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Curitiba – PR, 23 a 25 de outubro de 2002
INDÚSTRIAS DE PROCESSO : COMPARAÇÕES E
CARACTERIZAÇÕES
Flávio Hasenclever Borges
Mestre em Engenharia Industrial pela PUC-Rio Rua Marquês de São Vicente, 225 22453-900 – Rio de Janeiro – RJ.
Paulo Roberto Tavares Dalcol
Departamento de Engenharia Industrial PUC-Rio Rua Marquês de São Vicente, 225 22453-900 – Rio de Janeiro – RJ.
Abstract : The main literature which is used by the Production Engineering community is related to the manufacturing industry. However, since the 1980’s there has been an increasing number of researches approaching the process industry. There is no doubt about the basic differences between these two groups of industry and about the importance of their knowledge in order to manage and control its production. The purpose of this paper is to compare, under the marketing, production and financial points of view, the differences between these industries to fulfill the gap in the Production Engineering context.
Key-words: Process Industries , Flow Shop and Job Shop, Marketing, Production and Financial Environments.
1 - Introdução Encontra-se muito pouca literatura sobre assuntos relacionados `a indústria de processo (IP) no contexto da Engenharia de Produção (EP). São publicados muitos artigos com enfoques voltados a indústria de fabricação e montagem que não contemplam, evidentemente, inúmeras lacunas existentes no esclarecimento de várias problemáticas existentes na IP. Ciente de tal fato, este artigo se propõe, como objetivo geral, a preencher esse vazio, dando uma visão multifacetada do tema, focando não somente questões técnicas, mas também administrativas e estratégicas, no sentido de despertar a comunidade de EP para estudos sobre a IP. Trata-se de um trabalho bastante genérico, cujos conceitos expostos, podem ser aplicados a quaisquer tipos de setores pertencentes à IP, tais como o setor de petróleo, química fina, metalurgia, siderurgia, dentre outros. 2 – Indústria de Processo: Definições de Processo Contínuo ( process/flow ) e Processo por Bateladas ( batch/mix ) As características gerais de uma indústria de processo são bem representadas pela definição da APICS – American Production and Inventory Control Society - ( apud Fransoo e Rutten, 1993, p.48) : Indústrias de processo são aquelas que adicionam valor aos materiais através de mistura, separação, conformação ou reações químicas. O processamento pode ser tanto contínuo como em bateladas (lotes) e geralmente requerem rígido controle do processo e alto investimento de capital. Para melhor entendimento dessa definição, faz-se necessário conceituar também os termos processo por bateladas e processo contínuo. Novamente de acordo com a APICS tem-se : Processamento por bateladas (lotes):
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Um processo industrial que prioritariamente programa curtos ciclos de produção de produtos. Processamento contínuo: Processo no qual as interrupções são mínimas em qualquer corrida de produção ou entre corridas de produção de produtos que exibam características de processo, tais como líquidos, fibras, pulverizados, gases. Essa distinção entre processos contínuos e por bateladas é muito usada para análise dos processos de produção de diferentes setores industrias. Ainda não existe um consenso sobre uma definição mais rigorosa desses termos. Alguns autores usam critérios que observam a escala de produção de um determinado produto e suas conseqüências sobre o equipamento utilizado. Buffa (1979), por exemplo, considera como variável mais importante para a caracterização de um sistema de produção do tipo contínuo a padronização, tanto dos insumos quanto dos equipamentos (inflexibilidade dos equipamentos). Ele considera situações de fluxos contínuos aquelas nas quais os inputs são padronizados, de modo a facilitar que o equipamento também seja padronizado quanto `a seqüências e fluxos. Situações de produção por bateladas (intermitentes) são aquelas onde os equipamentos devem ser flexíveis o suficiente para manipular o processamento de uma larga variedade de produtos, tamanhos e mudanças de projetos de cada produto. Wild ( apud Toledo, Truzzi e Ferro, 1989 ) utiliza como critério para distinção dos processos o grau de repetitividade das operações e o volume de produção, salientando que a produção em massa se assemelha ao processo de produção contínuo. Na opinião de Woodward (1977), a combinação de produtos padronizados com produção minimamente interrompida (em termos de tempo gasto) e equipamentos com baixa flexibilidade, conotam a presença de processos