G11 1202 2018

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Contenido

Entrega 1: caso práctico sobre fabricación de tubos

Introducción

Esta primera entrega consiste en la creación de un modelo mediante FlexSim que simule una sección de conformado de tubos metálicos. Esta sección está compuesta por dos puestos atendidos cada uno de ellos por un operario diferente.

La línea funciona de la siguiente manera: cada 10 minutos llegan lotes de 20 tubos al contenedor 1, desde donde pasan al primer puesto, en el que se realiza un prensado de sus extremos para que los tubos puedan ser soldados. Estos tubos se descargan en el contenedor 2 y, mediante una carretilla, son transportados 2 metros hasta el contenedor 3. Posteriormente, los tubos llegan al segundo puesto, en el que se les realizan dos agujeros que servirán para atornillar dichos tubos a otros elementos de las estructuras de las que formarán parte. Finalmente, los tubos ya terminados pasarán al contenedor 4.

Todo este procedimiento se ilustra en el siguiente diagrama de procesos:

Mapa procesos entrega 1
Mapa procesos entrega 1


Simulación en Flexim

A partir del anterior mapa de procesos se ha elaborado el siguiente modelo en FlexSim

Mapa procesos entrega 1
Mapa procesos entrega 1
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación

A continuación, se va a proceder a detallar las propiedades de los elementos que componen la línea:

Entrada (source)

Cada 10 minutos, la entrada suministra 20 nuevos tubos al contenedor 1.

Contenedores

En la línea hay cuatro contenedores en total, todos ellos con una capacidad máxima de 1000 tubos. También se ha establecido que, cada vez que haya 20 tubos en el contenedor 2, la carretilla los traspase al contenedor 3.

Máquinas

La máquina de prensado se ha configurado para que sólo pueda procesar un único tubo cada vez (máximum content = 1) y se ha indicado que el tiempo que tarda en hacerlo debe de ser 15,9 segundos (process time = 15,9). Además, como no se mencionaba en el enunciado que fuera necesario un tiempo para poner en marcha la máquina, se ha tenido en cuenta que el tiempo de preparación de la misma es nulo (setup time = 0).

Máquina del la fase 1 (prensado)
Máquina del la fase 1 (prensado)

Por otro lado, la máquina de punzonado se ha configurado para que, al igual que la máquina anterior, sólo pueda procesar un único tubo cada vez (máximum content = 1) y se ha indicado que el tiempo que tarda en hacerlo debe de ser 22,9 segundos (process time = 15,9). Además, como tampoco se mencionaba en este caso que fuera necesario un tiempo para poner en marcha la máquina,también se ha tenido en cuenta que el tiempo de preparación de la misma es nulo (setup time = 0).

Máquina de la fase 2 (punzonado)
Máquina de la fase 2 (punzonado)

Operarios

Hay que tener en cuanta que el parámetro al que FlexSim llama load time se refiere al tiempo que tarda un operario en coger una pieza mientras que con unload time se refiere al tiempo que tarda en soltarla. Por ello, al cargar la pieza en la máquina, como debe primero cogerla y luego soltarla, el operario haría uso de los dos tiempos, y al descargarla sucedería lo mismo. Por ello, para hacer que los tiempos de carga y descarga cuadren con los del enunciado, se ha tomado que para los dos operarios el unload time sea nulo y el load time sea una media entre el tiempo de carga y descarga.

Teniendo en cuenta lo explicado anteriormente, se ha configurado a David, el operario encargado de la máquina de prensado, para que el tiempo que tarda en cargar y decargar un tubo sea de 4,3 segundos ((4,5 + 4,1)/2 = 4,3), por lo que el load time es igual a 4,3 y el unlaod time nulo. Como no se habla de la velocidad a la que se mueve en el enunciado, se ha dejado la que da por defecto FlexSim. Por último, las trayectorias que debe seguir se han dispuesto de forma que siempre se mantenga a una distancia prudente de la máquina por razones de seguridad.

