Programação (processos de produção) - Scheduling (production processes)

Programação é o processo de organizar, controlar e otimizar o trabalho e as cargas de trabalho em um processo de produção ou de manufatura. A programação é usada para alocar recursos de fábrica e maquinário, planejar recursos humanos, planejar processos de produção e adquirir materiais.

É uma ferramenta importante para manufatura e engenharia , onde pode ter um grande impacto na produtividade de um processo. Na manufatura, o objetivo da programação é minimizar o tempo e os custos de produção, informando a uma unidade de produção quando fazer, com qual equipe e em qual equipamento. A programação da produção visa maximizar a eficiência da operação e reduzir custos.

Em algumas situações, a programação pode envolver atributos aleatórios, como tempos de processamento aleatórios, datas de vencimento aleatórias, pesos aleatórios e quebras de máquina estocásticas. Nesse caso, os problemas de escalonamento são chamados de " escalonamento estocástico ".

Visão geral

A programação é o processo de organizar, controlar e otimizar o trabalho e as cargas de trabalho em um processo de produção. As empresas usam a programação regressiva e progressiva para alocar recursos de fábrica e maquinário, planejar recursos humanos, planejar processos de produção e adquirir materiais.

• A programação progressiva é o planejamento das tarefas a partir da data em que os recursos se tornam disponíveis para determinar a data de envio ou vencimento.
• A programação regressiva é planejar as tarefas a partir da data de vencimento ou até a data exigida para determinar a data de início e / ou quaisquer alterações na capacidade necessária.

Os benefícios da programação da produção incluem:

• Redução de mudança de processo
• Redução de estoque, nivelamento
• Esforço de agendamento reduzido
• Maior eficiência de produção
• Nivelamento de carga de trabalho
• Cotações de datas de entrega precisas
• Informação em tempo real

As ferramentas de programação de produção superam em muito os métodos de programação manual mais antigos. Eles fornecem ao programador de produção interfaces gráficas poderosas que podem ser usadas para otimizar visualmente as cargas de trabalho em tempo real em vários estágios de produção, e o reconhecimento de padrões permite que o software crie automaticamente oportunidades de programação que podem não ser aparentes sem esta visão dos dados. Por exemplo, uma companhia aérea pode desejar minimizar o número de portões de aeroporto necessários para sua aeronave, a fim de reduzir custos, e o software de programação pode permitir que os planejadores vejam como isso pode ser feito, analisando os horários, o uso da aeronave ou o fluxo de passageiros.

Conceitos-chave na programação

Um personagem-chave da programação é a produtividade, a relação entre a quantidade de insumos e a quantidade de produção. Os conceitos-chave aqui são:

• Insumos: os insumos são planta, mão de obra, materiais, ferramentas, energia e um ambiente limpo.
• Saídas: Saídas são os produtos produzidos em fábricas para outras fábricas ou para o comprador final. A extensão em que qualquer produto é produzido em qualquer fábrica é governada pelo custo de transação .
• Saída dentro da fábrica: A saída de qualquer área de trabalho dentro da fábrica é uma entrada para a próxima área de trabalho naquela fábrica de acordo com o processo de manufatura. Por exemplo, a saída do corte é uma entrada para a sala de dobra.
• Saída para a próxima fábrica: A título de exemplo, a saída de uma fábrica de papel é uma entrada para uma gráfica. A produção de uma planta petroquímica é um insumo para uma usina de asfalto, uma fábrica de cosméticos e uma fábrica de plásticos.
• Produção para o comprador final: a produção da fábrica vai para o consumidor por meio de uma empresa de serviços, como um varejista ou uma empresa de pavimentação de asfalto.
• Alocação de recursos: alocação de recursos é atribuir entradas para produzir saída. O objetivo é maximizar a produção com determinados insumos ou minimizar a quantidade de insumos para produzir o produto necessário.

