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.

Simulación en Flexim

Descripción de elementos utilizados

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

Planos del modelo completo en Flexim

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

Animación del modelo Flexim

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 de los contenedores 1 y 3 durante la simulación, ya que lo que ocurre es que este cada vez que avanza el tiempo de simulación estaria mas lleno, esto no ocurre porque se ha limitado el contenido de los contenedores a 20 piezas, si no se dispara el contenido. Esto se debe a que si sumamos el tiempo de carga y descarga mas el tiempo de operación y el tiempo en transporte de ambos operarios es mayor que 30 segundos para ambos procesos. Al multiplicar este valor por las 20 piezas que recibimos cada 10 minutos (600 segundos), resulta un valor final es mayor de 600 segundos. Esto implica que el siguiente lote lo comienzan con un retraso, lo cual va provocando retrasos sucesivos, por lo que a los dos operarios se le acumularían los tubos a procesar.

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. Ademas se ve que el aspecto limitante del proceso son los operarios ya que su porcentaje de ocupacion es de un 100% para el primero (en amarillo) y 97,5% en el segundo (en azul).

State Bar del proceso
State Bar del proceso

Programa en Flexim

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

Imagen:Ejercicio1FLEXIMGrupo17Final.zip

Práctica 2. Caso práctico sobre fabricación de bastidores tubulares

Enunciado del problema

La fabricación de bastidores a partir de tubo metálico de Φ20 mm se realiza en una sección compuesta por una tronzadora, dos prensas y dos puestos de soldadura. El bastidor está formado por cuatro tubos como se representa en la figura:

Producto a fabricar
Producto a fabricar

El proceso se inicia con el suministro de tubos que tienen una longitud de 6m. Los tubos se pasan por una tronzadora que corta cada uno de ellos a la dimensión que en cada momento se solicite. Los tubos a obtener en esta fase tienen unas longitudes de 470 mm y 500 mm. El contenedor de alimentación contiene 10 tubos. En el tronzado de cada tubo se invierte un tiempo de 6s ± 1,5 que sigue una distribución normal comprende el posicionamiento del tubo en la máquina, su corte y su retirada.

Los tubos cortados se descargan a dos contenedores según el tipo. Una vez se ha llenado el contenedor con los tubos de 500 mm se pasa al puesto final de soldadura. El contenedor con los tubos de 470 mm pasa a las prensas para conformar los extremos y los agujeros.

El conformado de los extremos se realiza en una prensa mecánica de volante que monta una matriz de identación que aplasta el tubo en sus extremos estando este sujeto en el utillaje. (Tabla de tiempos es dato)

El producto procesado se descarga a un contenedor-rampa desde la que se toman los tubos para ser procesados en la siguiente prensa. (Tabla de tiempos es dato)

La descarga se hace sobre un contenedor. Una vez que el contenedor se ha llenado se desplaza al puesto de soldadura. En el puesto de soldadura se montan 4 tubos en un utillaje y se suelda sobre él.

Los bastidores se descargan sobre una banda de rodillos que se desplaza por gravedad y que desemboca en un contenedor que tiene una capacidad de 10 unidades. Sobre esta banda también se descargan productos desde otras líneas. Una vez completados los contenedores se manda a la sección de ensamblado.

Diseñar un modelo de simulación del funcionamiento de la sección de conformado, analizando su funcionamiento y recogiendo los datos principales de funcionamiento.

Esquema VSM

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

Para el caso que nos ocupa, por el enunciado queda definida la fuente de la que manan los materiales del proceso, así como dos ramas de procesos principales en los que se realizan operaciones a las piezas que son fabricadas. Tambien define que se unirán los productos resultntes de ambas ramas en un proceso de soldadura y que finalmente se envian las piezas a una cinta transportadora que lleva al sumidero.

La soldadura utiliza utillajes para colocar los tubos y soldarlos en la posición adecuada, para ello se implementa una fuente de utillajes (ver en naranja) que nutre de los mismos a la máquina soldadora.

