Integrated production planning and control model for engineer-to-order prefabricated building systems

Abstract

The industrialization of construction work is one of the ways it is possible to achieve better quality and productivity in this competitive environment. However, in order to improve efficiency using industrialized technologies is not enough. There is a need to improve planning and control systems. Although the Last Planner System has been developed for the construction environment, since it was devised the successful results promoted its implementation in different production environments. Regarding lean production implementations, the system has been pointed out as a starting point for a company to achieve the basic stability. This study is focused in one type of industrialized production system: the engineer-to-order. By industrialized, it is the prefabrication that has been addressed. In these kinds of production systems, there is a need to integrate the prefabrication plant with the construction site needs. This research project aims to develop an integrated planning and control production planning and control model for ETO prefabricated systems, integrating design, manufacturing and site assembly. The research is part of a partnership with a steel fabricator company (Company A) that was interested in improving its production planning system. The research method is grounded in the design science research, in which there is an effort from the researcher to develop an artefact as an output of the research process, in this case, a planning and control model. The implementation adopted some strategies from the action-research, so some solutions needed to be collectively constructed between the researcher and the practitioners, in order to have an effective use in the organization. Following this strategy, it is possible to have same learning cycles during the implementation of the solutions, which are continually assessed and adapted in order to improve the processes analysed. The results are divided into four phases of implementation. In the first step the main effort was in consolidating an integrated planning and control process for the short-term in the production units. In the second step the focus was the overall system, mainly providing mechanisms to collect the status of all construction sites for the plant. The barriers to improve this feedback process brought to light the need for using visual management tools. This development concerned the third step of implementation, further improving the changes made in the previous phases. The fourth step was based on the analysis of the logistics processes, as the interface between the plant and site assembly. After the main empirical study on Company A, two studies were carried out abroad in order to understand a different context of ETO production systems. The first concerns a mechanical contractor situated in a high complex project. In this study, it was possible to develop some planning tools to facilitate the analysis between the fabrication and site installation of the products. The second concerns a steel fabricator focused on the structural system. This was a descriptive study that analysed the differentiation of the products provided by this company and the impact of it in the planning and control system. Based on the results obtained in the implementation process, the integrated planning and control model for ETO building systems was devised. Most of the processes proposed in the model were assessed in Company A. Although there is still a need to improve the production planning and control system of that company, the implementation enhanced the communication between the operational and tactics level and also promoted a systematic way to collect information for each level of the production planning and control system. The theoretical contributions of the research were the development of a framework to understand the complexity of this kind of production system; the identification of the main requirements for developing a planning and control system for this environment; and the adaptation of the concept of WIP using the status of the product.

A industrialização da construção civil é uma das possíveis estratégias adotadas para melhorar a qualidade e produtividade da produção neste ambiente altamente competitivo. Entretanto para uma melhoria na eficiência da produção, a simples implantação de uma tecnologia industrializada não é o suficiente. Existe a necessidade de melhorar os sistemas de gestão como um todo. O sucesso da implementação de sistemas de planejamento como o Last Planner, desenvolvidos especialmente para a construção civil, instiga o desenvolvimento de estudos em diferentes processos produtivos. Em relação à implementação de princípios da produção enxuta, o sistema é apontado como um ponto de partida para uma empresa atingir uma estabilidade básica. Este estudo foca-se em um tipo específico de sistema de produção industrializadas chamado engineer-to-order (ETO), quando a requisição de produto pelo cliente é realizada na fase de projeto. Neste tipo de sistema construtivo há uma necessidade de integrar a fabricação das peças conforme as necessidades do canteiro de obras. Esta pesquisa visa a desenvolver um modelo integrado de planejamento e controle da produção de sistemas ETO pré-fabricados para construção civil, integrando o projeto, manufatura e montagem em obra. A pesquisa faz parte de uma parceria da Universidade Federal do Rio Grande do Sul com uma empresa de fabricação e montagem de estrutura (Empresa A) metálica interessada em melhorar seus processos de planejamento e controle da produção. O método de pesquisa é baseado na pesquisa construtiva, ou design science, em que há um esforço do pesquisador em produzir um artefato como resultado da pesquisa, que neste caso, é um modelo de planejamento e controle da produção. O processo de implementação de mudanças da empresa adotou a estratégia da pesquisa-ação, de forma que as soluções eram coletivamente acordadas com as pessoas responsáveis pela sua utilização, para garantir que a mesma se efetivasse nos procedimentos da empresa. Neste tipo de estratégia procura-se estabelecer ciclos de aprendizagem ao longo da pesquisa, em que as soluções são continuamente avaliadas e adaptadas para melhoria dos processos em análise. Os resultados da empresa A foram divididos em quatro fases de implementação. Na primeira fase houve um esforço em consolidar uma integração nos planos de curto prazo. Na segunda fase o foco foi no sistema como um todo, promovendo mecanismos para coletar informações sobre o andamento das obras para retroalimentar a fábrica. As barreiras enfrentadas para garantir esta retroalimentação demonstraram a necessidade da utilização de outros métodos. Por isso, a terceira fase se concentrou no desenvolvimento de ferramentas de gestão visual para melhorar os processos analisados nas fases anteriores. A quarta fase do estudo foi baseada no estudo dos processos logísticos da empresa, visto que representam a interface entre fábrica e obra. Terminado o estudo na empresa A dois estudos foram conduzidos no exterior para compreender contextos distintos de sistemas de produção ETO. O primeiro (empresa B) responsável pelo sistema de climatização da edificação. A empresa realiza o projeto, fabricação e instalação dos sistemas de dutos em metal laminado, assim como o maquinário necessário para as trocas de ar. O estudo foi baseado no fornecimento do sistema para uma obra específica. Neste estudo foram desenvolvidas ferramentas de planejamento para facilitar a sincronização entre fabricação e instalação do material em obra. O segundo estudo (empresa C) foi realizado em uma empresa de estrutura metálica que desenvolveu uma conexão inovadora, facilitando seus processos produtivos. Este estudo teve caráter descritivo, analisando como a sua tecnologia facilitou o sistema de planejamento e controle da produção. A partir dos resultados obtidos nos estudos foi possível desenvolver o modelo final de planejamento e controle da produção para sistemas ETO de pré-fabricados. A maioria dos processos propostos neste modelo foi testada na empresa A. Embora a empresa estudada ainda necessite implantar algumas melhorias no seu sistema de planejamento e controle para se adequar ao modelo proposto, as mudanças realizadas trouxeram benefícios na comunicação e sistematização das informações entre os diferentes níveis de planejamento e controle. As contribuições teóricas do trabalho foram um modelo conceitual para compreender a complexidade neste tipo de sistema de produção; a identificação dos principais requisitos para desenvolver sistemas de planejamento e controle da produção para este ambiente; e a adaptação do conceito de WIP utilizando o status dos produtos.