problema anterior.
No entanto, a natureza desse tipo de problema é diferente. Enquanto a ‘alteração
completa’ implica a modificação de um layout existente, o caso de ‘modificação com
adição’ estende essa ação à adição de mais um elemento ao layout. Sendo assim, a
nova configuração é obtida de modo a otimizar a localização da parte acrescentada.
IV. Construção de novas instalações
Nos casos anteriores, existe sempre uma importante fonte de restrição: a estrutura
física onde serão localizados os elementos já está construída, sendo, portanto,
necessário achar um arranjo ‘ótimo’ para os elementos dentro dessa estrutura pré-
estabelecida. No caso de ‘construção de novas instalações’, essa restrição pode
não existir: muitas vezes muda-se para um prédio já existente (possibilitando
localizar os elementos de uma maneira muito mais harmônica), mas,
6
freqüentemente, toda a estrutura deve ser construída, possibilitando o projeto do
funcionamento do prédio como um todo.
Existe uma certa correlação entre os aspectos que fazem surgir o estudo de layout
(item 2.3) e os diferentes problemas de layout (item 2.4). Em geral, um tipo de
‘problema’ será mais comum para cada tipo de ‘aspecto’ (embora isso não seja uma
regra), como mostra a Figura 2.1.
Figura 2.1 – Correlação entre os aspectos que fazem surgir o estudo de layout e os
diferentes problemas de layout
Fonte: Adaptado de MOORE (1962, p. 99).
ASPECTOS QUE FAZEM
SURGIR O ESTUDO DO
LAYOUT
DIFERENTES PROBLEMAS
DE LAYOUT
Mudança no
projeto do
produto
Novo produto
Melhoria das
condições de
trabalho
Variação na
demanda do
produto
Substituição
de
equipamento
Mudanças no
processo
produtivo
Pequenas
alterações em
layout existente
Alterações
completas do
layout existente
(Re- layout)
Modificação com
adição no layout
Construção de
novas instalações
7
2.5 LAYOUT NO PROJETO TOTAL DO EMPREENDIMENTO
O “Projeto Total do Empreendimento” é uma terminologia atribuída ao conjunto de
elementos relacionados à constituição de uma empresa. Isto envolve uma variedade
de decisões importantes a serem tomadas para que o projeto seja efetivo.
A seguir são listadas as doze principais decisões gerenciais associadas ao “Projeto
Total do Empreendimento”1, onde percebe-se que o Planejamento de Layout é uma
delas (MOORE, 1962, p. 9):
1) Formas de levantamento do capital.
2) Projeto do(s) produto(s).
3) Estudo de mercado e previsão de vendas.
4) Estudo e seleção dos processos produtivos.
5) Decisão de comprar ou fazer (terceirização).
6) Dimensionamento da capacidade produtiva.
7) Escolha da faixa de concorrência (prioridades competitivas).
8) Localização da planta.
9) Arranjo físico (layout).
10) Estudo do edifício industrial.
11) Previsão de diversificação da produção.
12) Desenvolvimento da estrutura organizacional.
2.6 TIPOS BÁSICOS DE LAYOUT E SUAS CARACTERÍSTICAS
Antes de efetivamente apresentar os tipos de layout e suas características, é
interessante expor alguns aspectos que permeiam a classificação que será
apresentada. Essencialmente, faz-se necessário contextualizar o estudo do Iayout
relativamente a quatro aspectos: a) Classificação das atividades econômicas, b)
Tipo de processo produtivo, c) Estratégia de posicionamento e d) Tipo de produto.
a) Classificação das atividades econômicas
Considerando as transformações econômicas ocorridas no Século XX, e a
conseqüente ênfase dada a diversos aspectos de layout, cabe aqui posicionar o
estudo de layout, a ser abordado no texto, em função das atividades econômicas.
Dentre as atividades econômicas clássicas, será dado maior ênfase ao Setor
Secundário da Economia. Esse setor envolve, entre outros tipos de indústrias, as
chamadas indústrias de transformação, onde o layout industrial é mais aplicado.
Essa indústria subdivide-se em:
ν Indústria de Processo ou Indústria de propriedade.
ν Indústria de Fabricação e Montagem ou Indústria de forma.
1 Vale ressaltar que a lista apresentada não representa uma hierarquização, ou ordenação, de
importância entre as diversas decisões gerenciais, até mesmo porque existe uma grande inter-relação
entre elas.
8
b) Tipos básicos de processos de produção ou transformação
Uma das variáveis mais importantes na determinação do tipo de layout a ser
adotado é tipo de processo de produção. Essa variável determina o tipo de
abordagem a ser utilizada para o estudo do layout e as metodologias utilizadas para
se encontrar o ‘layout ótimo’. São cinco os tipos básicos de processo de produção,
ou de transformação2:
ν Processo contínuo (continuous process): considerado o extremo da produção em
grandes volumes de produto ou serviço padronizados com linhas de produção
rígidas; geralmente uma matéria-prima (como líquido, gás, pó etc.) move-se sem
parar através do sistema produtivo; a taxa de utilização (ocupação) do processo
é maximizada para evitar paradas e reinícios dispendiosos nas operações.
ν Processo repetitivo ou em série (line process ou flow shop): elevados volumes de
produção; produtos ou serviços padronizados (baixa variedade); materiais e
clientes movem-se linearmente de uma operação a outra em uma seqüência fixa;
há pouca variação no modo de efetuar as operações. Também conhecido como
produção em massa.
ν Processo intermitente ou em lotes (batch process): opera em níveis médios de
produção, dedicando grande variedade de recursos aos seus produtos ou
serviços; os recursos são compartilhados entre os produtos ou serviços, com o
sistema produtivo produzindo um lote de produtos ou serviços específicos, para,
em seguida, mudar para a produção de um outro diferente (eventualmente o
mesmo); não existe uma seqüência padrão de operações ao longo do processo.
ν Processo sob encomenda ou “customizado” (job shop): sistema que produz
segundo especificações dos clientes, operando com base na flexibilidade de
seus recursos (capacidade de adaptar-se às necessidades das seqüências de
operações de cada produto ou serviço); os produtos podem requerer diferentes
seqüências de operações; existe uma grande variedade de produtos ou serviços
sendo produzidos (contudo, pode ser limitada); os volumes de produção são
relativamente baixos; há a possibilidade (e um esforço) de padronização de
algumas operações.
ν Projetos especiais (project process): seqüência de operações – e processo
compondo cada uma – é única para cada processo; o volume de produção é
baixo (one-of-a-kind); produtos ou serviços são produzidos segundo
especificações dos clientes; cada novo projeto é tomado como de produção
única, geralmente por um grupo (ou time) de projeto.
(c) Estratégias de posicionamento
As estratégias de posicionamento são especialmente importantes ao estudo de
layout, pois definem o modo como as empresas organizam seus sistemas
produtivos, e, essencialmente, identificam a natureza das operações necessárias ao
atingimento dos objetivos da organização (KRAJEWSKI & RITZMAN, 1996). Tendo-
se uma estratégia de posicionamento definida, pode-se definir o tipo de layout mais
propenso a ser utilizado.
2 Baseado em KRAJEWSKI & RITZMAN (1996)
9
KRAJEWSKI & RITZMAN (1996) caracterizam três estratégias de posicionamento:
ν Foco no produto: o sistema produtivo é organizado em função do produto ou
serviço em si. Nesse caso, o sistema visa a produção de grandes volumes de
poucos produtos ou serviços padronizados. Geralmente, a seqüência de
operações é organizada segundo um fluxo linear. Como o sistema prevê a
duplicação de recursos, os produtos ou serviços não competem por recursos
limitados.
ν Foco no processo: o sistema produtivo é organizado em função dos processos
usados para produzir um produto ou serviço. O foco é o processo, não o produto
ou serviço em si, sendo os equipamentos e o pessoal organizados em torno do
processo. Há uma tendência a produção de uma ampla variedade de produtos
ou serviços “customizados” e a baixos volumes. São definidos agrupamentos de
máquinas ou pessoal em áreas (ou setores) para o desempenho de funções (ou
operações), específicas, sendo feita a movimentação dos produtos ou serviços
de uma área (ou setor) a outra, conforme a necessidade de realização de uma
função (ou operação). Produtos ou serviços competem por recursos limitados.
ν Foco intermediário: as estratégias de foco no produto e foco no processo
representam dois extremos, entre os quais está a estratégia de foco
intermediário. Os níveis de produção são moderados, com sistemas atendendo a
uma variedade considerável de produtos ou serviços. Tal estratégia sugere um
balanceamento entre as outras duas.
A Figura 2.2 representa um contínuo de escolhas para as estratégias de
posicionamento de uma organização em função da variedade e volume de produtos
ou serviços. As posições mais freqüentemente ocupadas estão na diagonal entre o
foco no processo e foco no produto. Não são comuns os posicionamentos muito
distanciados dessa diagonal, e pouco freqüentes os posicionamentos nos extremos
da diagonal oposta (área mais clara) (KRAJEWSKI & RITZMAN, 1996). A Figura 2.2
também apresenta um contínuo de escolha do processo produtivo, associado às
estratégias de posicionamento.
(d) Tipo de produto
O tipo de produto é outra variável a ser considerada na classificação dos tipos de
layout. Aqui, serão conceituados dois tipos básicos de produto:
ν Bens contínuos: geralmente líquidos, gases e/ou outra matéria-prima, produzidos
de modo contínuo e regular (ex: aço e petróleo refinado).
ν
Bens discretos (contáveis): resultado da produção em unidades de produto, tais
como televisores ou seus componentes eletrônicos.
10
Figura 2.2 – Estratégias de posicionamento e processos de produção
Fonte: Adaptado de KRAJEWSKI & RITZMAN (1996, p. 97).
Uma vez contextualizado o estudo do layout, relativamente aos aspectos de
classificação das atividades econômicas, tipo de processo produtivo e estratégia de
posicionamento, serão apresentados quatro tipos básicos de layout e suas
características3:
ν Layout Linear ou Por Produto.
ν Layout Funcional ou Por Processo.
ν Layout Posicional ou Por Posição Fixa.
ν Layout Híbrido.
O Tabela 2.1 resume as relações entre os aspectos discutidos e os tipos básicos de
layout.
3 Com exceção do layout posicional, ou por posição fixa, usado em situações especiais, os outros
tipos clássicos de layout (funcional, linear e híbrido) serão estudados mais adiante.
FOCO
NO
PRODUTO
FOCO
INTERMEDIÁRIO
FOCO
NO
PROCESSO
Baixa AltaVARIEDADE
VO
LU
M
E
Baixo
Alto
Processo
em série
Processo sob
encomenda
Processo
contínuo
Processo
em lotes
Projetos
especiais
11
Tabela 2.1 – Tipos básicos de layout e aspectos relacionados
INDÚSTRIA DE
TRANSFORMAÇÃO PRODUTO
PROCESSO DE
PRODUÇÃO
TIPO BÁSICO
DE LAYOUT
QUANTIDADE
DE
PRODUÇÃO
VARIEDADE OU
CUSTOMIZAÇÃO
Indústria de
Propriedade
Bens
Contínuos
Processo
Contínuo ____ Alta Baixa
Linear ou
Por Produto
Produção em
Massa
(Repetitivo ou
em Série)
Híbrido
(Misto ou
Celular)ProduçãoIntermitente
ou em Lotes
Funcional
ou
Por Processo
Produção sob-
encomenda
ou
“customizado”
Indústria de
Forma
Bens
Discretos
(Contáveis)
Projetos
Especiais
Posicional ou
Por Posição
Fixa
Baixa Alta
ν Layout Linear ou Por Produto:
- Usado para a fabricação de um ou poucos produtos padronizados.