Por todo ello, el esquema VSM del proceso sería el siguiente:

Esquema VSM Inicial
Esquema VSM Inicial

En el ejercicio anterior se puede observar que en Flexim, al cargar los tubos la carretilla, aparece una pila de tubos desproporcionadamente alta, debido a que estos elementos no han sido empaquetados apropiadamente. Para solucionar este problema, se crean lotes a la salida del contenedor utilizando una máquina empaquetadora, que no estará en la fábrica real, pero que servirá para que la simulación visualmente seaa mas real. A la llegada de las piezas al otro almacén, se dispone otra máquina cuyo cometido es desempaquetar los elementos, llamadas EMPAQUETADORA y DESEMPAQUETADORA respectivamente (en verde). Estos no tienen ni operario asociado, ni tabla de tiempos, ya que al no ocurrir en realidad, el tiempo de procesamiento y preparación será de cero segundos.

La máquina empaquetadora utilizará pallets para acomodar las piezas, luego es necesario incorporar una fuente de pallets (ver en verde) y la desempaquetadora los quitará, por lo que los pallets deben de ir a un sumidero de pallets (también en verde).

Por todo ello, el esquema VSM del proceso sería el siguiente:

Esquema VSM con empaquetadora y desempaquertadora
Esquema VSM con empaquetadora y desempaquertadora

Se sabe de la necesidad de incluir un poerario para transportar los bastidores desde el tubo al almacen final, que se ha incluido en el modelo final. Se ha detectado que el cuello de botella de nuestro proceso es la propia soldadura ya que las piezas van llegando, pero debido al gran tiempo que debe emplear el operario en colocarlas y soldarlas, ocurre una acumulación de piezas en los almacenes de entrada a dicho proceso. Con el objetivo de mitigar este efecto se ha decidido colocar dos soldaduras en paralelo de manera que se surtan de piezas de ambos almacenes las dos agilizando el proceso propuesto (ver en la figura en amarillo), resultando el esquema VSM:

Esquema VSM final, con dos soldaduras
Esquema VSM final, con dos soldaduras


Las tablas de tiempos para operarios son las siguientes:

Tablas de tiempos de carga y descarga de los operarios
Tablas de tiempos de carga y descarga de los operarios

En las tablas de tiempos para procesos se ha supuesto por el momento tiempo de preparación cero ya que no está explicitamente dado por el enunciado, aunque en los sistemas reales hay preparación siempre.

Tablas de tiempos de preparación y procesado
Tablas de tiempos de preparación y procesado

Los tamaños máximos de los contenedores no son relevantes este ejercicio ya que no se van a tener volumenes muy grandes de piezas al mismo tiempo en un almacen, por lo que se establece un limite de 100 piezas en cada contenedor.

Simulación en Flexim

Descripción de elementos utilizados

Este ejercicio tiene una particularidad con respecto al anterior: en este caso no sirve con usar procesadores para ejemplificar los puestos de tronzado o soldadura, si no que se necesita algo que junte o separe las piezas procesadas en función de sus magnitudes físicas y características, en este caso la longitud. Para dar solución al problema de división del flujo productor, se utiliza un elemento de tipo "separator", que como su propio nombre indica divide el tipo de piezas en distintas clases según se indique; para juntar el flujo de nuevo, en la soldadura, se debe utilizar un elemento tipo "combiner" mediante el cual se pueden juntar los distintos cauces de piezas.

A continuación se procede a explicar brevemente los elementos que se han incluido, prestando atención a aquellos cuya definición es diferente a la utilizada para el ejercicio primero.

El primer paso a realizar es la definición de la fuente (source), en este caso se debe prestar especial atención a esto, ya que la configuración errónea de la misma, provocará que el elemento separador que se incluye después no funcione adecuadamente. Se emplea una sucesión (“sequence”) de distintos tipos de elementos, tubos en el caso que nos ocupa, cuya longitud viene definida en el enunciado y es de 6 metros. Se decide que los dos primeros tubos que lleguen vayan al procesado en la rama de prensado, mientras que los dos segundos pasen a la rama sin procesamiento extra (ver en naranja quantity es 2.00). La configuración correspondiente es la que se puede ver en la figura;se puede apreciar (en rojo) que hay dos tipos de producto 1.00 y 2.00, los cuales corresponden a los distintos procesos a seguir, aunque ambos se han configurado como una barra de 6 metros de color verde.