Operario de la máquina de prensado
Operario de la máquina de prensado

Por otro lado, Jaime, el operario encargado de la máquina de prensado, se ha configurado siguiendo el mismo procedimiento para que el tiempo que tarda en cargar y en descargar un nuevo tubo sea de 4,35 segundos ((4,5 + 4,2)/2 = 4,35), por lo que el load time es igual a 4,35 y el unlaod time nulo. Como no se habla de la velocidad a la que se mueve en el enunciado, se ha dejado la que da por defecto FlexSim. Por último, las trayectorias que debe seguir se han dispuesto de forma que siempre se mantenga a una distancia prudente de la máquina por razones de seguridad.

Operario de la máquina de punzonado
Operario de la máquina de punzonado

Carretilla

La carretilla se ha configurado para que transporte lotes de 20 tubos en cada trayecto. Como ocurría con los operarios, no se menciona en el enunciado la velocidad a la que se mueve ni a la que carga y descarga los lotes, por lo que se han dejado los valores que tiene FlexSim por defecto para estas variables. Por último, también se ha configurado las trayectorias que debe seguir la carretilla de forma que no se cruce con ningún objeto u operario en ningún momento.

Salida (sink)

Análisis de resultados y conclusiones

En este apartado se analizará la producción de la fábrica y se propondrán mejoras para ser más productivos y aumentar los beneficios. Se ha simulado un periodo de 6 horas para que la fábrica se encuentre en régimen permanente. Primero vamos a estudiar los tiempos de espera de la pieza en los diferentes contenedores y los tiempos de espera de los dos operarios.

En el siguiente gráfico observamos que en el contenedor 1 el tiempo de espera medio es bastante elevado, por lo tanto hay una gran acumulación de tubos en este contenedor. Esto se produce debido a que cada 10 minutos llegan 20 nuevos tubos a la primera estación sin que haya dado tiempo a que ésta procese los 20 anteriores, de forma más detallada, la máquina de prensado tarda 15.67 minutos en procesar 20 tubos y la máquina de punzonado tarda 17.67 tubos, cabría esperar que el cuello de botella es el punzonado, pero la llegada de 20 tubos cada 10 minutos provoca una diferencia de tiempos entre la espera de la pieza en el contenedor 1 y el tiempo de proceso del prensado mayor que la diferencia de tiempos entre ambos procesos provocando así una acumulación de tubos más rápida en el contenedor 1 en comparación con el 3. Si llegasen piezas cada mayor tiempo el cuello de botella sería el punzonado por su mayor tiempo de proceso.

tiempo de espera
tiempo de espera

La media de piezas que se encuentra en cada contenedor es mayor en el contenedor uno como vemos en la imagen. Hay una media de 57 piezas.

Productos medios en cada contenedor
Productos medios en cada contenedor

Por otro lado es conveniente estudiar los tiempos de ocupación de los elementos de la fábrica. Según la siguiente imagen los contenedores uno y dos están completos casi todo el tiempo, mientras que los contenedores 3 y 4 no. El prensado está un 34.9% del tiempo procesando y el punzonado un 32.2% del tiempo procesando. David y Jaime prácticamente están trabajando constantemente sin parar y la carretilla conducida por Nuño solo está accionada un 1% del tiempo.

tiempo de ocupación
tiempo de ocupación

Para completar el estudio se va a añadir los kilómetros recorridos por David y Jaime. David ha recorrido 56.9 km y Jaime 35.6 km al día aproximadamente. Se debería intentar que disminuyera para ser más rápidos y efectivos, además se podría contratar a un nuevo operario o tratar de reducir la trayectoria siempre respetando los límites de seguridad.

Para finalizar estudiamos los productos que salen de cada elemento por hora, la producción va a venir marcada por el punzonado. El ritmo de trabajo es 50 lotes por hora.

