Neste artigo apresento um estudo de caso demonstrando a aplicação da simulação de manufatura para o projeto de uma planta. Na verdade, o melhor momento para otimizar uma nova planta fabril é na fase de projeto. Não há modificações dispendiosas no equipamento, nem retreinamento da equipe, nem paralisações enquanto você altera o layout da sua planta. Tudo pode ser feito no papel onde é muito mais barato fazer alterações.

Simulação de manufatura para projetos complexos de plantas

O design da planta é mais fácil dizer do que fazer. Quando você está projetando uma nova planta de fabricação, é simples otimizar uma pequena seção linear do processo, mas otimizar o sistema completo é muito difícil. Mesmo com o uso habilidoso do Excel, você não pode levar em conta todas as restrições de recursos, variação de processo e mix de produtos. Uma segunda questão é que as novas informações geradas por meio de testes de processo e desenvolvimento de projeto são difíceis de incorporar em seu cálculo original.

Para criar um modelo útil do seu projeto, você precisa usar o software de simulação de manufatura (ou simulação de eventos discretos), usamos o Simul8 . Depois de ter o modelo, você pode verificar seu projeto para garantir que esteja atendendo a todas as especificações do projeto. Você pode reduzir o risco do projeto testando a sensibilidade de suas suposições e avaliando possíveis pontos de falha. Essas informações podem então informar a direção do trabalho de desenvolvimento.

Se você deseja otimizar seu design, pode identificar gargalos e subutilização. Em seguida, teste iterativamente o redimensionamento e o rebalanceamento do equipamento até identificar o uso mais eficiente do capital.

Se você estiver preocupado com a sustentabilidade e os custos operacionais, poderá usar o modelo para rastrear diretamente o uso de materiais, mão de obra e energia e produzir um P&L operacional detalhado. E, finalmente, um dos maiores benefícios de ter um modelo é que você pode demonstrar seu design para as partes interessadas. É incrivelmente persuasivo deixar que o Diretor Financeiro e o Diretor Administrativo interroguem seu projeto por meio do modelo.

Criando um modelo de simulação de fabricação

No início, seja muito claro sobre o que você está tentando alcançar. É uma armadilha fácil tentar modelar tudo com um alto nível de detalhes. Depois de entender o que você está tentando alcançar (com uma ideia ou como você pode desenvolver o modelo no futuro), comece a planejar quais informações você precisa. Lembre-se que a chave é apenas modelar o que você precisa modelar.

Quando estamos pensando em criar um modelo de site, consideramos quatro partes:

• Processo de fabricação: como os materiais fluem e são transformados pelo processo.
• Matérias-primas: A cadeia de suprimentos e manuseio de materiais. Levando as matérias-primas para os
  processos de fabricação.
• Distribuição de produtos: como o produto é distribuído para um armazém ou para o cliente.
• Administração: Como as ordens de venda, ordens de produção e cadeia de suprimentos são gerenciadas.

Raramente você precisa modelar todas as quatro partes em grande detalhe e o processo pode ser substituído por um processo de caixa preta. Por exemplo, você pode representar a manufatura como uma atividade que magicamente cospe um produto a cada 5 minutos, especialmente se você estiver interessado apenas na parte de distribuição de produtos do sistema.

Examinar cada parte do modelo do site é um artigo em si que deixarei para outro dia. Aqui eu queria falar um pouco mais sobre modelagem de material bruto, antes de discutir um exemplo de uso de simulação de fabricação em um estudo de projeto de engenharia.

Fluxos da cadeia de suprimentos na simulação de fabricação

As cadeias de suprimentos geralmente são sistemas complexos. Embora do ponto de vista de fabricação o requisito seja simples. Ou seja, as peças certas devem estar no lugar certo na hora certa. Normalmente, há uma loja paralela ao lado do processo onde as peças são consumidas. A loja paralela é reabastecida pelo armazém da empresa que, por sua vez, é reabastecido por um fornecedor.

Se o gerenciamento de estoque é irrelevante para os objetivos do modelo, você pode ignorá-lo e apenas supor que não há restrição decorrente da disponibilidade de matéria-prima. A extremidade oposta disso é construir o modelo em torno das operações de armazenamento e modelar o reabastecimento dos compartimentos e a coleta de peças por meio de listas de seleção.