Configuración de la fuente de tubos
Configuración de la fuente de tubos


Una vez diseñada la fuente se pasa al contenedor de alimentación (contenedor 1), este será un contenedor alargado debido al gran tamaño inicial de los tubos. Cabe destacar que, al no tener una manutención por lotes, el contenedor tampoco almacenará los productos por lotes. Por último, tal como dice el enunciado, se marcará 10 como el máximo número de piezas a contener.

El encargado de llevar los tubos del contenedor al primer puesto de trabajo (la tronzadora) será el operario 1, al cual se ha establecido un límite de 6 piezas cada viaje, ya que se supone que su fuerza es limitada. Este puesto de tronzado será en Flexim un separador. Tras pasar las piezas por él, los tubos de 500 mm irán directamente a la soldadura, mientras que los de 470mm seguirán un procesado más largo. El operario 1 también llevará los dos tipos de tubos desde el separador a sendos contenedores.

La máquina que simula la tronzadora es un separador, pero su configuración es particularmente especial; en primer lugar, el tiempo de proceso se designa mediante una distribución normal de media 6 y desviación típica 0.5 (ver en morado la definición).

Configuración dedistribución normal
Configuración dedistribución normal

De cara a la separación de piezas, que es la razón principal por la que se introduce este elemento "separator", es necesario configurar la opción split (ver en verde); además estas piezas que salen a distintos contenedores se van a configurar en distintos colores (blanco y negro) mediante un trigger para reducir la posibilidad de confusión. Salen 12 piezas para cada uno de los tubos cortados ya que 6m/500mm=12 tubos y 6m/470mm=12.7 tubos que no llega a 13, por lo que son 12 tubos también. Como ya se ha comentado anteriormente, el puesto de tronzado está atendido por un operario, operario 1 cuyos tiempos de carga se han definido en el apartado anterior, y cuya misión principal es trasladar las piezas desde la tronzadora a los contenedores 2 y 3.

Configuración del elemento "separator"
Configuración del elemento "separator"


Los tubos de 470 mm se desplazan a la parte inferior del modelo que se comenta a continuación. De ahí, pasan a un contenedor que surte a procesador en el que se realizaran las operaciones de prensado 1 del cual se encarga el operario 2. Después de ser prensados, los tubos son transportados por una cinta hasta el puesto de punzonado que se ha llamado prensado 2.

El proceso es muy similar al realizado para el ejercicio 1 luego no se explica de nuevo, la única diferencia es el transporte en cinta entre las prensas, donde es vital definir adecuadamente los inputs y outputs. Además debemos tener en cuenta que para el correcto funcionamiento de la simulación se junta un tramo de cinta largo con uno corto, que será donde se acumulen las piezas si es que ocurre tal; por ello se selecciona la opción de posible acumulación como se puede ver en la imagen a continuación (en azul):

Configuración del elemento cinta 1
Configuración del elemento cinta 1

Se analizará ahora el proceso que siguen los tubos de 500 mm. Estos tubos se almacenarán en un contenedor tras ser tronzados y pasarán por un puesto de empaquetamiento. Una carretilla llevará los paquetes hasta una máquina que deshará estos paquetes, para almacenarlos en otra cola e inmediatamente alimentarlos al puesto de soldadura. Las máquinas que empaquetan y desempaquetan los tubos son un combiner y un separator respectivamente, ambos en modo pack (o unpack, en el caso de desempaquetado).

Se ha optado por esta solución para eliminar el problema en el transporte de piezas por parte de la carretilla en la que parece que las piezas forman una torre gigante sin apoyar unas en otras. La empaquetadora y la desempaquetadora necesitan un elemento source para suministrar los pallets sobre los que apoyarían las piezas(Suminitro de pallets, ver recuadrado en verde) y un elemento sink para deshacerse de estas piezas(Sumidero de pallets, ver recuadrado en amarillo).