contínuos. Russomano (1979) compara o tempo de set up (preparação do equipamento) com o tempo despendido na operação. A existência de processos contínuos acontece quando o primeiro for muito pequeno em relação ao segundo. De acordo com Toledo, Truzzi, Ferro (1989), o termo contínuo, quando se trata de caracterizar um processo produtivo, é utilizado com significados diversos dos que comumente se confundem numa leitura que desconsidera as preocupações ou os ramos de conhecimento a que se afiliam os autores que deste termo se utilizam. Para os engenheiros químicos, por exemplo, o conceito de um processo contínuo está sempre associado, por oposição, aos processos por batelada. Contínuo para eles é um sistema no qual a alimentação e a saída de um equipamento operam incessantemente, não existindo tempos de carga ou descarga distintos do tempo de operação. Um outro conceito com enfoque mais “temporal” seria o de adoção do termo contínuo para designar os processos produtivos que ocorrem em plantas industriais que funcionam 24 horas por dia. O funcionamento contínuo em termos temporais das plantas é uma exigência de se amortizar mais rapidamente os elevados custos das instalações, apesar de em muitos casos ser uma exigência do processo em si. No caso de produção de antibióticos por fermentação, operação de alto fornos em siderúrgicas ou usinas de zinco, não há como haver freqüentes interrupções no processo. 3 – Processo Contínuo x Processo por Bateladas: Características A Figura 1 sintetiza as principais características de cada uma dessas duas formas de indústrias de processo. Em processo contínuo o tempo de processamento por unidade é muito pequeno, porém a alta velocidade de produção, e o grande tempo gasto com mudanças de set up , impõem que os pedidos ou ordens de serviço sejam grandes. A baixa complexidade e variedade dos produtos, aliados ao baixo número de etapas de produção e a grande demanda por estes poucos produtos, tornam justificáveis altos investimentos em equipamentos de “single
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divisíveis entre si e em relação ao produto final. Normalmente ocorre uma série de reações físico-químicas que se desencadeiam a partir da mistura de reagentes ou da mudança de parâmetros (geralmente pressão, temperatura, volume, densidade, velocidade), influenciando sucessivamente até a obtenção do produto final. Nesse sentido, faz-se a distinção entre “indústrias de forma” que dão uma nova conformação externa à matéria e “indústrias de propriedade”, que alteram a estrutura interna da matéria pelos princípios da produção química. Tais características refletirão nos equipamentos que darão suporte à produção. Ao invés de sistemas discretos, o equipamento parece ser um só, interligado, e o máximo que se consegue distinguir são etapas no processo de fabricação. A aparência externa dessas indústrias nada se assemelha aos tradicionais galpões fabris. “ A fábrica é dispersa e seus equipamentos pesados “explodem” para cima e para os lados, não se contendo na maioria das vezes no interior de qualquer edificação. Porém, convém notar desde logo, que sob a dispersão aparente dos equipamentos dessa indústria, oculta-se muitas vezes um alto nível de integração” (Toledo, Truzzi e Ferro 1989, p.11) Quanto aos mecanismos de controle dos equipamentos em indústrias de processo contínuo, pode-se encontrar três níveis distintos de escala de controle. No primeiro, o controle se localiza junto a cada equipamento, requerendo muita atenção do operador. No segundo, o controle se localiza ainda no equipamento, contudo possui inteligência própria (automatizado) sendo capaz de por si mesmo fazer auto correções se os parâmetros estiverem fora do programado. Em terceiro e último, o controle é automatizado não somente para um equipamento isolado, e sim realizado para todos os equipamentos através da centralização das informações em uma sala de controle. A necessidade de automação na indústria de processo contínuo é sempre crescente. Ela permite ganhos de produtividade uma vez que as informações são processadas com mais velocidade. Os processos produtivos nessas indústrias geralmente são complexos e requerem um grande número de mecanismos de regulação para permitir respostas rápidas, objetivando a manutenção de elevados níveis de produção e eficiência. Permite também economias de mão-de-obra, materiais, além de reduzir problemas envolvendo acidentes de trabalho muito comuns nesse meio. Devido ao elevado capital investido e à natureza intrínseca dos processos, as plantas são pressionadas a trabalharem ininterruptamente. Os acidentes, mesmo os de menor porte, que