- Grande volume de produção de cada produto durante considerável período de
tempo.
- Fluxos de produção lógicos e operações repetitivas.
- Pequeno estoque de material em processo.
- Pequeno tempo de produção por unidade.
- Pouca habilidade é requerida ao operador.
- Os equipamentos são, geralmente, dedicados (especializados) (destinados a
uma ou pouquíssimas operações).
- Layout rígido em relação à ocorrência de quebra de máquinas (com
conseqüente parada no processo de produção) e alterações no projeto do
produto (possibilidade de obsolescência do layout).
12
Exemplo:
Figura 2.3 – Layout linear ou por produto
ν Layout Funcional ou Por Processo:
- São produzidos muitos tipos de produtos.
- Pequeno volume de produção por produto; produção total pode ser elevada.
- Utilização freqüente de equipamentos de uso geral (capazes de executar uma
variedade de operações similares).
- Elevada taxa de utilização de máquinas.
- Crescente necessidade de movimentação de materiais.
- Elevado estoque em processo (work-in-process).
- Os operadores executam freqüentemente diversas tarefas.
- Layout flexível em relação à ocorrência de quebra de máquinas e,
principalmente, em relação à produção de novos produtos (introdução de novo
produto no processo produtivo ou modificação de um produto existente).
Exemplo:
Figura 2.4 – Layout funcional ou por processo
A B D
D E C
E F A
Produto 1
Produto 2
Produto 3
Produto 1
Produto 2
Produto 3
A B C
D E F
Produto 1
Produto 2
Produto 3
Produto 1
Produto 2
Produto 3
13
ν Layout Posicional ou Por Posição Fixa:
- Baixo volume de produção.
- Produção não repetitiva.
- Reduzida movimentação de material.
- Elevada movimentação de pessoal e equipamentos.
- Pode requerer grande espaço físico.
- Produção é feita normalmente sob-encomenda com especificação do cliente.
- Elevada flexibilidade para lidar com mudanças, principalmente relacionadas ao
projeto de produto, mix de produtos e volume de produção.
- Trabalho realizado por turmas com responsabilidades bem fixadas.
Exemplo:
Figura 2.5 – Layout posicional ou por posição fixa
ν Layout Híbrido:
- Procura associar diversas vantagens dos layouts linear e funcional.
- Produção de um número médio de variedades e em média quantidade.
- Elevada taxa de utilização dos equipamentos e máquinas.
- Utilização freqüente de equipamentos multi-propósitos (capazes de executar
uma grande variedade de operações bastante diferenciadas entre si)
- Reduzida movimentação de material e pessoal.
- Estimula a formação de operadores multifuncionais.
Pode ser subdividido em dois tipos distintos:
⇒ Layout Misto – Mistura de dois layouts (Ex: Fabricação com layout
funcional e montagem com layout linear).
⇒ Layout Celular – Agrupa os produtos (ou componentes) em famílias (por
meio de tecnologia de grupo) e forma células para produzir cada família.
T1 Produto
Área de trabalho
T2
T3
T4
T5
14
Exemplos:
Figura 2.6 – Layout misto: fabricação (layout funcional) e montagem (layout linear)
Figura 2.7 – Layout misto: aproveitamento de folgas em operações
A B D
D E C
E F A
Produto 1
Produto 2
Produto 3
Produto 1
Produto 2
Produto 3
Produto 4
Produto 4
A B E
C D
Produto 1
Produto 2
Produto 2
Produto 1
F G
FABRICAÇÃO MONTAGEM
15
Figura 2.8 – Layout celular
O tipo de processo de produção depende, basicamente, de dois fatores: a variedade
de produtos e a quantidade produzida (volume) de cada um deles. Assim, se forem
tomados os processos de produção de bens discretos, pode-se situar o tipo de
layout em um diagrama de variedade x volume, como mostra a Figura 2.9.
Figura 2.9 – Tipo de layout em função da relação variedade – volume
A B
C D
Produto 1
Produto 3
E F
G
Produto 4
Produto 5
Produto 2
Produto 1
Produto 2
Produto 3
CÉLULA 2
CÉLULA 1
Produto 4
Produto 5
Vo
lu
m
e
Variedade
Layout
Funcional
Layout
Híbrido
Layout
LinearAlto
Baixo
Baixa Alta
Layout Posicional
16
Na Figura 2.9, nota-se que para um grande volume de produção de um ou poucos
produtos o layout linear é o mais adequado. Ainda, se por outro lado a variedade de
produtos for muito maior, com a produção em pequenas quantidades de cada
produto, não se justifica a adoção de uma linha para cada produto, e sim um layout
funcional, com máquinas de uso geral.
A avaliação do volume a ser produzido de cada produto sugere uma avaliação dos
custos totais (fixos e variáveis) para a tomada de decisão quanto ao tipo de layout a
ser adotado. A Figura 2.10 mostra uma relação entre custos e quantidade de
produção nos dois tipos clássicos de layout, o funcional e o linear. As características
desses tipos de layout, apresentadas anteriormente, basicamente direcionam a
definição do tipo de equipamento a ser utilizado, destacando-se os custos
relacionados a estes. No entanto, nesse tipo de layout é igualmente freqüente
verificar o não atingimento do pique de eficiência do processo produtivo. Isso
significa dizer que, embora o custo fixo de instalação, F1, para o layout funcional
seja baixo, o custo variável é alto. Em contraste, um layout linear possui custo fixo
de instalação mais alto e custo variável baixo – isso devido à alta eficiência do
processo de produção.
Figura 2.10 – Relação entre custos de equipamentos e quantidade de produção em
layouts funcional e linear
A Figura 2.10 revela bem como o layout funcional é empregado para pequenos
volumes (<Q) e o layout linear, para grandes volumes (>Q). O ponto de equilíbrio,
Q,
representa a quantidade na qual o custo total para ambas as alternativas é o
mesmo. Em quantidades maiores que Q, o custo de um layout funcional excede o
custo de um layout linear equivalente (em termos de quantidade produzida).
Cu
s
to
to
ta
l
Quantidade
Layout Funcional (por processo)
(equipamentos de uso geral)
Layout Linear (por produto)
(equipamentos dedicados ou especialistas)
Custos Fixos
de
Instalação
Ponto de
equilíbrio
F2
F1
Q
17
3 O PLANEJAMENTO DE LAYOUT
3.1 FASES DO PLANEJAMENTO DE LAYOUT
O planejamento de layout dá-se em quatro fases principais, representadas na
Figura 3.1.
Figura 3.1 – Fases do planejamento de layout
Fonte: Adaptado de MOORE (1962, p. 110)
MUTHER (1978, p. 4) descreve essas quatro fases do planejamento do layout do
seguinte modo:
“FASE I – Localização: determina a localização da área para a qual faremos o
planejamento das instalações. Não representa necessariamente um problema
de nova localização. Na maioria das vezes, precisaremos determinar se o novo
layout ou o rearranjo será instalado na área atualmente em utilização, numa
área utilizada para armazenagem, mas que poderia ser liberada, se vai ser
adquirido um novo prédio ou se algum outro local pode ser reaproveitado”.
“FASE II – Layout Geral: estabelece a posição relativa entre as diversas
áreas. Nessa fase, os modelos de fluxo e as áreas são trabalhados em
conjunto, de forma que as inter-relações e a configuração geral da área sejam
grosseiramente estabelecidas. Uma denominação bastante difundida para
esses planos é layout de blocos”.
Localização
(Projeto da Planta)
Layout Geral
(Layout de Blocos)
Layout Detalhado
Implantação
Tempo
Fa
se
s
I
II
III
IV
18
“FASE III – Layout Detalhado: envolve a localização de cada máquina e
equipamento. No planejamento detalhado é estabelecida a localização de cada
uma das características físicas específicas da área, incluindo todos os
suprimentos e serviços. O resultado dessa fase é comumente uma folha ou
uma maquete com os modelos de cada máquina individual ou equipamento”.
“FASE IV – Implantação: nesta última fase é planejado cada passo da
implantação, tratando da apropriação de capital e feita a movimentação das
máquinas, equipamentos e recursos, a fim de que sejam instalados conforme
planejado”.
A Figura 3.1 mostra ainda grandes áreas de interseção entre as fases do
planejamento. Tais interações justificam-se do seguinte modo: durante a seleção da
localização (FASE I), o layout geral (FASE II) deve ser considerado; seria
praticamente impossível resolver todos os problemas do layout geral sem considerar
os planos do layout detalhado (FASE III); e, na fase de instalação (FASE IV), deve-
se fazer mudanças no layout detalhado para ajustes em relação a quaisquer
problemas imprevistos (MOORE, 1962).
Em síntese, o planejamento de layout deve apoiar-se nessas quatro fases, devendo
ser avaliada e aprovada cada uma delas, observando suas interações, antes da
passagem para a fase seguinte.
3.2 PROBLEMA DE PROJETO OU DE OTIMIZAÇÃO?
O planejamento de layout já foi (ou ainda é) um aspecto de grande discussão
quanto a duas visões para sua caracterização: um problema de projeto ou um
problema de otimização. Essas duas visões são discutidas por HERAGU (1997),
como segue.
Basicamente, um problema de projeto não possui uma solução ótima bem definida,
sendo de interesse dos projetistas encontrar não a solução “ótima”, mas sim uma
solução factível, que seja a melhor entre diversas soluções alternativas geradas.
Com isso, provavelmente, as soluções de layout apresentadas por diferentes
projetistas trarão características próprias e diferenciadas, geralmente em função da
diversidade (variabilidade) dos métodos e procedimentos utilizados por eles.
Problemas de otimização, por outro lado, tem uma solução bem definida, chamada
“solução ótima”. Nesse caso, os procedimentos e técnicas adotados são bem
definidos, e podem identificar pelo menos uma solução ótima.
O planejamento de layout, na verdade, tem elementos de ambas as visões; ou
melhor, um problema de layout não pode ser classificado como sendo
exclusivamente um problema de projeto, nem tampouco como de otimização
unicamente (HERAGU, 1997). Logo, o planejamento de layout deve envolver
métodos, técnicas e procedimentos tanto de projeto quanto de otimização, visando
uma maior eficiência na obtenção da melhor solução (ou a “ótima”, se possível) para
o layout.
Ao longo do texto será abordada, implicitamente, essa visão combinada para o
planejamento de layout.
19
3.3 PROCESSO DE PROJETO
A grande maioria dos problemas de engenharia pode ser resolvida por meio de uma
seqüência de etapas lógicas chamadas de “Processo de Projeto”. Como
mencionado anteriormente, o problema de layout também se caracteriza como um
problema de projeto. Isso implica que a busca por uma solução em um problema de
layout pode envolver sistematicamente várias etapas de um processo de projeto,
adaptadas ao contexto do planejamento de layout.