Detalle transporte tubos de 500 mm
Detalle transporte tubos de 500 mm

Para la carga de piezas que realiza el primer operario, se podría realizar el mismo esquema; en este caso se ha decidido no implementarlo, pero en futuras actividades si se realizará.

Los puestos de soldadura, situados en paralelo, se representan en Flexim por elementos de tipo "combiner". El operario 4, gestiona la alimentación desde el contenedor 4 a ambas soldaduras y la máquina de soldadura 1, mientras que el operario 5 se encarga de la gestión del contenedor 5 surtiendo a ambas soldaduras, así como de la operación de la soldadura 2. Para realizar la soldadura, además de los tubos, se precisa un utillaje; la simulación más sencilla es incluir un suministro de utillajes para cada una de las dos soldaduras que dispongan utillajes continuamente a las mismas.

Es importante mencionar que para que el modelo funcione adecuadamente se debe seleccionar la función de unir, join (ver en rosa en la figura) en las configuraciones de elementos “combiner”. El combinador soldará de dos en dos los tubos de 470 y 500 mm, con un utillaje en cada proceso (ver en verde en la figura).

Detalle elemento combiner
Detalle elemento combiner

La definición de Networks en esta parte del proceso es algo complicada debido a la gran acumulación de maquinaria en la zona (utillajes destacados en rosa, combiners en verde, operarios en azul).

Detalle tramo de las dos soldaduras
Detalle tramo de las dos soldaduras

Se define que las piezas en la salida del combiner sean cajas verdes que simulan el bastidor soldado; estas son trasladadas por los operarios a una cinta curva que abastece a su vez un almacén, que asiste un operario, en el que se forman lotes de diez piezas como estipula el enunciado y posteriormente salen por el sumidero.

Para la configuración de todos los tiempos de operación, carga y descarga, se han tenido en cuenta las tablas explicitadas en el apartado del esquema VSM.

Planos del modelo completo en Flexim

Se incluyen imágenes en planta y en 3D del modelo completo:

Plano en planta del proceso
Plano en planta del proceso


Plano 3D del proceso
Plano 3D del proceso

Animación del modelo en Flexim

A continuación se incluyen animaciones a alta velocidad del proceso resultante, que engloba desde el inicio hasta la produccion de los primeros chasis.

Animación del proceso
Animación del proceso

Dashboards

En cuanto a los dashboards, se muestra a continuación el estado de las distintas máquinas, almacenes y demás elementos del lay-out durante el proceso. Como se ve, el proceso no está del todo optimizado ya que, por ejemplo, la tronzadora pasa la mayor parte del tiempo al operario. En general todos los elementos tienen largos tiempos de espera o de recolección de piezas para los tiempos de proceso. Se procesan más tubos de 470mm, por ello las máquinas de prensado y punzonado tienen tiempos activos mayores comparadas con los centros de soldadura, que deben esperar a recibir piezas de los dos tipos.


A continuación se incluyen una serie de dashboards de donde se puede extraer la conclusión anterior:

State Gant y Average Staytime
State Gant y Average Staytime

También se tienen estadísticas con el porcentaje de tiempo en el que cada elemento está activo, donde se va a reflejar únicamente la ocupación de las máquinas, operarios y transporte (carretilla). Se ven a continuación resaltados los aspectos limitantes del proceso así como los elementos que se podrían utilizar en mayor medida pero no se hace por el momento.


State Bar
State Bar

Se destaca señalado en rojo, la infrautilizacion del separador de tronzado, ya que realiza su proceso con rapidez frente a otros elementos del sistema que son lentos si se comparan con el mismo. Estos elementos (señalado en rosa) son las soldaduras; estas establecen el cuello de botella del proceso presente. Se tiene en cuenta que el efecto con dos soldaduras es mucho menor que el esperable para una sola soldadura, por lo que el sistema presenta una eficiencia mayor que el que propuesto inicialmente.