Mejoras

• Comprar una máquina nueva de prensado para evitar la acumulación de cilindros en el contenedor 1.

• Sustituir la carretilla por otra opción: una persona, un carro o una cinta transportadora. Debido a que la mayoría del tiempo no está trabajando.

• Contratar un nuevo operario para que ayude a Jaime y David.

• Trabajar con lotes más pequeños para que no se acumulen en los contenedores y así no tener un cuello de botella tan diferenciado.

Archivo

Media:G11_Práctica1.zip


Entrega 2

Introducción

En esta segunda entrega simularemos mediante un modelo de FlexSim el funcionamiento de una fábrica de bastidores.

El funcionamiento de la planta comienza con el suministro de 10 tubos con una longitud de 6 metros que serán almacenados en el primer contenedor. A continuación en la tronzadora se turnará el corte de estos mismos en trozos de 500 o 470 mm, que a continuación se dirigirán a sus respectivos contenedores. Los tubos de 470 mm serán prensados y perforados para posteriormente soldarse con los tubos de 500 mm obteniendo así los bastidores deseados.

A continuación se dispone del mapa de procesos y una imagen de los bastidores a diseñar.

Simulación en FlexSim

A partir del mapa de procesos anterior hemos diseñado el siguiente modelo de simulación:

Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación
Funcionamiento de la simulación

A continuación se describirá de manera breve cada uno de los elementos de los que está compuesto el modelo de simulación y sus propiedades más importantes:

Entrada

En dicho modelo disponemos de dos entradas, la entrada de tubos y la entrada de palés sobre los que realizar la operación de soldado.

La entrada de tubos tiene lugar en lotes de 10 tubos que se turnarán para ser cortados en 470 mm ó 500 mm. La otra entrada de la que disponemos es la entrada de palés para condicionar la soldadura, dicha entrada se ha programado para que llegue un palé cada vez que sea preciso.

Máquinas

Atendiendo al enunciado para la simulación de la fabricación de bastidores precisaremos en un principio de una tronzadora, dos prensas (las cuales realizarán distintos trabajos) y dos puestos de soldadura.

Tronzadora

Para simular la tronzadora hemos utilizado un separator, de manera que cuando introducimos el tubo de 6 m ésta máquina nos devuelve el número de piezas que precisemos (en este caso 12). Para configurar el corte en distintas medidas hemos hecho una distinción entre los tubos que van a llegar dependiendo de su contenedor de destino. De esta manera el primer lote de tubos de 6 m que llega será del tipo 1 y se cortará en trozos de 470 mm, mientras que el segundo lote será del tipo 2 y se cortará en trozos de 500 mm.

Prensas

Necesitaremos dos prensas para poder darle la forma deseada a los tubos de 470 mm. Utilizaremos la primera máquina para prensar los extremos de los tubos, y la segunda prensa la usaremos para perforar los pasadores cilíndricos. En ambos casos utilizamos un processor que configuramos atendiendo a los tiempos de ciclo que marca el enunciado.

Puestos de soldadura

Por último precisaremos de dos puestos de soldadura que se configurarán de igual manera. Para realizar la operación de soldado precisamos dos tubos de 500 mm, dos tubos de 470 mm y un palé para acondicionar la zona de soldado y el transporte de la pieza. Se ha utilizado un combiner para simular dicho proceso, y se ha configurado de la manera que aparece en la imagen para cumplir con los tiempos de ciclo marcados y con las condiciones anteriormente citadas.


Operarios

Atendiendo al enunciado hemos utilizado un operario para cada una de las máquinas necesarias. Hemos configurado cada operario con los tiempos de carga y descarga que aparecen en el enunciado, de manera que sirvan como transporte entre la máquina y los contenedores adyacentes a esta.