O ciclo do processo de projeto pode ser mais bem entendido a partir da visualização
da Figura 3.2.
Figura 3.2 – Ciclo do processo de projeto
Fonte: Adaptado de FRANCIS & WHITE (1974, p. 20)
A especificação da solução pode ser a fase final do Processo de Projeto, mas não
representa o fim da associação do projetista com o problema do layout. Há ainda
dois outros subgrupos de atividades que se seguem: Implantação e Follow-up. O
subgrupo denominado Implantação consiste em “vender” o projeto (conseguir apoio
da alta gerência para a solução proposta, por exemplo), documentar os
procedimentos que devem ser seguidos, treinar o pessoal em suas funções e
monitorar a operação do novo projeto e a instalação do projeto. O subgrupo follow-
up prevê as observações e acompanhamento do projeto e a avaliação de sua
eficiência, e, caso seja necessário, o apontamento de modificações (medidas
corretivas) que devam ser feitas.
O subgrupo denominado de SLP representa uma sistemática tradicional de projeto
de layout bastante difundida e será descrita a seguir.
Diagnóstico e
Formulação
Análise do
problema
Procura de
soluções
alternativas
Avaliação e
seleção das
alternativas
Especificação
da solução
“Venda”
Instalação
Observação e
acompanhamento
Avaliação da
eficiência
Medidas corretivasOK?Fim
N
NS I
M
P
L
A
N
T
A
Ç
Ã
O
SLP
FOLLOW -UP
PROJETO
20
3.4 SISTEMA SLP
O Sistema SLP (Systematic Layout Planning) é uma sistematização de projetos de
layout, na qual as etapas de análise, procura e avaliação do processo de projeto
tradicional são mais detalhadas. Segundo MUTHER (1978), consiste de (1) uma
estrutura de fases, (2) de um modelo de procedimentos e (3) de uma série de
convenções para identificação, avaliação e visualização dos elementos e das áreas
envolvidas no planejamento.
A Figura 3.3 mostra o sistema de procedimentos do SLP, explicado em seguida.
Figura 3.3 – O sistema de procedimentos SLP
Fonte: MUTHER (1978, p. 7)
No sistema de procedimentos do SLP, particularmente, os dados de entrada são
representados no topo da Figura 3.3. Os cinco elementos apontados formam a base
para o planejamento das instalações. O significado e as características de cada um
deles são apresentados a seguir.
ν Produto (P): é tudo aquilo que é produzido pela empresa, a matéria-prima ou
peças compradas, peças montadas, mercadorias acabadas e/ou serviços
prestados ou processados.
Dados de entrada: P, Q, R, S, T e atividades
1. Fluxo de
materiais
2. Inter-relações
de atividades
3. Diagrama de
inter-relações
4. Espaço
necessário
5. Espaço
disponível
6. Diagrama de
Inter-relações
de espaços
7. Considerações
de mudanças
8. Limitações
práticas
Plano X Plano Z
Plano Y
9. Avaliação
Plano selecionado
21
ν Quantidade (Q): é o montante do produto ou material produzido, fornecido ou
utilizado.
ν Roteiro (R): é a seqüência de operações necessárias para a produção de (P) na
quantidade (Q) em um tempo (T) ótimo, considerando outros fatores como a
disponibilidade de equipamentos, mão-de-obra, capital de investimento, custo
operacional etc.
ν Serviços de Suporte (S): são os recursos, atividades ou funções auxiliares que
devem suprir a área em questão e que lhe darão condições de funcionamento
efetivo.
ν Tempo (T): é a medida de tempo gasto para efetuar a produção do item
(produto ou serviço) considerado, ou ainda, representa a freqüência ou prazo no
qual a produção estará pronta.
As informações sobre o produto, quantidade, roteiro (processos e equipamentos),
serviços de suporte e tempo possuem inter-relações, que compõem as principais
decisões da Engenharia de Produção, como mostrado na Figura 3.4.
Figura 3.4 – Dados iniciais e suas inter-relações em um projeto de layout
Projeto
do
Produto
Projeto
do
Layout
Projeto do
Processo
Planejamento
e
Programação
O que produzir?
(P)
Como serão produzidos
os itens?
(R)
Quanto de cada item
será fabricado?
(Q)
Quando serão
produzidos os itens?
(T)
Em que serviços se
apoiará a
produção?
(S)
22
MUTHER (1978, pp. 7, 8) descreve os nove quadros do sistema de procedimentos
do SLP do seguinte modo:
“O Fluxo de materiais (Quadro 1 da Figura 3.3) muitas vezes é o fator
predominante para o arranjo físico de indústrias”. Deve ser estabelecido “um
fluxo progressivo através da área ou áreas envolvidas baseado nas seqüências
e intensidade do material deslocado”.
“Além das áreas de produção, também as áreas de serviços de suporte
deverão ser levadas em conta no planejamento. Portanto o levantamento das
Inter-relações entre as atividades (Quadro 2) é freqüentemente de igual ou
maior importância que o Fluxo de materiais”.
“Esses dois fatores são combinados no Diagrama de Inter-relações
(Quadro 3) onde as diversas atividades, departamentos ou áreas estão
geograficamente relacionadas entre si, sem considerar o espaço que cada um
deles requer”. É comumente chamado de “pré-layout”.
“Em seguida, têm-se os Requerimentos de Espaço (Quadro 4), obtidos por
meio da análise de máquinas e equipamentos utilizados na produção e dos
serviços envolvidos. Esses espaços necessários deverão ser balanceados de
acordo com a Disponibilidade de Espaço (Quadro 5)”.
“Integrando o resultado desse balanceamento ao Diagrama de Inter-relações,
é obtido o Diagrama de Inter-relações entre Espaços (Quadro 6).
Basicamente, este diagrama já é um arranjo físico. Entretanto, não será o
arranjo definitivo, pois necessita ser ajustado e modificado ao se levar em
conta todas as Considerações de Mudança (Quadro 7): métodos de
movimentação, recursos de estocagem, fatores relativos ao terreno e à
construção, necessidades do pessoal, serviços auxiliares, suprimentos,
controles e procedimentos. Cada idéia ou consideração que surgir deverá ser
comparada frente às Limitações Práticas (Quadro 8): custo, segurança,
códigos de construção, edifícios já existentes, energia disponível etc”.
“Durante o ajuste e a integração do Diagrama de Inter-relações entre espaços,
conforme as considerações de mudança e limitações práticas, surgem diversos
planos que serão testados e examinados. Somente são aprovados os que
possuírem valor prático”.
Com isso, dispõe-se de alguns projetos alternativos (Planos X, Y e Z da
Figura 3.3). “O próximo passo será determinar qual deles será selecionado, o
que é feito por meio de análises de custos e fatores intangíveis” – Avaliação
de arranjos físicos alternativos (Quadro 9). “Como resultado, obtém-se o
Arranjo Físico Selecionado, que poderá ser uma das alternativas ou uma
combinação delas”.
23
3.5 MÉTODOS PARA A CONSTRUÇÃO DO DIAGRAMA DE INTER-RELAÇÃO
(QUADRO 3 DO SLP)
Pode-se classificar os métodos para a construção do diagrama de inter-relações
segundo os quatro aspectos mostrados no Tabela 3.1. Por ser auto-explicativo, o
quadro dispensa maior detalhamento quanto à classificação dos métodos. É
importante notar que cada método pode ser considerado como pertencente a esses
quatro grupos, simultaneamente. Pode-se ter, por exemplo, um método sistemático,
de construção, quantitativo, manual.
Tabela 3.1 – Classificação dos métodos de construção do diagrama de
inter-relações
CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO...
Resultado Ponto de partida Procedimento Porte
Sistemático
(tentativas) Construção Qualitativo Manual
Otimizante Melhoramento Quantitativo Computacional
Os métodos que serão apresentados para a definição de layouts seguem essa
classificação.
3.6 TIPOS DE MOVIMENTAÇÃO ENTRE CENTROS DE PRODUÇÃO
O tipo de movimentação entre centros de produção está diretamente relacionado
aos objetivos do estudo de layout, mais especificamente à aplicação dos critérios de
eficiência. Ter uma boa medida da distância a ser percorrida, ou melhor, da
movimentação do material entre centros de produção, permite uma melhor avaliação
e comparação entre layouts alternativos para poder escolher o melhor, ou mais
eficiente, dentre eles.
HERAGU (1996) considera a existência de uma diversidade de medidas de
distância, tais como4:
♣ Euclidiana (direta).
♣ Euclidiana Quadrática.
♣ Retangular (Retilínea).
♣ Tchebychev.
♣ Distância Aisleana.
♣ Adjacência.
♣ Caminho mínimo.
4 Para obter mais informações sobre cada uma dessas medidas de distância ver HERAGU (1996,
pp. 56-59).
24
É interessante conhecer as possibilidades de movimentação entre centros de
produção. Contudo, os métodos que serão abordados nos próximos capítulos
envolverão a utilização prática de dois tipos principais: movimentação direta
(Euclidiana) e movimentação retangular (retilínea).
Para o desenvolvimento das formulações, considere a Figura 3.5. O objetivo é ir do
centro A até o centro B utilizando uma das duas movimentações citadas.
Figura 3.5 – Esquema de coordenadas para medição de distância entre centros de
produção
Onde:
xA e xB são as coordenadas x dos centróides dos centros A e B, respectivamente.
yA e yB são as coordenadas y dos centróides dos centros A e B, respectivamente.
a) Movimentação Direta (Euclidiana):
Está representada pela reta (I), e a distância entre os pontos pode ser calculada
através da fórmula:
( ) ( )2BA2BAAB y-y x-xd +=
onde dAB é a distância entre os centróides A e B.
Combinando-se os percursos entre os diversos pontos (centróides) de centros de
trabalho, forma-se a chamada malha de movimentação direta, representada na
Figura 3.6.
B
A
(I)
x
y
Centróides:
A (xA , yA)
B (xB , yB)
(II)
25
Figura 3.6 – Malha de Movimentação Direta:
b) Movimentação Retangular ou Retilínea:
Pode ser representada por qualquer caminho dentro do retângulo (II), e a distância
entre os pontos pode ser calculada através da seguinte fórmula:
BABAAB yyxxd −+−=
onde dAB é a distância entre os centróides A e B.
A combinação das possibilidades de percursos entre diversos pontos (centróides) de
centros de trabalho forma a chamada malha de movimentação retangular,
representada na Figura 3.7.
Figura 3.7 – Malha de Movimentação Retangular
Como esse tipo de movimentação inclui vários caminhos com a mesma distância (o
que não ocorre na movimentação direta que possui um único caminho), ele acaba
sendo o mais usado na prática. Além disso, ele é mais facilmente computado e
interpretado.