En cuanto al tiempo que los operarios pasan ocupados, simplemente destacar (ver en amarillo) el alto porcentaje del tiempo en que los operarios 3, 4 y 5 realizan operaciones, ya sea de procesado o de transporte, por lo que constituyen otro de los factores limitantes del proceso. Por contra, el operario 6 se infrautiliza, ya que su cometido es mover piezas finalizadas desde la cinta 2 a la cola de salida. Este hecho permite suponer que el resto de elementos que puedan llegar a la cinta 2 se descargan utilizando al mismo operario, lo cual es positivo para la planta en general.

Finalmente se destaca con una flecha verde rellena en negro, la poca utilidad que presenta tener una carretilla destinada exclusivamente a trasladar pallets de tubos precortados de una cola a otra, por lo que es conveniente para futuras aplicaciones tener en cuenta que la carretilla pueda realizar otras funciones con simultaneidad.

Finalmente se incluye el gráfico de barras de Work in Progress, en el cual se muestra el ritmo al que está funcionando el sistema en su conjunto. Se muestra el gráfico resultante en un tiempo suficientemente lejano:


Work in progress
Work in progress

Archivo de Flexim

Se adjunta un fichero que contiene el documento de tipo Flexim, por si se desean comprobar los cálculos. Imagen:ArchivoSoldaduraFleximGrupo17FINAL.zip

Práctica 3. Fabricación de productos con procesos distintos

Enunciado del problema

En una sección de una fábrica se producen productos que se procesan en tres máquinas siguiendo procesos diferentes en cuanto al número y extensión de las fases. Cada una de las máquinas están atendidas por un operario.

Colocación de la maquinaria
Colocación de la maquinaria

Todos los productos se procesan en lotes que se trasladan de una máquina a otra en un contenedor por medio de una carretilla. La capacidad del contenedor depende del tamaño de los productos. Para los productos A y C, el contenedor tiene una capacidad de 20 unidades y para B, 15 y para D, 10. El plan de producción de una semana típica sería la que se indica en la siguiente tabla:


Tabla de producción semanal
Tabla de producción semanal

Los tiempos del procesamiento en minutos para estos productos se recogen en la siguiente tabla. Los tiempos del procesamiento en minutos para estos productos se recogen en la siguiente tabla.

Tabla de tiempos de producción
Tabla de tiempos de producción

Al final de la sección existe un puesto de inspección que detecta los productos defectuosos y los retira a un contenedor para su reproceso. El tiempo de inspección es semejante para todos los productos y supone 5,5 min. El nivel de defectos detectados para cada producto se recoge en la siguiente tabla:

Tabla de defectos detectados en la producción
Tabla de defectos detectados en la producción

Indicar el tiempo de ciclo, el tiempo de ciclo total, el nivel de producción de la sección y los costes de fabricación de cada componente.

Esquema VSM

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

Para el caso que nos ocupa, así como tres máquinas principales que van realizando procesos a los diferentes productos, para pasar finalmente a una etapa de inspección en la que se aceptarán o rechazarán las piezas. Existen dos opciones de cara a la simulación de este ejercicio en Flexim.

Una primera en la que a la salida de cada una de las máquinas se incorpora un contenedor, que quedaría definida por la imagen a continuación:

Esquema VSM utilizando contenedores para almacenaje
Esquema VSM utilizando contenedores para almacenaje

Existe una segunda posibilidad para realizar la simulación del problema con Flexim, y consiste en utilizar elementos Separator y Combiner, para paletizar cada uno de los lotes y transportarlos así de una forma más real y similar a la que ocurriría en fábrica. En esta opción se utilizarán los elementos separator como contenedores a la salida de cada máquina y los combiner como contenedores a la entrada, de modo que el producto aguarda en dichos lugares para ser procesado o transportado. La introducción de este tipo de elementos implica la necesidad de utilizar una serie de fuentes y sumideros que introducirán pallets en los combiners y los eliminarán en los separators.

