plano de processo - GRIMA - Universidade Federal de Santa Catarina

Transcrição

PLANEJAMENTO DO PROCESSO
ASSISTIDO POR COMPUTADOR - CAPP
Prof. João Carlos Espíndola Ferreira, Ph.D.
www.grima.ufsc.br/jcarlos
[email protected]
Universidade Federal de Santa Catarina
Departamento de Engenharia Mecânica
GRIMA - Grupo de Integração de Manufatura
GRUCON
Caixa Postal 476, CEP 88040-900
Florianópolis, SC, Brasil
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Planejamento do Processo
Assistido por Computador - CAPP
João Carlos E. Ferreira
GRIMA, Dep. Eng. Mecânica, UFSC
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“O planejamento do processo é a
ponte que liga o projeto à
manufatura. Portanto, esta
atividade é fundamental em
empresas que querem manter-se
competitivas.”
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CONCEITOS BÁSICOS SOBRE
PLAN. DO PROCESSO
 O QUÊ ?
 Projeto de Produtos
 COMO ?  Planejamento do Processo
 QUANDO ?  Programação da Produção
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PLAN. DO PROCESSO
 Produção em pequenos lotes  flexibilidade de sistemas de
manufatura 
• Flexibilidade:
– equipamentos
– tomada de decisões de projeto
– planejamento do processo
– agendamento – programação da produção (“scheduling”)
– manuseio
– gerenciamento
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PLAN. DO PROCESSO
Volume de produção em países industrializados
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PLAN. DO PROCESSO
Taxa de Produção
X
Variedade
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PLAN. DO PROCESSO
 Produção em massa não é mais efetiva como costumava ser.
 Como a manufatura tinha se tornado tão lucrativa, mais e mais
fabricantes entraram neste mercado.
 No de fabricantes   competição
 No opções para os consumidores   mais fácil encontrar um produto
num preço razoável
 O mercado passou a ser voltado para o consumidor, em vez de ser
voltado para o fabricante.
 Quanto mais o consumidor encontra maiores opções de produtos, o
desejo de ter mais opções torna-se mais forte.
 Variedade de produtos ; Ciclo-de-vida do produto 
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PLAN. DO PROCESSO
 Os fabricantes não perceberam esta situação até a metade dos anos 70.
 Eles se depararam com uma situação em que a ferramenta efetiva (i.e.
produção em massa) tornou-se ineficiente.
 Eles tiveram que procurar uma solução para o seguinte problema:
 produção de quantidade 
 variedade de produtos 
 alteração no projeto das peças 
 estoque-em-processo 

 volume de produção para cada produto 
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PLAN. DO PROCESSO
 CIM  integração de todos os aspectos da manufatura
 Automação flexível de todas as atividades de manufatura
 Coodenação e otimização de todo o sistema de manufatura.
• Palavra chave do CIM  "integração"
 Componentes como CAD, CAM, FMS, CAPP, Computer-Aided
Assembly (CAA), Computer-Aided Testing (CAT), Computer-Aided
Inspection (CAI), MRP, Management Information Systems (MIS), etc.,
devem ser integrados.
 CAPP desempenha um papel extremamente importante.
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PLAN. DO PROCESSO
 Comunicação entre o CAD e o CAM é fundamental no CIM, o que
pode até certo ponto determinar o sucesso do CIM
 CAPP pode ser considerado a ponte entre o CAD e o CAM.
 O CAPP determina como o projeto será feito num sistema de
manufatura.
 Sem um bom CAPP, torna-se impossível transformar a informação de
projeto em manufatura.
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PLAN. DO PROCESSO
 CAD (computação gráfica); CAM (programação de máquinas de
comando numérico)  sucesso!
 A importância do CAPP não havia sido percebida pela indústria de
manufatura em geral até a década passada.
 POR QUÊ ?
 tomada de muitas decisões tecnológicas
 muitos problemas técnicos e organizacionais não são determinísticos
 algumas decisões podem ser tomadas apenas através de métodos
experimentais.