envolvam apenas parte do processo, prejudicam a produtividade como um todo, devido ao elevado nível de interdependência e integração das várias fases do processo (Ferro, 1989). A automação é uma forte ferramenta para minimizar esses infortúnios. Quanto aos aspectos econômicos, no que tange à obtenção de uma maior produtividade nesse segmento industrial, é importante ressaltar a desconexão existente entre o ritmo de trabalho e o ritmo de produção. A produtividade depende menos do ritmo de trabalho dos operadores e é função do rendimento global das instalações. Para se obter níveis desejáveis de produção, faz-se necessário garantir adequada performance das instalações através da minimização das horas paradas, redução das perdas e falhas nos processo - uma vez que, devido à natureza altamente integrada dessas indústrias uma falha em alguma etapa gera conseqüências para as demais. O aumento da capacidade de produção depende essencialmente da capacidade dos equipamentos, nem sempre dependendo de um maior número de mão-de-obra empregada. Por ser uma indústria tipicamente intensiva em capital, é necessário ocupar totalmente a capacidade dos equipamentos como forma de repor os custos fixos. Um fator facilitador para o preenchimento da capacidade encontra-se no fato de que, normalmente, uma planta ou empresa é responsável por atender grandes demandas. Em relação à organização do trabalho e mão-de-obra, nos processos de produção contínuos, a relação homem-produto praticamente desaparece, dando lugar a relação
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máquina-produto e homem-máquina. A intervenção humana ocorre somente para se fazer a monitoração e manutenção dos equipamentos, além de algumas atividades de apoio. Uma vez que a produção e a produtividade dependem essencialmente da performance das máquinas, os custos de mão-de-obra tendem a se comportar como custos fixos e em geral são baixos. Isso justifica a possibilidade de se pagar salários mais elevados em relação a outras indústrias. 5 – Indústrias de Processo e Indústrias de Fabricação e Montagem Até aqui foram apresentadas características da indústria de processo comparando as duas formas nas quais a mesma se apresenta. Para uma análise completa porém, necessário se faz comparar a indústria de processo não mais internamente, mas sim externamente com a indústria de fabricação e montagem. Esse confronto será baseado fundamentalmente no trabalho realizado por Taylor, Seward e Bolander (1981) e é feito em relação aos ambientes de marketing , fabricação e financeiro. 5.1 – Ambiente de Marketing Um dos mais importantes fatores no desenvolvimento estratégico de um empreendimento é saber diferenciar os serviços e produtos de uma empresa dos de seus concorrentes. Tal diferenciação pode ser vista como um espectro contínuo que possui dois extremos. De um lado se tem produtos sob medida ( custom products ) e do outro produtos não diferenciados ( commodity products ). Os primeiros são encomendados tendo que respeitar certas especificações. Como exemplo têm-se máquinas elétricas, computadores, máquinas ferramentas, certos tipos de mobílias. Já os produtos não diferenciados geralmente servem como matéria-prima para outras indústrias, tais como cimento, aço, zinco, soda cáustica. A indústria de processo tende a ter uma menor diferenciação dos seus produtos do que a indústria de fabricação e montagem. Por conseqüência, seus produtos estão associados aos não diferenciados, ocupando um extremo do espectro. A indústria de fabricação e montagem possui uma maior diferenciação em seus produtos, sendo estes associados aos sob medida, de forma a ocupar o outro extremo. Obviamente existem exceções em ambos os casos, com produtos tipicamente da indústria de processo tendendo a ser sob medida e alguns da indústria de montagem e fabricação tendendo a não diferenciados. A Figura 2 compara os ambientes de marketing da IP e da indústria de montagem e fabricação, mostrando as diferenças entre as duas categorias. Produtos não diferenciados possuem geralmente um limitado número de tipos pertencentes a um mesma família, enquanto os sob medida não tem essa limitação. Aqueles têm poucas mudanças na especificação do produto, enquanto os sob medida são projetados e especificados sob ordens de serviço. O ritmo de venda de produtos não diferenciados normalmente é constante e feito em grande volume para vários clientes, já nos sob medida as vendas são realizadas para um cliente particular através de encomendas eventuais. Produtos não diferenciados tem pequena relação valor/peso, a qual resulta em custos de transporte bem maiores que os sob medida.