De esta forma el esquema VSM del proceso con Separator y Cominer, que será el elegido para simular por este grupo resulta:


Esquema VSM utilizando separadores y combinadores para almacenaje
Esquema VSM utilizando separadores y combinadores para almacenaje


Las tablas de tiempos de cada una de las máquinas son en función del producto que se procesa, de forma que si el producto A tuviese un cero en procesamiento y preparación para la máquina uno implicaría que no la atraviesa en su recorrido. Además, se ha tenido en cuenta que el tiempo de preparación enunciado no es el tiempo de preparación para cada uno de los productos, si no que se emplea dicho tiempo unicamente una vez en cada lote para preparar la máquina. La tabla de tiempos es:

Tablas de tiempos de procesado y preparación de cada máquina según el producto
Tablas de tiempos de procesado y preparación de cada máquina según el producto

Además se define una producción en lotes, que agrupa los productos del mismo tipo en lotes, que gracias a conocer la cantidad de producción semanal estipulada, permite conocer el número de lotes a producir semanalmente de cada tipo, tal y como se ve en la tabla a continuación:

Tablas de lotes
Tablas de lotes

Simulación en Flexim

Descripción del modelo utilizado

Para este ejercicio, tras la colocación de los elementos descritos en el modelo VSM con separator y combiner y los correspondientes sumideros y fuentes de pallets no incluidos en el esquema VSM, se ha creado una tabla global (global table) con todos los datos del enunciado, a la que se ha llamado "produccion". Se incluye a continuación la tabla, que se comentará a continuación:

En ella se definen cada uno de los cuatro productos a fabricar dados por el enunciado, y se asignan variables como la cantidad de ítems en función del tipo, la cantidad de ítems por lote(en azul), el código (ver en morado) que representa el camino que seguirá cada elemento por el layout, los tiempos de preparación (verde) y de proceso (naranja), porcentaje de errores (en rojo) y el tipo de producto.

Mención especial merece el código, que es un número que se otrorga a cada uno de los producctos como un código binario según se vaya o no a pasar por cada una de las máquinas; por ejemplo el producto A, que se procesa en las máquinas 1 y 3, tendrá el código 101 (Maquina 1-1, Máquina 2-0, Máquina 3-1).

Además, los tiempos de preparación, enunciados se han considerado asignados al lote, por lo que se ha realizado el cálculo de los tiempos individiales de preparación para estimar el efecto que esta tendría en el proceso. Los datos se han incorporado en minutos.

Una vez definida la tabla global se pasa a configurar la fuente inicial (no las de pallets) que gestionará el conjunto del proceso, por ser el elemento encargado de definir cada uno de los productos. Esta fuente recibe el nombre de suministro, y en ella se deben definir los distintos tipos de productos a fabricar en el proceso, así como sus características(se puede ver en la parte superior de la imagen a continuación, marcado en verde, que para distinguir el tipo de producto se ha utilizado el comando Setcolorbycase, de modo que según el tipo de item asigna un color u otro). Es importante, definir la tabla de llegadas, añadiendo columnas que se encuentran vacías ya que en ellas se grabarán los valores de tiempos que se miden para cada uno de los items que se fabrican, y que se explicarán más adelante (marcado en la imagen en rosa). Se puede ver la configuración en la imagen incluida a continuación:

Configuración suministro
Configuración suministro

Otros elementos esenciales para el funcionamiento, y cuya utilización se puede considerar novedosa en este ejercicio respecto a los realizados anteriormente son la declaración de los tiempos de procesado y preparación para las tres máquinas principales, ya que en este caso, en lugar de tener un tiempo asignado que es siempre el mismo, deben emplear tiempos distintos en función de cada producto. Para ello, se asigna una función (ver en azul el process time y naraja el setup time) mediante la cual se busca dicho tiempo en la tabla "producción" definida al inicio del ejercicio.

Configuración máquinas principales
Configuración máquinas principales

Además, se debe definir la máquina mediante la cual se simula la inspección de todas las piezas; el tiempo es comun a todas ellas, y de 5 minutos y 30 segundos. Sin embargo, esta debe rechazar un cierto número de elementos que varían en porcentaje según el tipo de producto. Para ello, se utiliza una técnica similar a la anterior, de búsqueda en tabla, definiendo el sentido de las piezas por porcentaje, como se ve señalado en rojo en la figura a continuación.