Análisis de resultados y conclusiones

Sistema sin mejora

Una vez hecho el modelo en FlexSim, se ha ejecutado el mismo para obtener datos estadísticos que reflejen su comportamiento y ayuden a decidir posibles mejoras para optimizar el sistema. Se ha tomado un tiempo de simulación de 10 horas, asumiendo que con este tiempo se obtiene una muestra representativa del régimen permanente.

Por un lado, el número de bastidores y productos intermedios producidos cada hora se refleja en el siguiente gráfico:

Como se puede observar, el cuello de botella son las soldadoras. Esto tiene sentido dado que cada una de ellas tiene un tiempo de proceso muy superior al resto de las máquinas del sistema.

Por otro lado, los siguientes gráficos muestran el tiempo que pasan las piezas en cada uno de los almacenes y el tiempo de ocupación de las máquinas y operarios:

Como ya se ha visto el cuello de botella son las soldadoras, por lo que los contenedores en los que las piezas pasan más tiempo son los que le proporcionan piezas a las mismas (contenedores 2 y 3). Cabe indicar que el hecho de que las piezas pasen tanto tiempo en el contenedor 1 no es significativo, ya que es así por la forma en la que se ha programado la llegada de tubos iniciales, de la que no se da información en el enunciado.

Además, hay que tener en cuenta que las soldadoras, que deberían tener el máximo rendimiento posible al tratarse del cuello de botella, no están trabajando durante más del 30% del tiempo. Esto se explica por el movimiento de los operarios: como hay un único operario atendiendo a estas dos máquinas, hay periodos en los que una máquina está disponible pero el operario está haciendo otra cosa. De hecho, este operario se encuentra trabajando el 99,5% del tiempo.

Sistema con mejora

Una vez analizado el sistema, se ha elaborado una mejora centrada en optimizar el cuello de botella. Para ello, se ha añadido al sistema una tercera soldadora con un operario que controla la misma de forma exclusiva. Los datos estadísticos que reflejan el comportamiento del sistema mejorado tras 10 horas de simulación son los siguientes:

Con esta mejora se consigue pasa de producir aproximadamente 17 bastidores cada hora a producir 40. Esto supone un incremento de la producción del 135%, por lo que se trata de una mejora muy significativa: añadiendo una única máquina con su operario asociado al sistema se consigue más del doble de piezas finales.

En el caso de que se quisiera mejorar aún más el sistema una opción sería contratar a un nuevo operario para una de las máquinas de soldar. El motivo es que, mientras que el operario que atiende a una única soldadora consigue de ella un rendimiento del 73% trabajando un 83,4% del tiempo, el operario que atiende a dos de estas máquinas, trabajando prácticamente todo el tiempo, consigue lo equivalente a un 57,8% de rendimiento de cada una de ellas. Si suponemos que añadiendo este operario las tres máquinas conseguirían alcanzar rendimientos del 73%, se conseguiría aumentar el número de bastidores producidos a aproximadamente 48 por hora.

Archivos

Media:G11_Práctica2.zip

Media:G11_Práctica2Mejora.zip

Entrega 3: Fabricación de lotes múltiples de productos diferentes

Introducción

En esta tercera entrega vamos a simular a través de Flexim la fabricación de cuatro productos diferentes. La fábrica cuenta con tres máquinas y cada producto tiene un proceso diferente. Cada máquina trabaja un operario y que los productos son movidos de una máquina a otra a través de una carretilla. Una vez que los productos son procesados son trasladados a la zona de inspección de manera automática, donde se separarán las piezas defectuosas de las válidas. Se presenta el diagrama del procesos donde se indica que productos pasan por cada máquina y los tiempos de procesamiento.

Todos los productos se trasladan de una máquina a otra a través de lotes, el número viene marcado por la capacidad del contenedor tras acabar el proceso.

•A y C : 20 unidades

•B: 15 unidades

•C: 10 unidades

El plan de producción para una semana es:

Imagen:G11produccion.jpg

En la estación de inspección las piezas defectuosas se separan de las válidas en la siguiente proporción:

Imagen:G11defectuosas.jpg

Simulación

A partir del anterior mapa de procesos se ha realizado la simulación en flexim.