Marketing coloca ênfase na disponibilidade e preço do produto^ Marketing coloca ênfase nas características do produto Poucos produtos Muitos produtos Poucas mudanças no projeto Muitas mudanças no projeto do produto Demanda derivada e constante Demanda específica e eventual Grande volume de vendas Pequeno volume de vendas Preços baixos por unidade Preços altos por unidade Custos de transporte relativamente altos Custos de transporte relativamente baixos Unidades não discretas Unidades discretas
Produtos não diferenciados Produtos sob medida
Figura 2: Comparação das características dos produtos e mercados da IP e indústria de fabricação e montagem Fonte: Taylor et al. (1981) p. 10
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A fim de otimizar a utilização de seus investimentos, um flow shop tende a operar em mais de um turno por dia e mais dias de semana que um job shop. Isso faz com que os intervalos de tempo de produção usados para aumentar a capacidade num flow shop sejam muito grandes, uma vez que medidas como acréscimo de mais um turno ou mais horas extras não são possíveis de serem praticadas. A determinação da capacidade produtiva de um flow shop é relativamente fácil. Para tanto, basta analisar os gargalos do processo. Já num job shop a capacidade de produção de cada centro de trabalho pode ser especificada, no entanto a capacidade agregada dependerá do mix de produção que varia constantemente. Em um job shop são necessárias maiores quantidades de estoques intermediários de forma a amortecer variações na taxa de produção entre centros de trabalho, causadas pela variação do mix de produtos. Por outro lado, em um flow shop o processo e as operações estão balanceados para um pequeno grupo de produtos, reduzindo a necessidade de estoques intermediários, que são muito pequenos quando comparados aos estoques de produtos acabados. O número de matérias-primas usadas na produção em um job shop é bem maior quando comparado ao flow shop. Para o primeiro deve haver um esforço de coordenação desses materiais, para que eles estejam no local certo, na hora certa e com a quantidade e qualidade requerida. Esse ambiente torna bastante atrativa a adoção de técnicas de administração da produção como o MRP ( Materials Requirements Planning ) e o JITM (Just-in-Time Manufacturing) que possibilitam coordenar e minimizar os estoques e tempos de set up. Já no flow shop o número de matérias-primas é bem menor e a produção entre as famílias de produtos é relativamente semelhante, tornando o ambiente favorável ao uso de técnicas como o LE (Lote Econômico) e PP (Ponto de Pedido), que permitem a redução de estoques e ao mesmo tempo uma alta taxa de utilização da capacidade. Quanto ao atraso no recebimento de matérias-primas e insumos de produção, os efeitos causados em um ambiente flow shop são maiores, podendo parar toda a planta. Em job shop esse atraso pode causar um retardamento na entrega dos pedidos e aumento dos estoques de outros insumos, caso não haja uma reprogramação. Em um job shop a movimentação de materiais é lenta e geralmente feita através de carrinhos manuais ou pontes rolantes. No flow shop essa movimentação é mais rápida e eficiente, pois é feita através de transportadores contínuos como equipamentos de processo, tubulações e esteiras rolantes. O flow shop tende naturalmente a consumir mais energia do que o job shop por operar durante maior tempo num mesmo período. Além disso, no flow shop existem muitos aquecimentos e resfriamentos no processo, implicando no uso de equipamentos que consomem grandes quantidades de energia como caldeiras, compressores, retificadores de corrente, entre outros. 5.3 – O Ambiente de Financeiro A Tabela 1 fornece dados financeiros pertinentes a vários grupos de indústrias de processo e montagem e fabricação, relativos aos EUA. Esses dados explicitam significativas diferenças entre essas indústrias, assim como diferenças internas entre os grupos que compõem as indústrias de processo e as indústrias de fabricação e montagem. Analisando a primeira coluna da Tabela 1 constata-se o fato da indústria de processo ser considerada mais intensiva em capital do que a de fabricação e montagem. A taxa de 1. dólares de vendas por cada dólar investido na planta é bem menor que os 3.1 encontrados na indústria de processo. A segunda coluna evidencia o fato da indústria de processo ser menos intensiva em mão-de-obra. São precisos dois operários da indústria de fabricação e montagem para gerar as mesmas vendas que um operário da indústria de processo.