Configuración máquina de inspección
Configuración máquina de inspección

Los elementos tipo suministro de pallets y sumideros de pallets, así como carretilla y operarios, se han definidos tal y como se viene haciendo en ejercicios anteriores. El único elemento diferente a destacar, es la configuración del "flow" de elementos desde unas máquinas a otras. Para ellos se han utilizado separators y combiners, con el objetivo de agrupar las piezas en lotes para el transporte y separarlas para su procesamiento. Como no todas las piezas siguen el mismo recorrido, se ha programado en función del codigo el camino a seguir. En el combiener de entrada, se define que todos los productos cuyo código sea mayor que 100 pasarán a la máquina uno, mientras que los demás irán a la 2. A la salida de la máquina 1 se utiliza el resto de dividir entre 100, para saber si el resto es mayor o igual que 10 en cuyo caso irian a la máquina 2 o no, caso en el cual irían a la 3. Por último a la salida de la 2, se divide entre 10, de modo que si el resto es 1 pasan a la máquina 3, y si no salen hacia el separator de salida. Se incluye a continuación el ejemplo de programación de flujo para el combiner de entrada al proceso:


Programación flow en Combiner_Entrada
Programación flow en Combiner_Entrada



Una vez definido el modelo, y su funcionamiento, se pasa a tomar datos de tiempos para poder realizar una adeucada estimación de costes.

De cara a poder medir los tiempos en los que se utilizan las máquinas, operarios y demás, al ser un ejercicio de mayor dificultad, la utilización de dashboards puede dar una idea significativa, pero nno tan precisa como cabría esperar. Es por ello que en este ejercicio, una de las partes más importantes es la medición y almacenamiento de tiempos de entrada y salida de las distintas máquinas.

Para ello, de cada una de las máquinas se definen ECMx,EMx, SMx, SCMx como se describia anteriormente. Estos tiempos son:

  -ECMx: tiempo de entrada al separador (almacén) previo a la máquina en cuestión del item.
  -EMx: tiempo de entrada a la máquina del item.
  -SMx: tiempo de salida de la máquina del producto.
  -SCMx: tiempo en el que el item abandona el combiner (almacén) posterior a la máquina. 

La dificultad principal a la hora de guardar estos tiempos, es que en Flexim, se opera diferente cuando el objeto se encuentra libre como item (caso en el cual, con una simple línea de código se puede guardar al tiempo en la variable deseada, definida en el propio item), a cuando se encuentra formando parte de un pallet (en este caso, las operaciones se complican, teniendo la necesidad de utilizar variables auxiliares).

Otra de las complicaciónes, es que al presentar elementos que no pasan por las tres fases, unos solo pasan por dos y además pueden ser alternas, se debe prestar especial atención a que los valores medidos que se están guardando, se escriban en los lugares apropiados en cuanto a numero de máquina se refiere, por lo que es vital determinar la fase en la que se encuentra el item.

El tiempo ECMx, se mide a la entrada al Separator de entrada de las máquinas, sin embargo, como no se puede asignar a pallets, y a la entrada son pallets, se debe definir una variable auxiliar en el separador, para que guarde la información de entrada y la asigne a la salida. El tiempo EMx, se mide a la salida de dicho separador, y se asigna directametne, ya que los elemetnos son individuales y no forman parte de un pallet. Se muestra como ejemplo el separador de la máquina 1, con sus códigos para entrada (verde) y salida (en rojo); todo el código relacionado con ECM1 se ha recuadrado en naranja, mientras que el de asignación de EM1 se ha puesto en azul. Siempre que se diga current en el código, asigna valor de máquina, mientras que ítem se refiere al objeto en uso:


Código de definición de ECMx y EMx
Código de definición de ECMx y EMx

La definición de SMx, es sencilla, porque se puede realizar a la entrada del combiner de salida, momento en el cual los productos aún no se han paletizado, y se asigna OnEntry directametne sin necesidad de utilizar variables auxiliares, del mismo modo que se ha asignado EMx.