Modelagem de lojas paralelas na simulação de fabricação

A maior parte do trabalho do Production Support 56 é focado no processo de fabricação. No entanto, muitas vezes estamos interessados ​​no reabastecimento de lojas paralelas e até mesmo no estoque do armazém da empresa. Nesses casos, modelamos a linha de fabricação consumindo estoque e acionando o reabastecimento das lojas paralelas ou do almoxarifado da empresa.

Para modelar isso, precisamos de uma lista de materiais (BoM) para o processo de fabricação. Quando o processo de fabricação é acionado, ele remove o estoque das lojas secundárias. Se o estoque da loja paralela ficar abaixo de um nível de reabastecimento, isso acionará um processo de reabastecimento. Isso pega um tamanho de lote definido de peças do armazém e as adiciona às lojas secundárias. Se também estivermos modelando o depósito, rastrearemos o nível de estoque da peça no depósito e, se isso cair abaixo do nível de novo pedido, acionará um processo de novo pedido, provavelmente terá um tamanho de lote de pedido maior e tem um prazo de entrega maior. Este exemplo usa o gerenciamento de inventário pull. É tão fácil modelar um gerenciamento de estoque push, onde as peças são entregues em um cronograma fixo.

A beleza da modelagem é que você pode testar diferentes protocolos de gerenciamento de estoque e ajustar os níveis de reordenamento e os tamanhos dos lotes. Do ponto de vista do projeto, você pode usar o modelo para otimizar o tamanho de suas lojas paralelas e protocolos de gerenciamento de estoque para garantir o fluxo suave de seus processos de fabricação.

Estudo de caso de simulação de projeto de nova planta de fertilizantes

Aqui seria útil falar sobre um exemplo de uso de simulação de fabricação para dar suporte a estudos de projeto de engenharia de front-end (FEED). Fomos contratados para fornecer um modelo para demonstrar um novo projeto de planta de fertilizantes. O modelo replicaria o novo design, mas executaria dados históricos de produção.

Os objetivos eram:

• Valide e demonstre o novo design para todas as partes interessadas.
• Identificar os requisitos operacionais para evitar que os caminhões de entrega de matéria-prima enfileiram na via pública.
• Ajude a dimensionar os silos de armazenamento para garantir que haja matéria-prima suficiente para durar 24 horas em caso de interrupções na cadeia de suprimentos.

Método para realizar simulação de fabricação de plantas de fertilizantes

O Production Support 56 criou um modelo de computador dinâmico do projeto de engenharia e o executou usando os dados históricos de produção do cliente. O modelo simulou quatro operações principais.

• Administração: Definir cronogramas de produção e gerenciar estoques de matérias-primas.
• Entrega de matérias-primas: Cronogramas de entrega, chegada, descarga e armazenamento de matérias-primas.
• Fabricação de produtos: Retirada e transferência de matérias-primas, fabricação de produtos
  e carregamento de caminhões-tanque de distribuição.
• Distribuição de produtos: Limpeza, carregamento, distribuição e devolução de caminhões-tanque de produtos.

Valor resultante da simulação de fabricação da planta de fertilizantes

O modelo tornou-se uma parte importante do processo de projeto de engenharia e produziu mais benefícios do que o originalmente esperado, aqui estão alguns:

• Validação: O novo projeto de engenharia provou ser capaz de cumprir as
  metas de produção para todas as estações (primavera, verão e outono) e evitar o acúmulo de
  filas de caminhões de entrega fora da entrada do local.
• Otimização do projeto: A equipe de engenheiros conseguiu remover gargalos e
  equipamentos subutilizados na fase de projeto e, portanto, fornecer melhor eficiência de capital.
• Comunicação: O modelo foi usado para demonstrar e questionar o design por todas as
  partes interessadas.
• Plano de crescimento: A empresa de fertilizantes conseguiu impulsionar o projeto e identificar um
  plano de desenvolvimento para aumentar o rendimento em 20%.

Conclusão: Use a simulação para melhorar os projetos

A simulação de fabricação é a ferramenta perfeita para usar durante um estudo de engenharia front-end. Nesse ponto do projeto, a maioria das informações necessárias está disponível. O modelo pode fornecer uma visão real do seu design e permitir que você aproveite ao máximo seus gastos de capital. Também é inestimável como ferramenta de comunicação, poder mostrar a todas as partes interessadas o design em ação e permitir que façam perguntas é uma ótima maneira de criar confiança e adesão.

Linnart Felkl

Cientista de dados com foco em simulação, otimização e modelagem em R, SQL, VBA e Python