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Os dados relativos à terceira coluna mostram que a rotatividade de estoques é um pouco maior na indústria de processo do que na indústria de fabricação e montagem. Da quarta coluna nota-se que os estoques representam cerca de 20% dos recursos de um indústria de processo e 31% dos recursos de uma indústria de fabricação e montagem. São taxas bastante significativas, e caso sejam mal administradas podem causar grandes perdas de lucratividade para ambas categorias industriais.
6 – Considerações Finais Buscou-se, neste artigo, abordar variáveis não essencialmente técnicas relacionadas à IP. É de grande importância o entendimento das características particulares da IP, contrapondo- as `a indústria de fabricação e montagem. Parece haver um crescente consenso em se admitir que existem diferenças fundamentais entre esses dois grupos de indústrias, e que, o conhecimento dessas diferenças, é muito útil no gerenciamento e controle da produção (Borges, 2001). Além disso, o entendimento das características particulares da IP é importante, pois se trata de um grupo industrial que abrange diversos setores capital intensivo que possuem grande representatividade na economia. Como ainda não são desenvolvidos muitos estudos sobre essa indústria, pela comunidade de EP, espera-se que as características e comparações aqui realizadas sirvam para despertar e ampliar trabalhos sobre o tema.
Tabela 1: Características financeiras de indústrias de processo e indústrias de fabricação e montagem Fonte: Financial Dynamics Standard and Poor’s Compust Services Inc., apud Taylor et al. (1981) p.
Vendas/ Vendas/ Rotatividade Estoques/ Indústria investimento operário de estoques recursos bruto (1000 US$) totais (%)
Processo
Maioria dos químicos 1,0 83 6,3 17 Maioria dos aços 1,0 75 8,3 14 papel 1,1 76 9,1 13 Cerveja 1,2 120 10,0 12 Madeira 1,3 84 8,3 14 Óleos Lubrificantes 1,8 315 10 13 Borracha e pneus 1,8 50 5,6 26 Produtos têxteis 1,8 38 5,2 29 Especialidades químicas 2,8 80 6,7 22 Remédios/Produtos hospitalares 2,9 47 4,6 28 Sabão/sabonetes 3,1 110 6,7 27
média 1,8 95 7,3 20
Fabricação/Montagem
Containers 2,1 64 7,1 20 Mobílias 2,3 48 5,9 28 Máquinas ferramentas 2,3 48 3,5 37 Produtos de entreterimento 2,5 45 4,4 31 Produtos eletrônicos 2,9 32 6,3 24 Automóveis 3,0 48 5,6 29 Aeroespacial 3,3 52 5,9 27 Maquinário industrial 3,3 49 3,3 39 Eletrodomésticos 3,4 51 4,4 33 Equipamentos elétricos 3,4 47 4,6 33 Vestuário 5,7 34 4,6 37
média 3,1 47 5,1 31