Sin embargo, asignar valor a SCMx es mas complejo, ya que para ello, se debe guardar el tiempo en una fase, y esribirlo en la siguiente, siendo un proceso algo más complicado. Es en este caso, cuando la determinación de la fase es vital, ya que es necesario saber de que fase viene el objeto para asignar SCMx a la fase anterior correctamente, para lo cual se define una variable llamada "fase". En primer lugar, a la salida (ver señalado en amarillo) del combiner de salida de la máquina cuyo tiempo se desea medir, se debe grabar en una tabla global de tiempos auxiliares (marcada en verde) que se ha creado previamente, el valor del tiempo de salida del pallet, tal y como se puede ver en la figura (en azul):

Código de salida del combiner Máquina 1 y tabla de tiempos auxiliar
Código de salida del combiner Máquina 1 y tabla de tiempos auxiliar

Una vez almacenados los tiempos de salida del combiner a la tabla global, se asignan a los ítems individuales a la salida del separador de la siguiente fase. Para ello, se almacenan en variables auxiliares de la máquina a la entrada del separador (ver en naranja), y en esta misma fase del código se asigna el valor de fase que identificará el producto (ver en rosa). A la salida del separador, se tienen elementos individuales de modo que se podrá asignar SCMx (ver en rojo); es aquí donde "fase" toma una relevancia particular ya que según la fase que muestre el producto, se asignarán valores a SCMx (ver en verde). Es sobre todo relevante en el caso de la entrada a la máquina 3, donde realmetne se debe elegir entre si el producto procede de la máquina 1 o de la segunda. Se incluye a continuación parte del código del separator de entrada a la máquina 2:

Código de asignación de SCMx
Código de asignación de SCMx

Una vez definido todo el proceso y medición de tiempos, se asigna a cada ítem el tiempo final de salida del proceso de inspección. Todos estos tiempos se agrupan en la tabla de tiempos medidos, global table, cuyo análisis se realizará más adelante.

Planos del modelo completo en Flexim

Se incluyen imágenes en planta y en 3D del modelo completo:

Plano en planta del proceso
Plano en planta del proceso


Plano 3D del proceso
Plano 3D del proceso

En este caso no se han incluido las conexiones que definen el flujo debido a que simplemente provocan que la imagen se observe peor, y el flujo es el que se ha ido describiendo durante los comentarios anteriores al ejerccio. Únicamente se ve el orden y disposición, así como las redes que siguen cada uno de los operarios y la carretilla.

Animación del modelo en Flexim

A continuación se incluyen animaciones a muy alta velocidad del proceso resultante, que engloba desde el inicio hasta el final de la semana, no se puede apreciar el movimiento de carretilla y operarios por las redes definidas:

Animación del proceso
Animación del proceso

Por ultimo, para que se pueda comprobar el movimiento correcto tanto de operarios como de la carretilla, se incluye una animación a menor velocidad donde se puede ver como la carretilla viaja, y también lo hacen el operario de la máquina 1.

Animación del movimiento de operario y carretilla
Animación del movimiento de operario y carretilla

Análisis de resultados

Dashboards

Para realizar el analisis de los tiempos obtenidos, se propone en primer lugar, el analisis de los Dashboards, tal y como se ha hecho anteriormente en los ejercicios primero y segundo. Esta es la razon por la que simplemente se integraran las imagenes sin mayor explicacion.

State Gant y Average Staytime
State Gant y Average Staytime

En este proceso destacan las partes del diagrama de Gantt en amarillo, que implican que esos elementos se encuentran en bloqueo para un tiempo determinado, lo cual implica una relativa perdida de productividad.

State Bar
State Bar

Llama la atencion en el State Bar, que los tiempos de carga, descarga y transporte de los operarios no son representativos frente a la cantidad de tiempo invertido en el procesamiento y preparacion de cada maquina. Luego de cara a la reduccion de tiempos, la velocidad de procesado y preparacion son los inputs que mas afectan a todo el proceso.

Work in progress
Work in progress

Tablas de tiempos

Estimación de costes

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