G17 1202 2018

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Contenido

Trabajos parciales FABRICACIÓN

Práctica 1. Caso practico sobre la fabricación de tubos

Enunciado del Problema

Se tiene una sección de conformado de tubos metálicos formado por dos puestos de trabajo atendidos por dos operarios. El producto que se va a conformar tiene la forma que aparece en la figura:

Producto Final
Producto Final

En el primer puesto de trabajo se va a realizar el prensado de los extremos de los tubos para formar una superficie plana que permita su soldadura al resto de una estructura metálica. El producto procesado se descarga a un contenedor que está al lado de la prensa. Este contenedor se desplaza al puesto siguiente que se encuentra a 2m con una carretilla.

En el segundo puesto se punzonan los agujeros que servirán para la unión por atornillado con otros elementos de esa estructura. La descarga se hace sobre un contenedor. Una vez que el contenedor se ha llenado se expide a la sección siguiente. Las piezas obtenidas en cada fase se recogen a continuación:

Fases Intermedias de producción
Fases Intermedias de producción

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.

Esquema VSM

Una vez conocemos la descripción del problema resulta de gran utilidad, sobre todo en casos complejos, realizar el esquema VSM.

El esquema VSM es conocido tambien por sus siglas en inglés Value Stream Mapping (VSM), y es una herramienta con objetivo de mejorar los procesos de fabricación a través de la cual se puede ilustrar, analizar y comprender el flujo de materiales y la información necesaria en el proceso de una forma gráfica. La realización de mapas del flujo proporciona una información de relevancia vital a la hora de visualizar los medios disponibles, así como los factores limitantes de un proyecto.

Para el caso que nos ocupa, por el enunciado queda definida la fuente de la que manan los materiales del proceso, así como dos procesos principales en los que se realizan operaciones a las piezas que son fabricadas. Del mismo modo queda definida la necesidad de utilizar una serie de almacenes para tener las piezas en fases intermedias de fabricación, así como la necesidad de mano de obra humana para operar la maquinaria y de una carretilla definida por el problema para transladar los productos de la fase 1 a la fase 2. Dicho todo lo anterior el esquema VSM que se ha definido para este proceso es el siguiente:

Value Stream Mapping
Value Stream Mapping


El esquema ha quedado definido y cada uno de los objetos presentes tiene definidas sus características. Cabe resaltar que el contenedor 4 no tiene definido un número de piezas que pueda almacenar; como el enunciado no dice nada, para nuestro caso suponemos que agrupa las piezas en lotes de 20 piezas que una vez formados se van al sumidero, ya sea a un procesado posterior o bien a empaquetamiento.

Los operarios tienen definidos unos tiempos de carga y descarga que se imputarán en el modelo final y que también han sido enunciados en el ejercicio.

Animación en Flexim

El paso siguiente es pasar todos los elementos presentes en el esquema VSM a la aplicación de simulación Flexim. Así, por orden definimos:

El suministro, que en el programa se llama Source, y debemos definir sus características. Se define la pieza de llegado como tubos, una pieza que se ha definido anteriormente para este problema específico. Además se simula la llegada del producto configurando un horario de llegadas, de 20 piezas cada 10 minutos, es decir, cada 600 s. Para ello se propone que en el segundo 1 del ciclo lleguen 20 barras, y en el segundo 600 cero barras (en verde en la imagen), seleccionando la opcción de repetir el ciclo (marcado en naranja) tal y como se aprecia en la imagen siguiente:

Definición del elemento Source
Definición del elemento Source

Una vez definida la fuente podemos definir los contenedores o almacenes. Para este ejercicio de momento lo único que se hará será poner límite de tubos que caben en cada uno de los almacenes, de modo que resulta una configuración como la que sigue:


Definición del elementos tipo Queue
Definición del elementos tipo Queue


Se selecciona el botón perform batching (señalado en amarillo) pero en el contenedor 2 y 4; el objetivo para el 2 es que la carretilla espere hasta que el almacen tenga 20 piezas (marcado en azul) antes de llevarselas al siguiente almacén, ya que llevarlas de una en una sería un proceso muy poco eficiente, mientras que en el caso del contenedor 4 se utiliza para agrupar las piezas en lotes antes de la salida del proceso. La distancia entre los contenedores 2 y 3, a pesar de haber sido definido como 2 metros por el enunciado del problema se ha puesto algo mayor, de unos 4 metros porque utilizar una carretilla para un espacio tan reducido no sería rentable.

A continuación se van a definir las dos máquinas de prensado y punzonado, para ello se tienen en cuenta los tiempos tabulados a continuación para introducir el tiempo de operación en el modelo:


Tabla de tiempos de prensado
Tabla de tiempos de prensado
Tabla de tiempos de punzonado
Tabla de tiempos de punzonado

Una vez definidos los tiempos de operación se debe introducir en el modelo a través de la definición de los elementos tipo processor, a los que se debe indicar dicho tiempo (señalado en rojo), tal y como se ve en la imagen a continuación:


Definición de elementos tipo Processor
Definición de elementos tipo Processor

Se define el tiempo de operación para cada uno de los casos, y se asigna una manutención manual con operario (señalado en amarillo) que se definirá mas adelante para ambos casos.