D
A
C B
A
B
C
D
26
4 MÉTODOS PARA LAYOUT POR PROCESSO OU FUNCIONAL
Este layout é bastante flexível sendo utilizado para a fabricação de diversos tipos de
produtos. Na construção desse tipo de layout pode ser aplicada uma diversidade de
métodos. Basicamente, foram selecionados três métodos para serem apresentados
aqui. Além da descrição de cada método propriamente, alguns recursos para sua
aplicação são apresentados oportunamente.
4.1 MÉTODO DA TABELA DE TRÁFEGO (MÉTODO DOS ELOS)
Classificação do Método:
Sistemático, de construção, quantitativo, manual.
Características Principais:
Considera que existem n centros de produção (elementos ou facilities) e que cada
produto pode passar ou não por esses n centros.
Baseia-se na determinação de todas as inter-relações possíveis entre os n centros
de produção, de modo a criar um critério de priorização na localização desses
centros dentro do layout (VALLE, 1975).
Parte da premissa de que merecem prioridade na localização os centros que
estiverem sujeitos a um maior fluxo de tráfego, de e para os demais centros (VALLE,
1975).
Passos do Método:
1) Obter a seqüência de operações (normalmente através de um Diagrama de
Multi-Produto).
2) Adotar uma medida de transporte (para dimensionar o fluxo).
3) Construir a Tabela de Tráfego ou Diagrama De-Para.
4) Fazer um layout inicial (em função da malha de movimentação).
5) Melhorar o layout por tentativas.
6) Adaptar ao prédio.
Para exemplificar a aplicação do método, considere-se o seguinte problema:
Uma pequena empresa possui em seu processo produtivo uma guilhotina (A), uma
fresadora horizontal (B), uma Furadeira (C), uma fresadora vertical (D), uma
rosqueadeira (E) e de uma retificadora (F). Essas máquinas são usadas para
produzir três produtos distintos, denominados de #1, #2 e #3. Para produzir cada
produto são necessárias operações diversas, tanto em número quanto em
seqüência de ocorrência. Os volumes de produção anual para os produtos #1, #2 e
#3 são 15.000, 12.000 e 40.000, respectivamente. O transporte entre centros é feito
em recipientes com capacidades diferenciadas, 50, 200 e 250 peças/recipiente, para
27
os produtos #1, #2 e #3, respectivamente. A Tabela 4.1 representa o Diagrama de
Multi-Produtos para a apresentação dos dados relacionados aos três produtos.
Deseja-se saber como ficarão localizados os centros de produção para um melhor
rendimento de movimentação (pré-layout), no caso de movimentação retangular.
Tabela 4.1 – Representação do Diagrama de Multi-Produtos
ProdutosCentros de
Produção #1 #2 #3
A - Cortar
B - Fresar (máq.1)
C - Furar
D - Fresar (máq.2)
E - Rosquear
F - Retificar
Produção Anual 15.000 12.000 40.000
Peças/Recipiente 50 200 250
A seqüência de operações para produção mostrada no Diagrama de Multi-Produtos
pode ser sintetizada para melhor visualização, como mostra o Tabela 4.2 (passo 1).
Tabela 4.2 – Operações de Produção
Produto Operações
#1
#2
#3
A ◊ C ◊ F ◊ B ◊ D ◊ E
C ◊ F ◊ B ◊ E ◊ D ◊ F
B ◊ A ◊ F ◊ C ◊ D ◊ E
Na definição de uma medida de transporte (passo 2), pode-se considerar qualquer
unidade que possa expressar a intensidade de tráfego entre os diversos centros,
tais como: número de peças, número de caixas, número de recipientes, toneladas
transportadas e número de pallets. É importante que a medida a ser adotada possa
ser aplicada genericamente para todos os centros.
No dimensionamento da intensidade de tráfego no problema exemplo, será
considerado o número de recipientes que transita entre um centro e outro (ou entre
os elos das operações). Desse modo, a medida de transporte será o número de
1
2
3
4
5
6
1
2
3
5
4
6
2
1
3
4
5
6
28
viagens necessárias para atingir a produção anual de cada produto. A Tabela 4.3
agrega aos dados da Tabela 4.2 as informações necessárias ao dimensionamento
do fluxo de transporte entre os centros de produção.
Tabela 4.3 – Tabela para o Dimensionamento do Fluxo de Transporte
Produto Seqüência de
Operações
Produção
Anual
Peças/
Recipientes
Nº de viagens
(Fluxo)
# 1 A ◊ C ◊ F ◊ B ◊ D ◊ E 15.000 50 15.000/50 = 300
# 2 C ◊ F ◊ B ◊ E ◊ D ◊ F 12.000 200 12.000/200 = 60
# 3 B ◊ A ◊ F ◊ C ◊ D ◊ E 40.000 250 40.000/250 = 160
A Tabela 4.4 representa a Tabela de Tráfego (DE/PARA) para o problema exemplo
(passo 3). Nela estão contidos os volumes que saem e entram para cada centro de
produção. Por exemplo, na seqüência de operações do produto #1 há um fluxo de
300 viagens saindo do centro de produção A (DE) e chegando no centro C (PARA),
representando o primeiro elo de operações. Na diagonal estão os somatórios de
cada linha e da coluna de mesmo nome. Isto representa todo o fluxo que entra e
que sai nos centros de produção.
Tabela 4.4– Tabela de Tráfego (DE/PARA)
PARA
DE
A B C D E F
A 620 300 (#1) 160 (#3)
B 160 (#3) 880 300 (#1) 60 (#2)
C 980 160 (#3) 300 (#1)60 (#2)
D 1040 300 (#1)160 (#3) 60 (#2)
E 60 (#2) 580
F 300 (#1)60 (#2) 160 (#3) 1100
29
A partir da Tabela de Tráfego, define-se uma seqüência de entrada no layout, dada
pela ordenação dos centros em função da movimentação total. No caso da Tabela
4.4, temos a seguinte seqüência:
F D C B A E
Considerando a utilização de Movimentação Retangular, constroem-se, por
tentativas, dois layouts alternativos (passo 4):
Layout 1 Layout 2
Para decidir qual o melhor layout, usa-se o conceito de “Medida de Eficiência”, onde:
. Layout Ideal: Transporte Total = Σ Vi
*Obs.: Neste caso as movimentações são computadas considerando-se apenas os
fluxos diretos entre os elos.
. Layout Real: Transporte Total = Σ Vi . di
Onde,
V = volume
d = distância
Logo,
100.
d.V
V
alRe
IdealEficiência
ii
i
∑
∑
==
⇒ Cálculo da Eficiência dos Layouts acima:
. Layout Ideal = nº elos x fluxo
# 1: 5 x 300 = 1.500
# 2: 5 x 60 = 300
# 3: 5 x 160 = 800
Σ Vi = 2.600 Uma maneira de verificar se este valor encontrado está
correto é comparando-o à metade do somatório da
Diagonal Principal da Tabela de tráfego. Ambos os valores
devem ser iguais pois só deve ser considerado o nº de
elos de saída.
E
D
B
F
C A
D E
F B
C A
30
. Layout Real = nº movimentos x fluxo
Layout 1:
# 1: 6 x 300 = 1.800
# 2: 5 x 60 = 300
# 3: 9 x 160 = 1.440
Σ Vi = 3.540 Ef.1 = 2.600 x 100 = 73%
3.540
Layout 2:
# 1: 6 x 300 = 1.800
# 2: 5 x 60 = 300
# 3: 7 x 160 = 1.120
Σ Vi = 3.220 Ef.2 = 2.600 x 100 = 81%
3.220
Logo, o layout 2 deve ser adotado, pois é o que apresenta maior eficiência.
4.2 MÉTODO DA SEQÜÊNCIA DE DEMANDA (MÉTODO DE NOY)
Classificação do Método:
Sistemático, de construção, quantitativo, manual.
Características Principais:
Parte das mesmas premissas do Método da Tabela de Tráfego. A única diferença é
que a disposição dos centros será sobre uma linha seqüencial, e não sobre uma
malha.
A aplicação do método será feita utilizando-se o mesmo problema exemplo do
Método dos Elos. A Tabela 4.5 reproduz algumas informações relevantes.
Tabela 4.5 – Seqüência de Operações e No de Viagens
Produtos Seqüência de Operações Nº de viagens
# 1 A ◊ C ◊ F ◊ B ◊ D ◊ E 300
# 2 C ◊ F ◊ B ◊ E ◊ D ◊ F 60
# 3 B ◊ A ◊ F ◊ C ◊ D ◊ E 160
A aplicação do método prevê a geração de uma Tabela de Posição/Demanda
(Tabela 4.6), construída considerando-se o “desejo” do centro por uma posição. Por
exemplo, o centro A “deseja” a posição 1 no #1 e a posição 2 no #3.
31
Na Tabela de Posição/Demanda são inseridos os fluxos referentes a cada centro,
de acordo com a sua posição preferencial em cada seqüência de operações dos
produtos.
A última coluna da Tabela de Posição/Demanda
contém os totais dos fluxos em
cada centro de produção.
Tabela 4.6 – Tabela Posição/Demanda
LocalizaçãoCentros de
Produção 1 2 3 4 5 6 Total
A 300 (#1) 160 (#3) 460
B 160 (#3) 60 (#2) 300(#1) 520
C 60 (#2) 300 (#1) 160 (#3) 520
D
300 (#1)
60 (#2)
160 (#3)
520
E 60 (#2) 300 (#1)160 (#3) 520
F 60 (#2) 300 (#1)160 (#3) 60 (#2) 580
Tendo por base a Tabela 4.6, pode-se efetuar os cálculo das Médias Posição/
Demanda, considerando como pesos de ponderação os respectivos fluxos em cada
posição “desejada” pelo respectivo centro, como segue:
etc.
Repetindo-se esses cálculos para todos os centros de produção, obtém-se a
Tabela 4.7.
MA = (300 x 1) + (160 x 2) = 1,3
460
MB = (160 x 1) + (60 x 3) + (300 x 4) = 3,0
520
32
Tabela 4.7 – Cálculo das Médias Posição/Demanda
Centro Média Total
A 1,3 460
B 3,0 520
C 2,5 520
D 5,0 520
E 5,8 520
F 3,2 580
Observando-se a Tabela 4.7, pode-se perceber que há um conflito sobre certos
segmentos ou posições. Os centros F e B “estão interessados” no segmento 3, pois
suas médias indicam isto. Porém, F deve ser alocado antes de todos os outros
centros de produção, isso porque apresenta a maior atividade total (intensidade de
tráfego). Sendo assim, primeiro posiciona-se o centro F, depois o B, e assim por
diante.
Com isso, pode-se definir alguns layouts:
Layout 1:
Layout 2:
Novamente, o Cálculo de Eficiência dos Layouts definirá a melhor alternativa, como
segue:
. Layout Ideal = nº elos x fluxo
# 1: 5 x 300 = 1.500
# 2: 5 x 60 = 300
# 3: 5 x 160 = 800
Σ Vi = 2.600
. Layout Real = nº movimentos x fluxo
Layout 1:
# 1: 5 x 300 = 1.500
# 2: 7 x 60 = 480
# 3: 10 x 160 = 1.600
Σ Vi = 3.520 Ef.1 = 2.600 x 100 = 74%
3.520
A C F B D E
1 2 3 4 5 6
A C B F D E
1 2 3 4 5 6
33
Layout 2:
# 1: 7 x 300 = 2.100
# 2: 8 x 60 = 480
# 3: 11 x 160 = 1.760
Σ Vi = 4.340 Ef.2 = 2.600 x 100 = 60%
4.340
Logo, o layout 1 deve ser adotado pois é o que apresenta maior eficiência.
