G08 1202 2018

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Contenido

Entrega 1: Caso Práctico sobre fabricación de tubos

Introducción

Esta entrega tiene como finalidad elaborar el modelo de simulación del proceso de fabricación de tubos metálicos, empleando para ello, dos operarios situados en dos puestos de trabajo. Por lo tanto, la fabricación de estos tubos metálicos se lleva a cabo en dos procesos fundamentalmente. En primer lugar, se procede a realizar un proceso de prensado de los extremos, que sienta la base para facilitar la soldadura y posteriormente, tras el transporte por carretilla se procede al proceso de punzonado en los extremos necesarios para la posterior unión a otros elementos en la estructura futura por medio de atornillado.

La pieza a realizar a partir de un tubo cilíndrico es la siguiente:

Pieza final

Para ello, se realizará previamente un VSM, que sirve como apoyo para realizar la simulación del modelo total empleando el software FLexSim, utilizando la metodología de simulación discreta. La idea de este programa es observar un modelo tridimensional del mapa de procesos de manera que se pueda actuar en una serie de variables significativas para optimizar al máximo el proceso.

Por lo que será necesario elaborar un mapa de procesos, un modelo de simulación, mediante dashboards analizar los parámetros fundamentales de análisis y optimizarlos en la medida de lo posible.

Datos

Los datos se muestran en el archivo de conformado del tubo.Los tubos en la longitud especificada se suministran en un contenedor con una capacidad de 20 unidades (200 en la práctica) a la sección de conformado cada 10 minutos. Entre el primer proceso y el segundo, el proceso se descarga en un contenedor y este contenedor se desplaza al puesto siguiente que se encuentra a 2m con una carretilla. Por último, en cada proceso se debe analizar los tiempos de preparación, tiempo de ciclo, tiempo de carga y tiempo de descarga. Algunos de estos tiempos no aparecen en la documentación y se han supuesto para la elaboración del modelo.


Mapa de Flujo de Valor (VSM)

Figura 1.1 VSM
Figura 1.1 VSM


Aquí se muestra el mapa de flujo de valor. Este mapa de procesos sienta las bases para la elaboración del modelo de simulación 3D de FlexSim, ya que aporta los datos necesarios para definir cada uno de los procesos que la integran.

Los componentes mostrados en el mapa de flujo de valor son: Dos herramientas de procesado, la primera destinada a realizar un prensado, mientras que la segunda se encarga de la realización del punzonado. También se observa una fuente encargada de suministrar el material o productos necesarios para la realización de los procesos. Además, se han empleado cuatro contenedores intermedios dentro del flujo de valor, dos operarios y un sumidero que se considera la salida del sistema.

En este caso particular cabe destacar que la fuente cada 10 minutos genera un lote de 20 cilindros que van directos al primer contenedor. Entre contenedor y el prensado los cilindros son transportados por un operario de 1 en 1, de aquí son transportados al contenedor2 que cuando se encuentra lleno, es decir, hay un lote completo es trasladado por medio de una carretilla una distancia de 2m hasta el contenedor 3. Se sigue un procedimiento similar con otro obrero, la procesadora destinada al punzonado y el contenedor4. Por último, cuando el contenedor4 se encarga lleno por un lote completo, este pasa directamente al sumidero que se corresponde con la salida o fin del sistema.

Configuración de los elementos

Tipos de elementos existentes

Fixed Resources

Elementos fijos que forman para de la línea.

Task Executers

Operarios y Carretilla, capaces de desplazarse y realizar un trabajo.

Travel Networks

Permite la creación de una trayectoria para el operario.



En primer lugar, se muestra el modelo de simulación de procesos realizado por medio de Flexsim.(Figura 1.1bis)

Figura 1.1bis- Modelo de FlexSim
Figura 1.1bis- Modelo de FlexSim

Fuente

Encargada de generar los objetos necesarios para la realización de la simulación. Genera un lote de 20 barras cada 10 min. Para ello, hay que configurar la manera en que se generan estos objetos. Se ha optado por el método de arrival Schedule que permite parametrizar por completo la creación de los objetos, para que la generación sea permanente se ha creado un bucle por medio de Repeat Schedule y se ha fijado la creación de un lote en el segundo 0 y otro lote en el segundo 600 (10 min después) de tal manera que la fuente se mantiene de manera correcta siempre operativa. (Figura 1.3)