Algoritmos de agendamento

A programação da produção pode consumir uma quantidade significativa de capacidade de computação se houver um grande número de tarefas. Portanto, uma variedade de algoritmos de atalho ( heurísticas ) (também conhecidos como regras de despacho ) são usados:

• Algoritmos estocásticos: problema de escalonamento de lote econômico e quantidade de produção econômica
• Algoritmos heurísticos: heurística de agendamento de datas de vencimento modificada e heurística de gargalo de deslocamento

Programação de produção em lote

Fundo

A programação da produção em lote é a prática de planejamento e programação dos processos de fabricação em lote. Veja a produção em lote . Embora a programação possa se aplicar a processos tradicionalmente contínuos, como refino, é especialmente importante para processos em lote, como aqueles para ingredientes ativos farmacêuticos, processos de biotecnologia e muitos processos químicos especiais. A programação de produção em lote compartilha alguns conceitos e técnicas com a programação de capacidade finita que tem sido aplicada a muitos problemas de manufatura. As questões específicas de programação de processos de fabricação em lote geraram considerável interesse industrial e acadêmico.

Agendamento no ambiente de processamento em lote

Um processo em lote pode ser descrito em termos de uma receita que compreende uma lista de materiais e instruções de operação que descrevem como fazer o produto. O padrão de controle de processo em lote ISA S88 fornece uma estrutura para descrever uma receita de processo em lote. O padrão fornece uma hierarquia procedural para uma receita. Uma receita pode ser organizada em uma série de procedimentos unitários ou etapas principais. Os procedimentos da unidade são organizados em operações e as operações podem ser organizadas em fases.

A seguinte receita de livro-texto ilustra a organização.

• Carregue e misture os materiais A e B em um reator aquecido, aqueça a 80C e reaja 4 horas para formar C.
• Transfira para o tanque de mistura, adicione o solvente D, Misture 1 hora. Precipita C sólido.
• Centrifugue por 2 horas para separar C.
• Seque em uma secadora de bandejas por 1 hora.

Uma organização processual simplificada de estilo S88 da receita pode aparecer da seguinte forma:

Observe que a organização aqui se destina a capturar todo o processo de programação. Uma receita para fins de controle de processo pode ter um escopo mais estreito.

A maioria das restrições e restrições descritas por Pinedo são aplicáveis ​​no processamento em lote. As várias operações em uma receita estão sujeitas a restrições de tempo ou precedência que descrevem quando elas começam e / ou terminam em relação umas às outras. Além disso, como os materiais podem ser perecíveis ou instáveis, a espera entre operações sucessivas pode ser limitada ou impossível. As durações das operações podem ser fixas ou podem depender das durações de outras operações.

Além do equipamento de processo, as atividades de processo em lote podem exigir mão de obra, materiais, utilidades e equipamentos extras.

Análise de tempo de ciclo

Em alguns casos simples, uma análise da receita pode revelar a taxa máxima de produção e a unidade de limitação da taxa. No exemplo de processo acima, se vários lotes ou lotes do Produto C forem produzidos, é útil calcular o tempo mínimo entre inícios de lote consecutivos (tempo de ciclo). Se um lote puder começar antes do final do lote anterior, o tempo de ciclo mínimo é dado pela seguinte relação:

Onde CT _min é o tempo de ciclo mais curto possível para um processo com M procedimentos unitários e τ _j é a duração total para o j-ésimo procedimento unitário. O procedimento de unidade com a duração máxima é algumas vezes referido como o gargalo. Essa relação se aplica quando cada procedimento de unidade tem uma única unidade de equipamento dedicada.

Se unidades de equipamentos redundantes estiverem disponíveis para pelo menos um procedimento de unidade, o tempo de ciclo mínimo torna-se:

Onde N _j é o número de equipamentos redundantes para o procedimento de unidade j.

Se o equipamento for reutilizado dentro de um processo, o tempo de ciclo mínimo se torna mais dependente de detalhes específicos do processo. Por exemplo, se o procedimento de secagem no exemplo atual for substituído por outra reação no reator, o tempo de ciclo mínimo depende da política operacional e das durações relativas de outros procedimentos. Nos casos abaixo, um aumento no tempo de espera no contenedor pode diminuir o tempo de ciclo mínimo médio.