4.3 MÉTODO DA LOCALIZAÇÃO DE UM NOVO ELEMENTO (FACILITY OU
DEPARTAMENTO) EM RELAÇÃO A OUTROS JÁ POSICIONADOS
Classificação do Método:
Otimizante, melhoramento, quantitativo, manual
Aplicação:
Este método serve para resolver o problema de “adição em layout” podendo ser
utilizado em diversas circunstâncias, tais como:
- Nova máquina num layout existente;
- Departamento numa fábrica;
- Depósito relativo a produtores e consumidores;
- Hospital, estação de bombeiros, escola numa área metropolitana...
Formulação Geral:
- “m” elementos existentes localizados em posições Pi, onde i = 1,...,m.
- novo elemento a ser localizado num ponto X.
- d (X, Pi) = distância entre os pontos X e Pi (retangular ou direta).
- wi = custo por unidade de distância multiplicado pelo nº de viagens
entre o novo elemento e o elemento existente i. É chamado de
peso do movimento.
O custo total de movimentação será:
( ) ( )∑
=
=
m
1i
ii P,Xd.wXf
O objetivo é determinar X* (ponto ótimo) que minimize f(X). Esta expressão varia em
função do tipo de medição de d(X, Pi).
34
Adição com Movimentação Retangular
Pi (ai, bi)
X (x, y)
Então,
( ) ( )∑
=
−+−=
m
1i
iiiy,x
byax.wy,xfmin
( ) ∑∑
==
−+−=
m
1i
iiy
m
1i
ii
xy,x
by.wminax.wminy,xfmin
Logo, pode ser tratado como dois problemas separados:
( ) ∑
=
−=
m
1i
ii1
x
ax.wxfmin
( ) ∑
=
−=
m
1i
ii2y
by.wyfmin
Propriedades da solução ótima:
- Tanto a coordenada “x” como a “y” coincidem com uma das coordenada “ai”
e “bi”, respectivamente, mas não necessariamente do mesmo ponto Pi.
- Os valores ótimos de “x” e “y” são os valores da localização mediana dos
pontos “ai” e “bi”, respectivamente.
Observação relevante para o cálculo da mediana:
⇒ Para um número impar de elementos:
5 2 6 7 12
Primeiramente, deve-se ordenar os elementos de forma crescente:
2 5 6 7 12
A mediana será o elemento central: 6
⇒ Para um número par de elementos:
2 5 6 7
Uma vez estando os elementos em ordem crescente, a mediana será a média
entre os valores centrais:
5 + 6 = 5,5
2
35
Entretanto, em problemas de localização, pode-se considerar a mediana como
sendo qualquer valor do intervalo de 5 a 6.
Para o melhor entendimento dos tópicos anteriores, aqui se apresentam alguns
exemplos numéricos:
Exemplo 1:
Dados:
Ponto Custo de movimento (wi)
P1 (4 , 2) 1
P2 (8 , 5) 2
P3 (11 , 8) 1
P4 (13 , 2) 3
Calcular o ponto ótimo (X*) para o 5º elemento, que deverá ser adicionado no layout.
Resolução:
Para x*: 4 8 8 11 13 13 13 ∴ x* = 11
Para y*: 2 2 2 2 5 5 8 ∴ y* = 2
Logo, X* = (11 , 2)
O custo total para o ponto ótimo pode ser calculado através do gráfico, pelas
distâncias, ou pela fórmula.
Pelo Gráfico:
Custo = (1 x 7) + (2 x 6) + (1 x 6) + (3 x 2) = 31
Pela Fórmula:
Custo = 1 x (|11 - 4| + | 2 - 2|) + 2 x (|11 - 8| + |2 - 5|) + 1 x (|11 - 11| + |2 - 8|) +
+ 3 x (|11 - 13| + |2 - 2|) = 31
y
x
P1
P2
P3
X*
8
5
2
4 8 11 13
P4
•
•
• • •
36
Exemplo 2:
Dados:
Ponto Custo de movimento (wi)
P1 (4 , 2) 1
P2 (8 , 5) 2
P3 (11 , 8) 2
P4 (13 , 2) 1
Calcular o ponto ótimo (X*).
Resolução:
Σ wi = 6 O somatório dos wi′s é par, logo, a solução ótima poderá ser uma reta.
Para x*: 4 8 8 11 11 13 ∴ x* = 8 a 11
Para y*: 2 2 5 5 8 8 ∴ y* = 5
Logo, X* = (8 a 11 , 5)
*Obs.: Dependendo do Σ wi a solução ótima pode ser um ponto, uma reta horizontal,
uma reta vertical ou uma área.
Exemplo 3:
Dados:
Ponto Custo de movimento (wi)
P1 (0 , 0) 5
P2 (3 , 16) 22
P3 (18 , 2) 41
P4 (8 , 18) 60
P5 (20 , 2) 34
Calcular o ponto ótimo (X*).
x
P1
P2 X*
y
8
5
2
4 8 11 13
P4
P3•
•
• •
37
Resolução:
Dado que os wi′s são números grandes, o melhor procedimento é armar uma tabela
para cálculo do x e outra para cálculo do y:
Elemento ai wi wi acumulado
P1 0 5 5
P2 3 22 27
P4 8 60 87
P3 18 41 128
P5 20 34 162
*Obs.: O ai deve ser ordenado de maneira crescente.
wi acum. = 162 = 81
2 2
Então, a mediana estará entre o 81º e o 82º elemento.
Com isso, x* = 8
Elemento bi wi wi acumulado
P1 0 5 5
P3 , P5 2 41 + 34 80
P2 16 22 102
P4 18 60 162
*Obs.: O bi deve ser ordenado de maneira crescente.
wi acum. = 162 = 81
2 2
Então, a mediana estará entre o 81º e o 82º elemento.
Com isso, y* = 16
Logo, X* = (8 , 16)
Pode acontecer que o X* coincida com um elemento já existente, isto é,
(x* , y*) = (ai , bi). Então, a solução ótima não estará disponível e devemos procurar
uma solução sub-ótima.
Uma solução sub-ótima definirá uma família de pontos de mesmo custo chamada de
“CURVA ISO-CUSTO”.
A seguir são mostrados alguns exemplos:
38
a) 1 elemento existente + 1 novo:
A melhor localização para o novo elemento já está ocupada pelo elemento existente,
P1. Neste caso, a solução ótima não está disponível. O novo elemento deve ser
localizado em uma curva iso-custo, o que resultará em uma solução sub-ótima.
É importante salientar que quanto mais afastado do ponto ótimo, maior será o custo,
e, logo, menos desejável será para a implantação do novo elemento.
b) 2 elementos existentes + 1 novo:
Existem duas possibilidades, conforme os pontos P1 e P2 estejam dispostos:
y
P1P2 = solução ótima = solução ótima
Como a reta e o retângulo, que são as soluções ótimas, já estão ocupados por
elementos existentes, ou não estão disponíveis, então, parte-se para uma solução
sub-ótima
sobre uma das curvas iso-custo.
x
P1 P2
C2
C1
• •
y
x
P1
P2
C2C1
•
•
C2C1
P1
y
x
•
C1 < C2 (Custo)
39
5 MÉTODOS PARA LAYOUT POR PRODUTO OU LINEAR (BALANCEAMENTO
DE LINHAS DE PRODUÇÃO)
Inicialmente, uma diferença básica entre o Layout Funcional e o Linear deve ser
destacada. No primeiro, o material movimenta-se em lotes, enquanto que no
segundo, o material movimenta-se em unidades. Isso implica que a configuração
mais comum para o layout linear é a linha de produção.
Linha de Produção pode ser definida como um arranjo de áreas de trabalho, ou
centros de produção, onde o material move-se continuamente através de uma
seqüência de operações balanceadas. Em virtude disso, os problemas de layout
linear são essencialmente problemas de Balanceamento de Linha.
O problema de Balanceamento de Linha (BL) consiste no agrupamento de
elementos de trabalho (operações) em estações de trabalho (centros de produção)
de modo a minimizar o tempo ocioso e sujeito a certas restrições.
As principais restrições são:
- O volume de produção (demanda) deve ser atendido.
- Certas operações devem ser realizadas antes de outras (restrição de precedência).
- O tempo em cada estação deve ser menor ou igual ao tempo do ciclo.
5.1 VARIÁVEIS BÁSICAS:
• Elementos de Trabalho: são as menores subdivisões do trabalho em linha.
Correspondem às operações elementares.
• Estações de Trabalho: conjunto de elementos (operações) agrupados.
• Operação Gargalo: é a operação mais lenta.
• Banks: estoque intermediário ou represamento de material.
• Tempo de Ciclo: é o tempo de produção de cada unidade quando a linha está em
operação estável, ou seja, é o intervalo de tempo entre uma unidade e a
seguinte.
5.2 REQUISITOS DE PRECEDÊNCIA:
É a caracterização da ordem de execução das operações. Existem duas formas de
representar a precedência, por meio da Tabela de Precedência ou pela Matriz de
Precedência, e ambas permitem que se construa o Diagrama de Precedência, o
qual é usado para fazer o Balanceamento de Linha.
5.2.1 Tabela de Precedência:
A Tabela 5.1 representa uma típica Tabela de Precedência, em que a 1a e a 4a
colunas são as mais importantes.
40
Tabela 5.1 – Tabela de Precedência
Operação Descrição da
Operação
Tempo Precedência
Imediata
1 ----------- ------ -
2 ----------- ------ 1
3 ----------- ------ 2
4 ----------- ------ 3, 6
5 ----------- ------ 2
6 ----------- ------ 5
7 ----------- ------ 4
A partir da Tabela de Precedência, monta-se o Diagrama de Precedência, que será
usado para se fazer o balanceamento (Figura 5.1).
Figura 5.1 – Diagrama de Precedência
5.2.2 Matriz de Precedência:
Seja P = [ pij ] uma matriz de zeros e uns, onde:
pij = 1 se i deve preceder a j
pij = -1 se i deve seguir a j
pij = 0 se não há relação
Montando a matriz a partir do diagrama:
j
i 1 2 3 4 5 6 7
1 0 1 1 1 1 1 1
2 -1 0 1 1 1 1 1
3 -1 -1 0 1 0 0 1
4 -1 -1 -1 0 -1 -1 1
5 -1 -1 0 1 0 1 1
6 -1 -1 0 1 -1 0 1
7 -1 -1 -1 -1 -1 -1 0
Obs: Costuma-se circundar o “um” quando a precedência for imediata.
Da mesma forma que a Tabela de Precedência, a partir da Matriz de Precedência
pode-se montar o Diagrama de Precedência (neste exemplo, mostrado na
Figura 5.1).