 No de sistemas CAPP desenvolvidos ; poucos industriais
 "Sistemas comerciais CAD/CAM integrados"  sistemas CAD/NC ou
CAD/APT
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PLAN. DO PROCESSO
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PLAN. DO PROCESSO
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Histórico de CAD, CAM, hardware e sistemas de manufatura
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PLAN. DO PROCESSO
 Novos trabalhos em CAPP  O desenvolvimento do CAPP satisfará
as necessidades de implementações de CIM, e também os desafios
cada vez maiores da indústria de manufatura.
 Desenvolvimento de um sistema CAPP:
 compreensão completa dos princípios e metodologias de planejamento do
processo.
 Alguns pesquisadores  importância do código de computador; não
prestam atenção aos princípios e metodologias  o sucesso impossível
 A discussão nesse curso  focaliza-se nas teorias, princípios e
métodos de planejamento do processo, para proporcionar a importante
base tecnológica para o CAPP.
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PROCESSOS DE FABRICAÇÃO
E PLAN. DO PROCESSO
 Os processos: alteram a forma, dimensões e propriedades das matériasprimas ou produtos semi-acabados, ou então efetuam a montagem das
peças nos produtos finais.
– fundição, forjamento, soldagem, puncionamento, estampagem,
usinagem, tratamentos térmicos, tratamentos químicos etc.
• Usinagem: torneamento, fresamento, furação, retificação,
brochamento, geração de engrenagens, etc., dependendo da forma
desejada, dimensões, precisão e qualidade superficial da peça
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E PLAN. DO PROCESSO
 Projeto de um novo produto  Planejamento dos processos para a
fabricação dos seus componentes (tarefa preparatória para a
manufatura)
• Documento resultante  “plano de processo”  serve de base para as
regras referentes às operações de produção.
• Qualidade dos planos de processo influencia:





grau de complexidade do trabalho preparatório para a manufatura;
duração do estágio preparatório;
qualidade das peças e produtos fabricados;
grau de complexidade do escalonamento da produção
seqüência de operações e nos custos de produção.
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DOCUMENTAÇÃO
GENERAL
ELECTRIC
PLANO DE
PROCESSOS
CORPORATION
MatériaPrima
Material
No. da
Operação
Nome da
Operação
Equipamento
No. do
Produto
No. da Peça
Página
____
de _____
Nome da
Peça
Número de
Peças por
Unidade
Disp. de
Ferramenta
Fixação
Quantidade
Instr. de
Medição
Tempos
Padrões
Obs.
Exemplo de um
plano de processo
No.
da
Alteração
Aprovação
Data
Processista
Aprovaçã
o
Data
Data
No. da alteração
Data da
alteração
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DOCUMENTAÇÃO
GENERAL
ELECTRIC
No. do
Produto
No. da Peça
PLANO DE
PROCESSOS
CORPORATION
No. da
Operação
Nome da
Operação
Página
____
de _____
Noma da
Peça
Material
Dureza
Equipamento
Disp. de
Fixação
Tempos Padrões
(DESENHO DE FABRICAÇÃO DA PEÇA)
No. da
Sequência
No. da
Alteração
Operação
Elementar
Aprovação
Ferramenta
Data
Instr. de
Medição
Rotação N
(rpm)
Avanço f
(mm/rev)
Prof. ap
(mm)
Processista
Aprovação
Data
Data
No. da
alteração
Data da
alteração
Obs.
Exemplo de um plano de
processo detalhando as
operações elementares
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E PLAN. DO PROCESSO
 1 peça  no de planos de processo > 1
 Qualidade de um plano de processo  avaliada sob os pontos de vista
tecnológico e econômico.
 Plano de processo é bom quando:
 proporciona a qualidade desejada das peças fabricadas;
 reduz o custo de produção.