Visualização

Vários gráficos são usados ​​para ajudar os planejadores a gerenciar visualmente as programações e restrições. O gráfico de Gantt é uma exibição que mostra as atividades em um gráfico de barra horizontal no qual as barras representam o tempo da atividade. Abaixo está um exemplo de um gráfico de Gantt para o processo no exemplo descrito acima. Outro gráfico de tempo, às vezes também chamado de gráfico de Gantt, mostra o tempo durante o qual os principais recursos, por exemplo, equipamentos, estão ocupados. As figuras anteriores mostram este gráfico de Gantt no estilo de ocupação.

Os recursos consumidos em uma base de taxa, por exemplo, energia elétrica, vapor ou mão de obra, são geralmente exibidos como taxas de consumo versus gráficos de tempo.

Métodos algorítmicos

Quando as situações de agendamento se tornam mais complicadas, por exemplo, quando dois ou mais processos compartilham recursos, pode ser difícil encontrar o melhor agendamento. Vários problemas comuns de programação, incluindo variações do exemplo descrito acima, caem em uma classe de problemas que se tornam muito difíceis de resolver à medida que seu tamanho (número de procedimentos e operações) aumenta.

Uma ampla variedade de algoritmos e abordagens tem sido aplicada à programação de processos em lote. Os métodos anteriores, que foram implementados em alguns sistemas MRP, assumiam uma capacidade infinita e dependiam apenas do tempo do lote. Esses métodos não levavam em consideração nenhum recurso e produziriam cronogramas inviáveis.

Os métodos de programação matemática envolvem a formulação do problema de escalonamento como um problema de otimização onde algum objetivo, por exemplo, a duração total, deve ser minimizado (ou maximizado) sujeito a uma série de restrições que são geralmente apresentadas como um conjunto de desigualdades e igualdades. O objetivo e as restrições podem envolver zero ou um (inteiro) variáveis, bem como relações não lineares. Um solucionador apropriado é aplicado para o problema resultante de programação linear ou não linear inteira mista (MILP / MINLP). A abordagem é teoricamente garantida para encontrar uma solução ótima, se houver. A desvantagem é que o algoritmo do solucionador pode levar um tempo excessivo. Os profissionais podem usar simplificações específicas do problema na formulação para obter soluções mais rápidas sem eliminar componentes críticos do modelo de programação.

A programação de restrições é uma abordagem semelhante, exceto que o problema é formulado apenas como um conjunto de restrições e o objetivo é chegar a uma solução viável rapidamente. Várias soluções são possíveis com este método.

A modelagem baseada em agente descreve o processo em lote e constrói um cronograma viável sob várias restrições. Combinando com programação inteira mista ou métodos de otimização baseados em simulação, esta abordagem pode alcançar um bom equilíbrio entre a eficiência da solução e o desempenho do cronograma.

Veja também

• Planejamento e programação avançados
• gráfico de Gantt
• Kanban
• Gestão do processo de manufatura
• Rede de Recursos-Tarefa
• Programação de máquina única
• Cronograma (gerenciamento de projeto)
• Agendamento (computação)
• Programação estocástica

Referências

Leitura adicional

• Blazewicz, J., Ecker, KH, Pesch, E., Schmidt, G. und J. Weglarz, Scheduling Computer and Manufacturing Processes, Berlin (Springer) 2001, ISBN   3-540-41931-4
• Herrmann, Jeffrey W., editor, 2006, Handbook of Production Scheduling, Springer, Nova York.
• McKay, KN e Wiers, VCS, 2004, Practical Production Control: a Survival Guide for Planners and Schedulers, J. Ross Publishing, Boca Raton, Florida. Co-publicado com APICS.
• Pinedo, Michael L. 2005. Planning and Scheduling in Manufacturing and Services, Springer, Nova York.
• Conway, Richard W., Maxwell, William L., Miller, Louis W., Theory of Scheduling , Dover Publications June 2003, ISBN   978-0486428178