1 2 3 4 7
5 6
41
5.3 BALANCEAMENTO DE LINHA: EXEMPLOS ILUSTRATIVOS
A seguir, são apresentados quatro exemplos com análises simplificadas sobre o
problema de balanceamento de linha. Tais análises estão focadas na possibilidade
de melhoramento das linhas de produção quanto a aspectos de tempo de ciclo,
ociosidade e produtividade.
Exemplo 1
Este é um exemplo de linha de produção totalmente balanceada, ou seja, não
existe problema na produção. O tempo de ciclo é de 1 min e não existe ociosidade
nas operações, nem operação gargalo.
Exemplo 2
Esta linha de produção, totalmente desbalanceada, representa uma seqüência
linear na qual só é produzido um tipo de produto.
A linha entra em produção estável assim que a primeira unidade acaba de ser
produzida.
A operação gargalo desta seqüência é a 3 pois tem maior duração.
O tempo total para que uma unidade do produto atravesse a linha é de 4 min.
Tempo de ciclo = operação gargalo = 2 min, ou seja, a segunda unidade será
produzida 2 min após a produção da primeira unidade.
É preciso fazer tentativas de mudança na linha de produção, para melhorá-la,
diminuindo o tempo de ociosidade.
⇒ Primeira Tentativa:
Uma modificação que pode ser efetuada é a duplicação da operação 3 (operação
gargalo). Isso reduz o tempo médio dessa operação para 1 min. Com isso, a linha
de produção tornou-se semi-balanceada, com tempo de ciclo e ociosidade iguais a
1 min. No entanto, a ociosidade indica que essa primeira modificação não foi
1 2 3 4
Matéria-prima 1 min 0,5 min 2 min 0,5 min Produto
1 2 3
Matéria-prima 1 min 1 min 1 min Produto Final
Tempo de ciclo = 1 min
Tempo de ociosidade = zero
42
suficiente para balancear totalmente a linha. Parte-se, então, para uma segunda
tentativa de melhoramento.
⇒ Segunda Tentativa:
Na segunda tentativa de balanceamento, efetuou-se a duplicação da operação 1 e a
quadruplicação da operação 3. O novo tempo médio para ambas as operações
passou a ser de 0,5 min. Com essa modificação, a linha tornou-se balanceada.
Observe-se que, conforme o balanceamento é melhorado, o tempo de ciclo diminui
e a produtividade aumenta.
1 2
3
4
Matéria-prima 1 min 0,5 min 2 min 0,5 min
3
2 min
1 min *
Estação de Trabalho
com duas operações
iguais
* Tempo Médio = Tempo da operação/ Nº de operações
Tempo de ciclo = 1 min
Tempo de ociosidade = 1 min
1
2
3
4
3
2 min
Estação de Trabalho
com quatro
operações iguais
1 min
3
3
1
1 min
0,5 min0,5 min
0,5 min
0,5 min
2 min
2 min
2 min
Tempo de ciclo = 0,5 min
Tempo de ociosidade = zero
43
Exemplo 3
Dificilmente esta linha de produção será balanceada com ociosidade zero, pois os
tempos não são múltiplos inteiros.
Nos três exemplos mostrados até aqui, o balanceamento da linha de produção
implica a variação do tempo de ciclo, freqüentemente reduzindo-o.
Conseqüentemente, todo aumento no volume produzido deveria, idealmente, ser
absorvido pelo mercado. Em contraste, existe uma outra situação de balanceamento
na qual o tempo de ciclo permanece fixo e os agrupamentos são feitos entre
operações diferentes (Exemplo 4).
Exemplo 4
O Exemplo 4 representa uma típica linha de produção com operações em paralelo.
Verifica-se que a operação gargalo é a operação G, com 12 min. Isso implica um
tempo de ciclo maior ou igual a 12 min. Desconsiderando-se a duplicação de
operações, para diminuir a ociosidade na linha, pode-se agrupar as operações C, D
e E em uma única estação de trabalho, cujo tempo médio de operação será igual a
12 min. Com isso, a estação 4 torna-se uma estação de trabalho com 3 operações
distintas. As demais operações, neste caso, são consideradas estações de trabalho
isoladas. Evidentemente, existem outras possibilidades de agrupamentos, como
exemplificado a seguir; contudo, deve-se atentar à observância das precedências
entre as operações.
1 2 3
Matéria-prima 1 min 0,7 min 1,8 min Produto Final
A B
C
E
D
5 min
F
G H
Estação 1 Estação 2 Estação 6
Estação 3 Estação 5
10 min 11 min
3 min
7 min
12 min 11 min
4 min
Operação Gargalo = G = 12 min
Tempo de ciclo = 12 min
Estação 4
44
5.4 CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS LINHAS DE PRODUÇÃO
5.4.1 Quanto ao propósito
Linhas de Fabricação:
são mais rígidas porque os tempos são das máquinas e,
portanto, não podem ser alteradas facilmente. Em geral, estão relacionados a
tempos determinísticos. Aplica-se ao Exemplo 2, visto anteriormente.
Linhas de Montagem: são mais flexíveis porque os tempos referem-se a operações
manuais que podem ser mais facilmente alteradas. Em geral, estão relacionadas a
tempos probabilísticos. É o caso do Exemplo 4, onde o tempo de ciclo é fixo e por
isso é possível diminuir o tempo de ociosidade sem, necessariamente, aumentar a
produção.
5.4.2 Quanto ao número de estações de trabalho
Linhas com nº fixo de estações: são linhas em que o balanceamento não altera o
número de estações, como no Exemplo 2.
Linhas com nº indefinido de estações: o balanceamento pode ser feito com
diferentes números de estações, em função do tempo de ciclo. Aplica-se ao
Exemplo 4.
Isso leva a dois enfoques para o balanceamento:
- Estações fixas para o tempo de ciclo mínimo: é o caso de linhas com
número fixo de estações. Tem como característica a otimização do
balanceamento no sentido de minimizar o tempo de ciclo. Este enfoque é
mais aplicável a linhas voltadas a mercados “virgens”, ou com capacidade
de absorção da produção.
- Produção fixa para o número ótimo de estações: é o caso de linhas com
número indefinido de estações. Este enfoque é mais aplicado a sistemas
produtivos voltados a mercados sob alta competitividade, sendo mais
comumente encontrado nos sistemas atuais do que a idéia de ciclo
mínimo.
A B
C E
D
5 min
F
G H
Estação 1 Estação 2
Estação 3
Estação 5
10 min 11 min
3 min 7 min
12 min 11 min
4 min
Tempo de ciclo = 15 min
Estação 4
45
5.4.3 Quanto ao tipo de configuração
Linhas de produção convencionais: representam as formas comumente
encontradas, mais especificamente linhas de fabricação ou de montagem.
Linhas de novos sistemas de produção: representam as formas mais modernas que
surgiram de reformulações das linhas convencionais, reestruturando-as
principalmente em relação ao papel dos fornecedores no processo de produção. Os
exemplos mais difundidos dessas configurações são o Condomínio Industrial e o
Consórcio Modular.
5.5 FORMULAÇÃO GERAL DO CASO “PRODUÇÃO FIXA PARA A
OTIMIZAÇÃO DO NÚMERO DE ESTAÇÕES”
Objetivo:
Agrupamento de elementos (operações) em estações de trabalho, tal que:
a) As combinações dos elementos (operações) satisfaçam os requisitos de
precedência.
b) O tempo de trabalho numa estação seja menor ou igual ao tempo de ciclo.
c) A soma dos tempos ociosos na linha seja mínima.
d) A taxa de produção seja satisfeita (a demanda prevista ou programada seja
atendida).
e) Cada elemento (operação) seja designado para apenas uma estação.
Seja:
i = 1, 2, ..., I um conjunto de elementos (operações) de trabalho.
k = 1, 2, ..., K um conjunto de estações de trabalho, cada uma composta de um
subconjunto de 1 ou mais elementos (operações).
Ik = subconjunto de elementos (operações) i, pertencentes à estação k.
T = medida do tempo de trabalho (tempo produtivo).
ai = tempo requerido pelo elemento (operação) i para uma unidade do produto.
C = tempo de ciclo da linha, em tempo/unidade;
q = volume de produção previsto (demanda).
Então,
q
TC = (que é fixo, neste caso)
46
Restrições:
Cai ≤ para i = 1, 2, ..., I
Ca
kIi
i ≤∑
∈
para k = 1, 2, ..., K
O limite inferior de k (solução factível), ou seja, o menor número de estações de
trabalho será:
⎥⎥
⎥⎥
⎥
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎢
⎡
=
∑
=
C
a
k
I
i
i
1
min
onde, ⎡ ⎤A significa o menor inteiro maior ou igual a A.
Se for possível balancear a linha com kmin estações, então, obtém-se um
balanceamento ótimo factível.
Tempo ocioso na estação k, por ciclo, é igual a ∑
∈
−
kIi
iaC
Tempo ocioso total da linha, por ciclo:
∑
=
−=
I
i
iaCkT
1
.φ
A eficiência da linha balanceada será:
100.
.
.
1
Ck
a
ef
I
i
i∑
=
=
Exemplo 1:
Considere um produto que deve passar por 5 operações e ser produzido a uma taxa
de 160 unidades por semana (demanda do mercado). A empresa trabalha 8 h/dia de
2ª a 6ª feira. A figura a seguir mostra o diagrama de precedência entre as operações
1
2
4
3
5
12 min/und
8 min/und
7 min/unid
4 min/und 13 min/und
47
Resolução:
⇒ Cálculo do C:
q
TC = = 8 h/dia x 5 dias/sem x 60 min/h = 15 min/und
160 und/sem
Como os tempos de operação (ai) são menores que o tempo de ciclo da linha (C),
então, o valor calculado para C é compatível, ou seja, Cai ≤ (i = 1, 2, ..., I)
⇒ Cálculo de kmin:
⎥⎥
⎥⎥
⎥
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎢
⎡
=
∑
=
C
a
k
I
i
i
1
min = ⎥⎥
⎤⎢⎢
⎡
15
44
= ⎡ ⎤933,2 = 3 estações ← solução ótima
Obs.: Quando o valor de ⎡ ⎤A está muito próximo do inteiro imediatamente superior,
dificilmente haverá o atendimento da solução ótima factível com kmin.
⇒ Processo de Balanceamento por Tentativas:
B1 = {(1), (2, 3), (4), (5)}
B2 = {(1), (2), (3, 4), (5)}
B3 = {(1), (3), (2, 4), (5)}
No processo de balanceamento, só foi possível fazê-lo em 4 estações. Porém, o kmin
indica que se deve ter apenas 3 estações. Neste caso, não há uma solução ótima.
⇒ Cálculo do Tempo Ocioso Total:
Tφ B1 = (15 - 12) + (15 - 15) + (15 - 4) + (15 - 13) = 3 + 0 + 11 + 2 = 16
Tφ B2 = (15 - 12) + (15 - 8) + (15 - 11) + (15 - 13) = 3 + 7 + 4 + 2 = 16
Tφ B3 = (15 - 12) + (15 - 7) + (15 - 12) + (15 - 13) = 3 + 8 + 3 + 2 = 16
Uma maneira de verificar qual balanceamento é o melhor, é através do tempo
ocioso total. Neste exemplo, Tφ é o mesmo para todas as tentativas de
balanceamento, pois todas possuem o mesmo número de estações (k = 4).