 No planejamento do processo, deve-se efetuar:
 uma análise pormenorizada da estrutura da peça, especificações do
material, volume de produção e condições de fabricação
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E PLAN. DO PROCESSO
• Decisões que são tomadas no planejamento do processo:
 Seleção da matéria-prima e seu método de fabricação
 Seleção dos processos de usinagem das superfícies das peças
 Determinação da seqüência de operações
 Determinação da fixação da peça para cada operação
 Seleção do equipamento e ferramentas para as operações de
usinagem
 Determinação das dimensões e tolerâncias operacionais para as
operações de usinagem
• Seleção das condições de usinagem e determinação dos tempos
padrões para cada operação
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Algumas das
atividades no
planejamento do
processo (no contexto
de usinagem)
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Um exemplo de plano (ou folha) de processo
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Uma peça exemplo, para a qual será mostrado um plano de processo para a
sua fabricação
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Plano de processo
para a fabricação da
peça na figura anterior
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Plano de processo
para a fabricação da
peça na figura anterior
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Boxy
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AP203e2
4-axis / 2 setups
AP238
AP203
AP203
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Diferentes estratégias de entrada da ferramenta no material
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Diferentes estratégias de aproximação da ferramenta em relação à peça
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Diferentes estratégias de fresamento (vistas superiores)
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3-Axis / 6 setups
Machining Setup 1 at Scania
Machining Setup 1 at KTH
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4-Axis / 2 setups
Setup 1
Setup 2
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Exemplo de peça com superfície generalizada (“sculptured”)
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Exemplos de peças complexas
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Exemplo de trajetória da ferramenta para a usinagem de uma
peça com superfície generalizada
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COMPOSIÇÃO DOS
PROCESSOS DE USINAGEM
 Processo de usinagem  no de operações através das quais as
matérias-prima são transformadas em peças acabadas.
 Componentes básicos de processos de usinagem  operações.
 Uma operação = porção completa de um processo (p.ex. furação,
retificação) para usinar uma peça (ou várias peças simultaneamente)
numa única fixação.
 Uma operação  utilização do mesmo equipamento e mesma peça,
isto é, pela continuidade.
 Exemplo: se um lote de peças é usinado primeiramente num torno
paralelo, e então numa fresadora, obviamente dois operadores estarão
envolvidos.
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COMPOSIÇÃO DOS
 A figura ilustra a usinagem do furo central e do rebaixo numa flange.
Conceitos de "operação" e "operação elementar"
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COMPOSIÇÃO DOS
 Se o lote de peças é usinado na seguinte seqüência: furação 
mandrilamento do furo  mandrilamento do rebaixo, com três
ferramentas diferentes na mesma máquina (p.ex. num torno), esta é
uma única operação.
 Se estes furos são executados num torno e então mandrilados num
outro torno, a usinagem das peças consistirá de duas operações.
 Operação  todas as atividades diretamente relacionadas à usinagem,
bem como as ações auxiliares e de manuseio.
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COMPOSIÇÃO DOS
 Uma operação elementar é efetuada sem alterar a ferramenta (ou
grupo de ferramentas usadas simultaneamente), a superfície usinada da
peça, a velocidade e o avanço. Se um destes é alterado, tem-se uma
outra operação elementar.
 Exemplo: a operação ilustrada na figura  três operações elementares: 1fazer furo; 2-mandrilar furo; 3-mandrilar rebaixo.
 Se o mandrilamento fosse subdividido em desbaste e acabamento
(diferentes velocidades e avanços), o mandrilamento fino  quatro
operações elementares.
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COMPOSIÇÃO DOS
 Maior eficiência e produtividade  combinação de operações

várias ferramentas para usinar diferentes superfícies da peça.
 Camada profunda de material  operação elementar pode ser
subdividida em vários passes.
 Mandrilamento do rebaixo na figura anterior  poderá ser feito em
vários passes. Porém, 1 só operação elementar (usinagem do rebaixo),
pois não há alteração na ferramenta, na superfície sendo usinada, na
velocidade ou no avanço.
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COMPOSIÇÃO DOS
Operações elementares complexas
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COMPOSIÇÃO DOS
Fresamento de duas superfícies planas (a) em duas fixações (b) numa única fixação
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EXIGÊNCIAS PARA O PLAN.
DO PROCESSO
 PP afeta diretamente: a qualidade do produto, a eficiência da produção
e os custos.
 Um bom plano de processo deve satisfazer as seguintes exigências:
 proporcionar que todas as exigências de qualidade da peça contidas
no desenho sejam atingidas.
 resultar numa elevada eficiência de produção para que os produtos
sejam entregues no prazo estipulado.
 resultar em baixos custos de produção.
 proporcionar uma melhoria nas condições de trabalho, e promover
o desenvolvimento da tecnologia de manufatura.