Figura 1.2 Source
Figura 1.2 Source
Figura 1.3 Configuration Source
Figura 1.3 Configuration Source
Figura 1.4 Trigger Source
Figura 1.4 Trigger Source

Por medio de trigger se pueden fijar las características del producto de manera que físicamente el producto sea igual al de la simulación. Modificando parámetros tales como la forma, la rotación, el color etc. (Figura 1.4)








Contenedor

Figura 1.5 Queue
Figura 1.5 Queue
Figura 1.6 Configuration Queue
Figura 1.6 Configuration Queue
Figura 1.7  Flow Queue
Figura 1.7 Flow Queue


Los contenedores son elementos muy usados en todo VSM, ya que representan almacenes intermedios necesarios para permitir respirar a la línea de producción, permitiendo almacenar lotes antes y después de un proceso y pudiendo dar salida y entrada de los mismos en la línea. En primer lugar, como con todo componente de FlexSim hay que tener en cuenta las conexiones que presenta. Estos deben estar conectados con el objeto posterior y anterior para la creación de la línea. Es necesario, en este caso configurar que hasta que los elementos del lote actual no hayan el contenedor no se podrán comenzar a recibir elementos del siguiente lote, esta acción se realiza mediante la orden “flush contents between batches”. (Figura 1.6)

Por último es necesario indicar que se va a emplear transporte en el caso de que así sea.(Figura 1.7)










Procesadores

Figura 1.8 Processor
Figura 1.8 Processor
Figura 1.9 Configuration Processor
Figura 1.9 Configuration Processor

En cada uno de ellos se define uno de los procesos a realizar en la línea. Será necesario diferenciar entre el tiempo de preparación y el tiempo de proceso en sí. Se va a suponer que el tiempo de preparación es nulo y se debe unir al operario correspondiente por medio de la unión "Center Ports". (Figura 1.9)









Carretilla

Figura 1.10 Transporter
Figura 1.10 Transporter
Figura 1.11 Configuration Transporter
Figura 1.11 Configuration Transporter

Es el utensilio de necesario para transportar el lote entre los dos procesadores. Se necesita realizar una serie de ajustes y unirlo a la maquinaria de tal manera que realice su función.Es muy importante aumentar la capacidad de la carretilla a 20 para que sea capaz de transportar cada lote de una vez. (Figura 1.11)










Operario

Figura 1.12 Operator
Figura 1.12 Operator
Figura 1.13 Configuration Operator
Figura 1.13 Configuration Operator

Se definen los tiempos de carga y descarga establecidos en el modelo de flujo de valor y de igual forma se liga a la maquinaria necesaria.(Figura 1.13)

Finalmente, se establece unas trayectorias que deben seguir los operarios, y se observará en que medida puede afectar a los parámetros a estudiar. (Figura 1.14)

Figura 1.14- Trayectorias
Figura 1.14- Trayectorias

Análisis de los Resultados

Tras haber simulado la operación normal del proceso, vamos a realizar un análisis de los distintos elementos utilizados para la obtención de nuestro producto final. El programa FlexSim permite la realización de distintos gráficos que nos van a permitir observar el funcionamiento de nuestra “fábrica” y analizar el comportamiento de los almacenes, procesadores y métodos de transporte. Tras haber lanzado la simulación, observamos que a partir de un momento se alcanza un régimen estacionario a partir del cual distintos parámetros no varían. En primer lugar, vamos a estudiar la salida de piezas de los dos procesadores y además del contenedor 4 que es el que corresponde al final de nuestra línea de fabricación.

Imagen:OPH-Grupo8.png

Primero, cabe destacar lo que a nosotros nos interesa de la planta: el número total de piezas fabricadas por hora que en este caso es equivalente a las piezas que salen del contenedor 4 l “Sink”. Como vemos en el gráfico de arriba, cada hora se fabrican entre 69 y 70 piezas. Por otro lado, salta a la vista el hecho de que del prensado sale de media 1 pieza más por hora que del punzonado. Esto se debe a que el proceso de Prensado es ligeramente más rápido que el de punzonado y también a que el proceso de prensado va antes en la línea que el de punzonado. Por otro lado, vamos a analizar el tiempo medio de estancia de las piezas en cada contenedor en segundos. Cabe recordar que es donde más tiempo pasan las piezas si lo comparamos con el tiempo que pasan en el transporte o en los procesadores.