12 15 4 13 ⇓ tempo da estação Σai
12 8 11 13
12 7 12 13
48
Porém, através da distribuição do tempo ocioso, é possível verificar que Tφ B1 é a
pior situação. Isto se deve ao fato de que uma de suas estações, não possui tempo
ocioso, enquanto que uma outra possui 11 min.
Em relação à distribuição dos tempos ociosos, Tφ B2 e Tφ B3 são mais equilibrados.
⇒ Distribuição de Tφ:
Mφ B1 = 32 + 02 + 112 + 22 = 134
Mφ B2 = 32 + 72 + 42 + 22 = 78
Mφ B3 = 32 + 82 + 32 + 22 = 86
Logo, B2 é o melhor balanceamento dentre os três que têm mesmo número de
estações, pois é o balanceamento com a melhor distribuição das ociosidades,
embora não seja um balanceamento ótimo.
⇒ Cálculo da Eficiência:
100.
.
.
1
Ck
a
ef
I
i
i∑
=
= =
154
44
x
x100 = 73,33%
Exemplo 2:
A empresa Green Grass está projetando uma linha de montagem para produzir um
novo “Pulverizador de Ferlilizantes”. A tabela a seguir reúne as informações básicas
sobre o produto.
Operação Descrição Tempo (seg) Precedência
A Fixar moldura no cone de alimentação 40 -
B Inserir tubo do rotor 30 A
C Fixar eixo 50 A
D Fixar agitador 40 B
E Fixar polia 6 B
F Fixar roda livre 25 C
G Montar suporte inferior 15 C
H Fixar controles 20 D, E
I Montar placa de comando 18 F, G
A previsão de vendas da empresa indica que a produção deverá ser de 2400
pulverizadores por semana. A empresa trabalha num esquema de 40 horas
semanais. Solicita-se que seja feito o balanceamento da linha e indicada a sua
eficiência.
49
Resolução:
⇒ Diagrama de Precedência:
⇒ Cálculo do C:
q
TC = = 40 h/sem x 60 min/h x 60 seg/min = 60 seg/und
2400 und/sem
Como os tempos de operação (ai) são menores que o tempo de ciclo da linha (C),
então, o valor calculado para C é compatível, ou seja, Cai ≤ (i = 1, 2, ..., I)
⇒ Cálculo de kmin:
⎥⎥
⎥⎥
⎥
⎤
⎢⎢
⎢⎢
⎢
⎡
=
∑
=
C
a
k
I
i
i
1
min = ⎥⎥
⎤⎢⎢
⎡
60
244
= ⎡ ⎤06,4 = 5 estações ← solução ótima (factível)
Obs.: Como o valor de ⎡ ⎤A está afastado do inteiro imediatamente superior,
possivelmente haverá o atendimento da solução ótima com kmin.
⇒ Processo de Balanceamento por tentativas:
B1 = {(A), (B, E), (D, H), (C), (F, G, I)}
B2 = {(A), (B), (D, E), (H), (C), (F, G, I)} ◊ pode ser eliminada, pois k = 6 estações
B3 = {(A), (C), (B, F), (D, G), (E, H, I)}
40 36 60 50 58
40 30 46 20 50 58
40 50 55 55 44
A
B
C
D
E
H
F
G
I
40
6
25
18
15
20
40
30
50
50
B4 = {(A), (C), (B, G, E), (D, H), (F, I)}
B5 = {(A), (C), (B, G), (E, F, I), (D, H)}
⇒ Cálculo do Tempo Ocioso Total:
Tφ B1 = 20 + 24 + 0 + 10 + 2 = 56
Tφ B3 = 20 + 10 + 5 + 5 + 16 = 56
Tφ B4 = 20 + 10 + 9 + 0 + 17 = 56
Tφ B5 = 20 + 10 + 15 + 11 + 0 = 56
⇒ Distribuição de Tφ:
Mφ B1 = 202 + 242 + 02 + 102 + 22 = 1080
Mφ B3 = 202 + 102 + 52 + 52 + 162 = 806
Mφ B4 = 202 + 102 + 92 + 02 + 172 = 870
Mφ B5 = 202 + 102 + 152 + 112 + 02 = 846
Logo, B3 é o melhor balanceamento, pois é o balanceamento com melhor
distribuição de ociosidade.
⇒ Cálculo da Eficiência:
100.
.
.
1
Ck
a
ef
I
i
i∑
=
= =
60x5
244
x100 = 81,3%
A distribuição final das operações pelas estações de trabalho, segundo o
balanceamento B3, pode ser vista na figura a seguir.
40 50 51 60 43
40 50 45 49 60
A
B D H
E
I
G
F
C
Estação 1
Estação 2
Estação 3 Estação 4 Estação 5
51
6 MÉTODOS PARA LAYOUT CELULAR OU LAYOUT DA TECNOLOGIA DE
GRUPO (SISTEMA DE MANUFATURA CELULAR)
O surgimento do Layout Celular se deve a dois tipos de pressão:
1. “Demand Pull” - com a saturação dos mercados e a necessidade de aumento de
produtividade, a partir dos anos 70, a demanda tendeu para a média quantidade
(Q) e média variedade (P), tanto no Sistema de Produção em Massa, quanto no
Sistema de Produção em Lotes, como mostra a Figura 6.1.
Figura 6.1 – Estratégias de posicionamento e layouts correspondentes
2. “Technology Push” - a tecnologia empurra a produção industrial no sentido da
introdução de inovações tecnológicas da primeira para a terceira geração, com o
aumento expressivo da automação flexível, como esquematizado na Figura 6.2.
Figura 6.2 – Evolução da tecnologia
Tecnologia Manual
Tecnologia
Mecanizada
Altos Volumes de Produtos
Padronizados
Máquinas dedicadas
Baixos (e Médios)
Volumes de Produtos
Variados
Máquinas multi-propósito
Tecnologia Automatizada
Automação Rígida ou Fixa
Tecnologia Automatizada
Automação Flexível ou
Reprogramável
1ª Geração
2ª Geração
3ª Geração
P
Q
B M A
B
M
A
Layout Linear (Sistema de Produção em Massa)
Layout Celular (Sistema de Manufatura Celular)
Layout Funcional (Sistema de Produção em Lotes)
Efeitos de
Demand Pull
52
Essas duas correntes (“Demand Pull” e “Technology Push”) resultaram na
modificação da Figura 6.1, aumentando a área de aplicação e uso do layout celular,
em detrimento dos outros dois tipos clássicos da layout, como mostrado na
Figura 6.3.
Figura 6.3 – Novas áreas de uso dos layouts
6.1 CONCEITOS BÁSICOS
Objetivo da Manufatura Celular: diminuir o tempo total de fabricação de
peças/produtos por meio da redução dos tempos de movimentação, espera e
preparação de máquinas (set up).
Célula de Fabricação: conjunto de máquinas diferentes arranjadas de forma a
produzir uma família de peças ou produtos.
Família de Peças: agrupamento de peças ou produtos que tenham similaridade em
relação às características geométricas (forma e tamanho) ou em relação ao
processo de fabricação.
Tecnologia em Grupo: filosofia ou técnica que identifica e agrupa peças ou produtos
em famílias.
6.2 CLASSIFICAÇÃO GERAL DAS CÉLULAS
Existem diversas formas de se classificar as células. A classificação abaixo é
considerada uma das mais abrangentes.
Células de
Manufatura
Com
operadores
(Manned)
“Sem”
operadores
(Unmanned)
Formato U
Linear
Automação Fixa
Automação Flexível
Célula Robótica
SMF (Sistema de
Manufatura Flexível)
P
Q
B M A
B
M
A
Planta Dedicada (Automação Rígida)
Sistema de Manufatura Celular ou Flexível (Automação Flexível)
Máquinas Automatizadas Isoladas (Stand Alone)
53
Exemplo de uma célula com 7 máquinas e 3 operadores:
Legenda:
Movimento do Operador
Movimento do Material
S Serra
T Torno
FH Fresa Horizontal
FV Fresa Vertical
R Retífica
IF Inspeção Final
PP Peças (Produtos) Prontas
O “Formato U” é normalmente melhor que o linear, porque a entrada e a saída da
célula são controladas por um mesmo operador.
6.3 PROBLEMAS BÁSICOS
Na discussão de layout celular, têm-se dois problemas básicos:
Problema 1: Como definir a célula, isto é, como alocar máquinas e produtos às
células?
Problema 2: Quantas máquinas devem ser controladas (operadas) por operador?
FH
FV
FV
R
IF
PP
T
T
S
IN OUT
1 1
2
2
2
3 3
3
1
54
Na resolução desses problemas, pode-se adotar os seguintes métodos:
Problema 1: É resolvido através do rearranjo da Matriz de Processamento.
Exemplo: Matriz de Processamento com 5 máquinas e 6 produtos.
M1 M2 M3 M4 M5
P1 - - 1 - 1
P2 - 1 - 1 -
P3 1 1 - 1 -
P4 - - 1 - 1
P5 1 - - 1 -
P6 - - - - 1
⇓ Aplicação de algoritmo
M5 M3 M4 M1 M2
P6 1 - - - -
P4 1 1 - - -
P1 1 1 - - -
P5 - - 1 1 -
P2 - - 1 - 1
P3 - - 1 1 1
Célula 1: M5 e M3 Célula 2: M4, M1 e M2
Família 1: P6, P4 e P1 Família 2: P5, P2 e P3
Problema 2: É resolvido através da análise OWMM (One Worker and Multiple
Machines), usando o “Diagrama Homem-Máquina”. Essa análise
pode ser distinguida por duas abordagens:
6.4 RESOLUÇÃO DO PROBLEMA 1
Análise de Agrupamentos (Cluster Analysis)
Algoritmo do “Agrupamento por Ordenação” (ROC – Rank Order Clustering)
Seja:
aij = uma matriz de zeros e uns onde,
aij = 1 se a parte (ou produto) i é processada na máquina j;
aij = 0 caso contrário.
m = número de máquinas
n = número de partes ou produtos
OWMM
Máquinas Iguais
Máquinas Diferentes
55
Passos:
1. Atribua um peso binário (BW) a cada coluna j da Matriz de Processamento:
BWj = 2 m-j
2. Determine o decimal equivalente (DE) do valor binário de cada linha i:
m
DEi = Σ 2 m-j . aijj = 1
3. Arranje as linhas em ordem decrescente dos valores DE. Desempate
arbitrariamente.
4. Para cada linha da matriz atribua um peso binário:
BWi = 2 n-i
5. Determine o decimal equivalente do valor binário para cada coluna j:
n
DEj = Σ 2 n-i . aij
i = 1
6. Arranje as colunas em ordem decrescente dos valores DE. Desempate
arbitrariamente. Se necessário, volte ao passo 1.
Exemplo: Matriz de Processamento com 7 máquinas e 6 produtos.