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DO PROCESSO
 Um dos maiores problemas no PP: como atingir a precisão especificada
no projeto?

 Deve proporcionar que todas as exigências de qualidade sejam atingidas,
sem depender da habilidade do operador.
 Outros problemas tecnológicos e econômicos:
 É apropriado adotar matérias-prima de precisão (fundidos ou
forjados)?
 Vale a pena utilizar novos métodos de usinagem, máquinas ou
ferramentas?
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DO PROCESSO
 Várias alternativas de planos de processos, ou algumas de suas
operações, são avaliadas e comparadas para que o melhor plano seja
selecionado.
 Melhor alternativa? Máquinas mais avançadas? Mais elevada
eficiência de fabricação?
 Avaliação das alternativas  pontos de vista tecnológico e econômico.
 Na maioria dos casos, o custo total é a base da decisão. Mas é
importante que as alternativas satisfaçam as exigências de qualidade e
produção imediata.
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INFORMAÇÕES BÁSICAS
PARA O PLAN. DO PROCESSO
 Compreensão do Desenho e Especificações da Peça
 Processista  deve entender claramente tudo que estiver
especificado no desenho da peça, inclusive todas as vistas da peça,
cotas, tolerâncias, acabamentos e outras especificações técnicas.
 Informações incompletas, incorretas ou indefinidas poderão
resultar em decisões tecnologicamente ruins, e consequentemente
em planos de processo ruins.
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A partir da tolerância
pode-se selecionar um
processo de
fabricação para uma
dada superfície.
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A partir da rugosidade
superficial pode-se
selecionar um processo
de fabricação para uma
dada superfície.
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A partir da rugosidade
superficial pode-se
selecionar um processo
de fabricação para uma
dada superfície.
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– Compreensão do Dimensionamento da Peça:
• Posições relativas entre superfícies podem ser dimensionadas
de 3 maneiras diferentes:
Três meios diferentes de
dimensionamento: (a) em
relação a uma superfície;
(b) seqüencial; (c) combinado
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 Desenho da Matéria-Prima:
– Matéria-prima  selecionada de acordo com o desenho da peça,
levando em consideração as exigências de propriedades mecânicas
e o custo da peça  determina os sobre-materiais de todas as
superfícies da peça que devem ser removidos, e os métodos de
fixação da peça nos estágios iniciais do processo de usinagem.
– Tipos de matérias-prima: fundidos, forjados, peças soldadas,
laminados, etc. (ver figura).
– Tem-se procurado aproximar a forma e o tamanho da matériaprima o mais possível da peça  quantidade de usinagem .
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Exemplos de
matérias-prima
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Exemplos de matérias-prima, e a sua fabricação e inspeção
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 Volume de Produção e Data de Entrega
 Tipos de produção  uma única peça, em lote e em massa.
usinagem
Custo
fundição
+
usinagem
ponto de
equilíbrio
Cm
N*
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N
Um centro de
torneamento CNC
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 Tendência atual no layout da
fábrica  incorporar
flexibilidade ao sistema de
manufatura, para atender a
variedade e mudanças freqüentes
nos produtos a serem fabricados
 FMS (pequenos e médios
lotes)
Layout Celular (TG)
X
Layout Funcional
(Departamental)
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Um sistema
FMS na
Vought
Aircraft, EUA
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 Equipamento de Produção
– O PP pode ser efetuado sob duas condições diferentes:
1. para uma nova planta ou oficina
2. para uma planta já existente
– Caso 1  selecionar as máquinas mais razoáveis, de acordo com
as necessidades
– Caso 2  as máquinas devem ser selecionadas do equipamento
existente disponível na planta ou oficina, a menos que se planeje a
compra de algum novo equipamento. Algumas vezes a
modernização de algumas máquinas é necessária, visando melhorar
as suas funções e aumentar a sua produtividade.
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 Outras Informações sobre a Manufatura:
 ferramentas
 dispositivos de fixação
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