Imagen:AS-Grupo8.png

Como podemos ver en el gráfico de arriba, donde más tiempo pasan las piezas es en los dos primeros contenedores. Esto pasa porque se va descargando por lotes de 20 unidades desde la “Source” cada 10 minutos. En el contenedor 3 y en el 4 no pasan tanto tiempo ya que el traslado de las piezas del contenedor 2 al contenedor 3 sólo se realiza por la máquina en cuanto se tiene un lote de 20 unidades en el contenedor 2. De esta forma, esto también provoca el aumento del tiempo medio de estancia en el contenedor 1. Vamos a ver ahora cual es el estado de cada uno de los contenedores en el siguiente gráfico circular.

Imagen:SttPie-grupo_8.png

Observamos que mientras que los dos primeros contenedores prácticamente nunca están vacíos, los dos últimos si que pasan una cantidad considerable vacíos. De todas formas, el tiempo que pasan vacíos es bastante pequeño. Por otro lado, vamos a analizar ahora el funcionamiento de los procesadores con el fin de saber si estamos utilizando bien nuestras máquinas.

Imagen:StateA-Grupo8.png

Como podemos ver únicamente los procesadores trabajan el 32,2% y el 45,9% del tiempo para el prensado y el punzonado respectivamente. Más o menos las dos máquinas esperan al transportista un 9% del tiempo. Además, ya hemos explicado la particularidad del transporte entre los contenedores 2 y 3 lo que repercute en que la Prensadora esté bloqueada un 10,3% del tiempo. Por otro lado, “idle” representa el tiempo en el que la máquina no hace nada de nada. En este caso, representa casi un 50% del tiempo lo que es una cantidad enorme de tiempo. Por otro lado, vamos a estudiar los transportes de piezas entre las distintas máquinas y ver cual es su estado durante el proceso.

Imagen:StateBar-grupo8.png

Lo primero que nos salta a la vista en este gráfico es el poco tiempo que se utiliza la carretilla, sólo funciona un 0,7% del tiempo. Esto significa que estamos pagando un operario cualificado para conducir la carretilla que trabaja un tiempo muy pequeño. Por otra parte, los otros dos operarios trabajan entre un 50% y un 60% del tiempo. Se podría mejorar, pero es mucho mejor que los tiempos encontrados para el transporte de la carretilla. El trabajo de transporte les engloba un 20% del tiempo total y la carga y descarga de las piezas ocupa un 35% del tiempo más o menos. Por último, vamos a analizar el diagrama de Gantt de las piezas fabricadas.

Imagen:StateGantt-grupo8.png

Los lotes como ya hemos precisado son de 20 en 20 y se aprecia en el diagrama. En primer lugar, vemos en rojo, verde, azul y verde caqui los contenedores 1,2,3 y 4 respectivamente. El primer producto pasa muy poco tiempo en el contenedor 1 pero mucho en el 2, la pieza 2 pasa un poco más tiempo en el contenedor 1 y un poco menos en el contenedor2 y así sucesivamente. Como podemos ver, donde más tiempo pasan las piezas es sin duda en los contenedores y el tiempo que dedican a ser procesadas es una parte insignificante del tiempo lo que muestra lo poco optimizado que está el proceso.

Mejoras posibles

- Uno de los hechos que más nos ha sorprendido al analizar los resultados es todo el tiempo que pasan las piezas en los contenedores. Pensamos que quizás en vez de hacer lotes de 20, se podrían hacer lotes de 5 piezas para así agilizar el proceso y que las piezas puedan avanzar más rápidamente a procesos posteriores como puedan ser embalaje o simplemente acoplamiento a otras estructuras.

- De esta forma evitaríamos otro problema tal como que la máquina de prensado esté un 10% del tiempo bloqueada ya que no puede pasar las piezas al contenedor 2. También se podría considerar el hecho de aumentar la capacidad de los contenedores.

- Por otro lado, es un grave error de planificación que el traslado del contenedor 2 al contenedor 3 se tenga que hacer por medio de una carretilla ya que esta es una máquina que se podría utilizar en otra parte ya que el recorrido son sólo 2 metros. Además, el operario que tiene que conducir la carretilla está la mayor parte del tiempo parado lo que baja considerablemente la productividad de la planta.

Archivo

El archivo de Flexsim se encuentra en el siguiente enlace: Imagen:Entrega1-Grupo8.rar

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