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7
P1 1 - - 1 - 1 - 64 + 8 + 2 = 74
P2 - 1 1 - 1 - - 32 +16 + 4 = 52
P3 - - - 1 - 1 - 10
P4 - 1 1 - - - - 48
P5 - - 1 - - - 1 17
P6 - 1 - - 1 - 1 37
64 32 16 8 22 = 4 21 = 2 20 = 1
M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7
P1 1 - - 1 - 1 - 25 = 32
P2 - 1 1 - 1 - - 24 = 16
P4 - 1 1 - - - - 23 = 8
P6 - 1 - - 1 - 1 22 = 4
P5 - - 1 - - - 1 21 = 2
P3 - - - 1 - 1 - 20 = 1
32 28 26 33 20 33 6
Passo 2
Passo 1
Passo 3 (ordenar)
Passo 4
Passo 5
56
M4 M6 M1 M2 M3 M5 M7
P1 1 1 1 - - - - 112
P2 - - - 1 1 1 - 14
P4 - - - 1 1
- - 12
P6 - - - 1 - 1 1 11
P5 - - - - 1 - 1 5
P3 1 1 - - - - - 96
64 32 16 8 4 2 1
M4 M6 M1 M2 M3 M5 M7
P1 1 1 1 - - - -
P3 1 1 - - - - -
P2 - - - 1 1 1 -
P4 - - - 1 1 - -
P6 - - - 1 - 1 1
P5 - - - - 1 - 1
Após o passo 3’, as células estão agrupadas do seguinte modo:
Célula 1: M4, M6 e M1 Célula 2: M2, M3, M5 e M7
Família 1: P1 e P3 Família 2: P2, P4, P6 e P5
Obs.: Pode acontecer, eventualmente, que um produto acabe tendo que pertencer a
duas células. Como exemplo, suponha que P2 também passe na M4.
M4 M6 M1 M2 M3 M5 M7
P1 1 1 1 - - - -
P3 1 1 - - - - -
P2 1 - - 1 1 1 -
P4 - - - 1 1 - -
P6 - - - 1 - 1 1
P5 - - - - 1 - 1
Como no rearranjo da matriz, uma operação (P2 na M4) não ficou pertencente a
nenhuma das duas células, a solução é ter um fluxo produtivo entre as duas células.
Passo 1’
Passo 6
(ordenar)
Passo 2’
Passo 3’
57
6.5 RESOLUÇÃO DO PROBLEMA 2
Diagrama Homem – Máquina
Ilustração:
Considerando-se máquinas automáticas e/ou semi-automáticas, dois tempos estão
envolvidos:
• Tempo no qual operador e máquina estão ocupados.
• Tempo no qual só a máquina está trabalhando.
Exemplo:
Seja:
tempo a = preparação da máquina, isto é, carregar + descarregar = 1,5 min
tempo t = ciclo automático da máquina = 2,5 min.
Então,
A)
ciclo = 1,5 + 2,5 = 4 min
ociosidade do operador = 2,5 min
produção = 1 unidade
Diagrama Homem-Máquina:
a
Oc.
a
t
H M
0
1
2
3
4
M1M2
M3
M4
M5
M6
M7
P2P2 P1, P3P4, P6, P5 P1, P3P4, P6, P5
Célula 2 Célula 1
58
B)
ciclo = 1,5 + 2,5 = 4min
ociosidade do operador = 1,0min
produção = 2 unidades
Diagrama Homem-Máquina:
Neste caso, diminui a ociosidade do operador e aumenta a produção, mantendo o
ciclo das máquinas.
C) ciclo = 4,5min
ociosidade do operador = 0min
ociosidade da máquina = 3 . 0,5 = 1,5min
produção = 3 unidades
Diagrama Homem-Máquina:
Neste caso, a ociosidade passou do homem para a máquina, então, é necessário
descobrir qual dos dois casos será o de menor custo.
a1
a2
a
t
H M1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Oc.1
a1
a2
Oc.2
a
t
a
t
t
a
M2
Ciclo 1
Ciclo 2
a1
a2
a
t
H M1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
a3
a1 a
t
a
t
t
a
M2
Ciclo 1
Ciclo 2
a
a
a2
a3
t
M3
59
6.5.1 Formulação Geral
Seja,
a = tempo de preparação (set-up time);
(descarregar + carregar a máquina)
(atividade concorrente ou concomitante)
t = tempo de máquina (é automático, isto é, independe do operador);
io = ociosidade do operador;
im = ociosidade da máquina;
T = tempo de ciclo (repetitivo).
Então,
taT += (quando existe ociosidade do operador)
a
ta
'n
+
=
onde, n’= numero de máquinas iguais que poderiam ser alocadas a um operador.
Se n’ for inteiro, existe o chamado “casamento prefeito”. Caso contrário, deve-se
escolher “n” ou “n+1” máquinas, tal que, n < n’< n+1.
A escolha entre “n” e “n+1” máquinas deve ser feita segundo critérios de custo.
Seja:
Co = custo por operador / hora
Cm = custo por máquina / hora
Yn = custo por unidade produzida com “n” máquinas
Yn+1 = custo por unidade produzida com “n+1” máquinas
⇒ Se forem escolhidas “n” máquinas (operador ocioso):
a) Tempo de ciclo: T = a + t ou T = n . a + io
b) Custo total por hora = Co + n . Cm
c) Produção de 1 máquina por hora = 60/ (a + t)
d) Produção de “n” máquinas por hora = [60/ (a + t)] . n
Então,
ta
n.60
C.nCY mon
+
+
= ou ( )T.nE.
n.60
CY mn +=
onde, E = Co / Cm
60
⇒ Se forem escolhidas “n+1” máquinas (máquina ociosa):
a) Tempo de ciclo: T = (n + 1) . a ou T = a + t + im
b) Custo total por hora = Co + (n + 1) . Cm
c) Produção de 1 máquina por hora = 60/ [(n + 1) . a]
d) Produção de “n+1” máquinas por hora = [60/((n + 1) . a)] . (n + 1) = 60/ a
Então,
( ) ( )a.1nE.
60
C
a
60
C.1nCY mmo1n ++=
++
=+
Para simplificar: dividindo Yn por Yn+1
n
'n
.
1nE
nE
Y
Y
1n
n
++
+
=
+
Se 1
Y
Y
1n
n >
+
, então, deve-se escolher “n+1” máquinas;
Se 1
Y
Y
1n
n <
+
, então, deve-se escolher “n” máquinas.
Observação:
Se, além dos tempos a e t, existir também um tempo de atividade só do operador,
teremos:
b = atividade do operador independente da máquina, por exemplo:
- tempo de deslocamento entre as máquinas;
- tempo de inspeção;
- tempo de embalagem.
No exemplo anterior, supondo b = 0,5 min
Fazendo b durante o t, a produtividade aumenta, pois diminuirá a ociosidade do
operador. Se for esperar a máquina terminar o seu ciclo para fazer b, esta máquina,
então, ficará ociosa também.
a
Oc.
a
t
H M
0
1
2
3
4
b
5
b
61
Fazendo b durante o t, verifica-se que:
ba
ta
'n
+
+
=
( )T.nE.
n.60
CY mn += (não se altera)
( )( )ba.1nE.
60
CY m1n +++=+ (altera-se pela inclusão de b)
Exemplo:
Uma indústria de tintas, de médio porte, utiliza em seu processo produtivo
“misturadores automáticos” que, após serem carregados pelo operador, misturam os
produtos químicos para produzir as tintas. A empresa está estudando a instalação
de “Células de Manufatura”, de forma a diminuir os tempos de limpeza dos
misturadores, produzindo em cada célula uma família de tintas de mesma
tonalidade. Um estudo dos tempos revela que:
- Tempo para carregar o misturador = 10 min
- Tempo de mistura automática = 10 min
- Tempo de descarregamento automático do misturador = 11 min
a) Determine o número de misturadores que deverão ser alocados a um operador
na célula, de forma que ele não fique ocioso.
Resolução:
Tempo de carregar o misturador: atividade concorrente homem – máquina
a = 10 min
Tempo de mistura automática: somente a máquina trabalha
t = 10 min
Tempo de descarregamento automático: somente a máquina trabalha
t= 11 min
Logo, ttotal = 10 + 11 = 21 min
Com 1 máquina:
Tempo de ciclo = 31 min
Tempo ocioso do homem = 21 min
1,3
10
2110
a
ta
'n =
+
=
+
=
62
n < n’ < n +1
3 < n’ < 4
Então, para o operador não ficar ocioso, n =4.
b) O custo do operador é de R$20/h e de cada misturador é de R$12/h. Quantos
misturadores deverão ser controlados por um operador na célula?
Co = $ 20 /h
Cm = $ 12 /h
E = Co / Cm = 20 / 12 = 1,6
84,0
3
1,3
.
46,1
36,1
n
'n
.
1nE
nE
Y
Y
1n
n
=
+
+
=
++
+
=
+
1
Y
Y
1n
n <
+
Yn < Yn+1 , isto é, o custo de operar 3 máquinas é menor do que o de operar 4
máquinas. Logo, escolhe-se 3 máquinas.
c) Um estudo de tempos mais detalhado revela que o operador gasta 2 min para
deslocar-se entre os misturadores e que, após o descarregamento automático do
misturador, ele realiza uma inspeção de 5 min no produto (durante o novo ciclo
automático do misturador). Como ficará, neste caso, a célula?
Atividade do operador (independentemente da máquina):
b = 2 + 5 = 7 min Esta atividade é feita durante a ociosidade dele,
enquanto a máquina trabalha.
82,1
710
2110
ba
ta
'n =
+
+
=
+
+
= n = 1
n + 1 = 2
31,1
1
82,1
.
26,1
16,1
n
'n
.
1nE
nE
Y
Y
1n
n
=
+
+
=
++
+
=
+
1
Y
Y
1n
n >
+
Yn > Yn+1 , isto é, o custo de operar 1 máquina é maior do que o de operar 2
máquinas. Logo, escolhe-se 2 máquinas.
63
7 BIBLIOGRAFIA
BLACK, J. T. O projeto da fábrica com futuro. Bookman, 1998.
FRANCIS, R. L., WHITE, J. A. Facility layout and location. Prentice-Hall, Inc., 1974.
FRANCIS, R. L., McGINNIS, L. F., WHITE, J.A. Facility layout and location. Prentice-
Hall, Inc., 2nd ed., 1992.
HERAGU, S. S. Facilities design. PWS Publishing Co., 1997.
MUTHER, R. Planejamento do layout: sistema SLP. Ed. Edgard Blucher, 1978.
KRAJEWSKI, L. J., RITZMAN, L. P. Operations management: strategy and analysis.
Ed. Addison-Wesley, 4th ed., 1996.
MOORE, J. M., Plant layout and design. Macmillan, 1962.
SLACK, N. et al., Administração da produção, Cap. 7 - Arranjo Físico e Fluxo,
Editora Atlas, 1997.
SZWARCFITER, C., DALCOL, P. R. T. Economias de escala e de escopo:
desmistificando alguns aspectos de transição. Revista Produção (ABEPRO), v. 7,
n. 2, pp. 117-129, 1997.
TOMPKINS, J. A. et al., Facilities planning, John Wiley, 2ª Edição, 1996.
VALLE, C. E., Implantação de indústrias. Livros Técnicos e Científicos Editora, 1975.

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