En cuanto a elementos fijos, el unico que falta en este sistema es el sumidero, o Sink en Flexim, en el que no es necesario definir nada más y es simplemente el final del sistema, el cierre.

Una vez definido el esquema básico se define el flujo uniendo ordenadamente los elementos del sistema mediante la funcionalidad Connect Objects. Ahora que el sistema está definido, lo único que necesitamos hacer es definir la manutención de las máquinas a través de los operarios, y en transporte entre los contenedores 2 y 3 realizado mediante una carretilla.

Para la definición de los operarios se deben proporcionar los tiempos de carga y descarga proporcionados en el ejercicio para cada uno de los operarios, y conectar los operarios a las máquinas y contenedores de los que recoge piezas mediante la conexión de puerto central. Aquellos donde las deposita no es necesario conectarlas. Es conveniente definir el recorrido que debe seguir el operario en la realizadión del proceso, para que la simulación sea más real y el operario no atraviese máquinas. Esto se hace creando una red de puntos NetworkNode, unidos entre sí y a los elementos que son operados por la persona. Resulta la configuración siguiente para cada operario:


Definición de elementos tipo Operario
Definición de elementos tipo Operario

Siendo para el operario 1 los tiempos de carga y descarga, 4,5 s y 4,1 s respectivamente, y para el segundo operario 4,5 s y 4,2 s (en la imagen señalados en azul el tiempo de carga y en verde el de descarga, ambos para el operario de la prensa). No se ha definido un set up time ya que se ha decidido que todo el tiempo cuente como tiempo de fabricación, aunque la metodología con Flexim sería la misma que la seguida para asignar un tiempo de operación.

Por último, se define la carretilla que transporta los tubos entre contenedores, para la cual es necesario asignar una capacidad distinta a la de serie, que es de 20 unidades. Además igual que los operarios debe estar conectada a los lugares de donde recoge piezas y no a donde las deposita, resultando lo sigueinte:

Definición de elementos tipo Transporte
Definición de elementos tipo Transporte

Una vez definidos todos los elementos del sistema y tipos de conexiones el esquema queda de la siguiente forma:

Esquema de proceso en Flexim 3D
Esquema de proceso en Flexim 3D


Esquema de proceso en Flexim Planta
Esquema de proceso en Flexim Planta

Se incluye además una animación del proceso completo, partiendo desde un instante inicial hasta el paso de los primeros 1500 segundos con partes puestas a menor velocidad para apreciar el funcionamiento y acelerando para poder ver una buena muestra temporal del proceso, donde se puede apreciar el correcto funcionamiento de todas las partes que intervienen:

Ejercicio en Flexim
Ejercicio en Flexim

Dashboards

Por ultimo, una vez definido todo el proceso y realizada la simulación, Flexim permite sacar ciertos gráficos que proporcionan información importante de las variables y tiempos de la fabricación de los tubos. Este dashboard muestra los valores según se va realizando el proceso, por lo que dichos valores van evolucionando a lo largo de la simulación. A continuación se procede a mostrar algunos de los valores obtenidos.

Los valores medios se obtendrán pasado un tiempo suficiente de simulación para que estos se estabilicen, así Flexim permite obtener el tiempo de permanencia medio, el output per hour, los kilómetros recorridos y el contenido medio. A continuación se incluye una simulación del dashboard en la que se puede apreciar como estos valores van variando poco a poco:

Ejemplo dashboard
Ejemplo dashboard

Es llamativo el comportamiento del contenedor 3 durante la simulación, ya que lo que ocurre es que este cada vez que avanza el tiempo de simulación esta mas lleno. Esto se debe a que si sumamos el tiempo de carga y descarga mas el tiempo de operación, el resultado es 30.6 segundos. Al multiplicar este valor por las 20 piezas que recibimos cada 10 minutos (600 segundos), resulta un valor final de 612 segundos. Esto implica que el siguiente lote lo comienza con un retraso de 12 segundos, lo cual va provocando retrasos sucesivos, por lo que al operario 2 se le acumularían los tubos prensados que debe punzonar.

Por ultimo se incluye la función State Bar, esto es, una gráfica donde se pueden observar las ocupaciones de cada uno de los elementos incluidos en el proceso en porcentaje. La parte en colores oscuros representa lo que llamaríamos tiempo de actividad, mientras que los colores claros corresponden a los momentos parados. A la vista de este esquema, se puede ver que la carretilla tiene una colaboración prácticamente testimonial en el proceso (ver en rojo) y que su utilización podría ser uno de los aspectos a mejorar en el proceso.

State Bar del proceso
State Bar del proceso

Se ha suprimido la visualización de los tiempos de carga y descarga tanto de los operarios de este ultimo apartado ya que dificulta la visión del factor de infrautilización de la carretilla que se quería destacar.

Programa en Flexim

Se incluye un enlace al archivo del programa Flexim en caso de que se quiera consultar algo del programa.

Imagen:Ejercicio1FLEXIMGrupo17.zip

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