Tabla de producción

Lo primero es configurar la tabla de producción con los parámetros necesarios para la simulación. Se utilizarán para marcar la ruta de los lotes.

Entrada

En el modelo se dispone de una entrada principal y dos entradas más que proporcionan pallets para poder transportar el lote de productos por la línea.

En la entrada principal se configuran los 4 tipos de productos, para cada producto se añaden 5 columnas. En estas etiquetas se señala la producción semanal, los lotes, el porcentaje de errores y el código del proceso, 1 significa que pasa por la máquina, 0 significa que no pasa por la máquina.


Contenedor de entrada

El contendor de entrada es un combiner, este combiner se utiliza para formar lotes de cada producto. Se utiliza este elemento debido a que los contenedores de flexim no saben diferenciar entre los diferentes tipos de productos. En el combiner se formarán los lotes y se unirán con su palet correspondiente. La configuración del combiner se realiza mediante código. Es necesario programar para:

1. Saber qué tipo de producto está entrando en el combiner, se programa en la pestaña trigger.

2. Saber la ruta que sigue el producto, se programa en la pestaña Flow.


Contenedor previo a cada máquina

Estos contenedores son los previos a cada máquina, son utilizados como almacén previo a procesar. Se disponen de tres contenedores de este tipo, uno para cada máquina. Se utiliza el elemento separator para poder deshacer el lote y procesar pieza por pieza, a través de la opción Unpack, también se desechará los palets a un sumidero.


Máquina 1, 2 y 3

Hay tres máquinas. Los productos irán pasando por las correspondientes máquinas según su proceso. Cada producto tiene en cada máquina un tiempo de proceso y un tiempo de producción. El tiempo de proceso se aplicará en la primera pieza de cada lote. Los diferentes tiempos se sacarán de la tabla de producción. En cada máquina hay asignado un operario que se encarga de cargar la pieza desde el almacén a la máquina, procesarla y descargarla en el almacén de salida.


Contenedores de salida de las máquinas

Los contenedores de salida son tres, uno en cada salida de las máquinas. Se ha utilizado el elemento combiner para su representación. En este contenedor se volverán a formar los lotes con la ayuda de un palet que inmediatamente después se transportará al puesto de inspección o a la siguiente máquina. De manera parecida al contenedor de entrada se programará en la pestaña Triggers para saber qué tipo de producto está llegando y en la pestaña Flow para indicar a que estación debe ir el producto.



Contenedor de inspección

Este contenedor es previo al proceso de inspección. Se ha utilizado un separator para su representación para no mezclar los diferentes tipos de piezas. En el separator se desechará el palet a través de un sumidero y dará paso a la inspección pieza por pieza.


Inspección

En este proceso de inspección se detectará los productos que son defectuosos y los que no lo son. El porcentaje de piezas defectuosas se indica en la introducción. El puerto 1 indica las piezas no defectuosas, que las llevará al contenedor de piezas válidas y el puerto dos las piezas defectuosas que va a parar al contenedor de piezas defectuosas, esto sucede independientemente de que producto se esté tratando. Tanto A, B, C o D se mezclan en los contenedores.


Elementos de transporte

En el sistema se va a utilizar:

• 3 operarios

• 1 carretilla

Los operarios se encargar de cargar la pieza a la máquina, procesarla en la máquina correspondiente y descargarla, hay un operario en cada máquina. La carretilla es la que mueve las piezas en lotes, se encarga de :

• Desplazar el lote del contenedor de entrada al contenedor previo a las máquinas

• Desplazar el lote tras la finalización de un proceso al contenedor de entrada previo a la máquina correspondiente del proceso que le toca.

• Desplazar el lote al contenedor de inspección tras finalizar todas las operaciones en las máquinas.


Análisis de resultados

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