G19 1202 2018

De Wikifab


Contenido

Trabajos parciales fabricación


G19 1202 2018 - Trabajo 1: Caso práctico sobre la fabricación de tubos

G19 1202 2018 - Trabajo 2: Caso práctico sobre la fabricación de bastidores tubulares

G19 1202 2018 - Trabajo 3: Caso práctico sobre la fabricación de lotes múltiples de productos diferentes

Trabajo final fabricación


Introducción


El objetivo de esta entrega es el de diseñar una linea de montaje automática de ensamblado de un sensor de posición rotativo que tiene dos modelos distintos: A y B. Los distintos elementos que componen los sensores coinciden a excepción de: las carcasas y los rotores que son diferentes para cada modelo.Teniendo entonces los siguientes componentes:

Sensores A y B
Sensores A y B
  • Carcasa tipo A
  • Carcasa tipo B
  • Rodamiento inferior
  • Tarjeta electrónica
  • Rotor tipo A
  • Rotor tipo B
  • Rodamiento superior
  • Tapa
  • Atornillado

La producción de ambos tipos de sensores debe alcanzar las 200 unidades a la hora, siendo la producción del sensor A cuatro veces mayor que la del sensor B.

El proceso de montaje se basa en montar uno o varios componentes iguales en cada puesto. La linea está compuesta por 9 puestos, incluyendo el puesto de inspección y el de descarga. El montaje se realiza encima de unos utillajes fijos que hay en los pallets que impedirán el movimiento de las piezas, cuando se este ensamblando otro componente o cuando el conjunto se mueva al avanzar por la linea.



En los siete primeros puestos se realizará el ensamblado de componentes:

  • Puesto 1: Carcasas.
  • Puesto 2: Rodamiento inferior.
  • Puesto 3: Tarjeta.
  • Puesto 4:Rotores.
  • Puesto 5: Rodamiento superior
  • Puesto 6: Tapa
  • Puesto 7: Tornillos

En los dos últimos puestos se realizará la comprobación del funcionamiento del sensor y la descarga del sensor en cajas respectivamente.

Los distintos puestos se encuentran distribuidos a lo largo de una linea, por la que circulan los pallets, mediante bandas que se muevan a velocidad fija. Estas bandas se ha dispuesto de tal manera que se permita la recirculación de pallets una vez han pasado por todos los puestos.

Esquema VSM


A continuación, se muestra el mapa VSM detallado del proceso, empleando simbología estándar.


VSM
VSM

Simulación en Flexsim


En este apartado se va a realizar una explicación detallada de la elaboración del modelo con Flexsim. Esta explicación va a seguir el mismo orden que el realizado por las piezas del problema, es decir, empezando por las fuentes de las piezas y terminando en los almacenes finales del producto ya empaquetado.

A continuación, se puede ver una imagen del modelo realizado:

vista planta del modelo
vista planta del modelo
vista en perspectiva del modelo
vista en perspectiva del modelo

En la zona superior de la planta se colocan las fuentes de las diferentes piezas necesarias para fabricar los sensores. A la hora de determinar las cantidades de cada pieza y los intervalos de tiempo en los que se suministran se ha tenido en cuenta que es necesario producir 200 sensores por hora y que el número de sensores de tipo A producidos debe ser 4 veces superior a la cantidad de sensores de tipo B. Ello implica que la carcasa A y el rotor A tendrán intervalos de suministro 4 veces menores que los de carcasa B y rotor B respectivamente.

En las fuentes de carcasas se crearán estos elementos con diferentes etiquetas, que permitirán guardar los tiempos necesarios para determinar el tiempo medio de producción de cada sensor y otras etiquetas que permitirán diferenciar entre tipos de piezas cuando sea necesario y fijar también una proporción de defectos realista que será relevante en la etapa de inspección. A su vez se ha creado una fuente de pallets, que irán directamente a un contenedor en el que se almacenarán para que sean utilizados cuando sean necesarios.

sources almacen

A la salida de las diferentes fuentes de componentes antes mencionadas se encontrarán varios combiners, en los que se formarán lotes de las diferentes piezas procedentes de la fuente con los tamaños indicados en el enunciado (páginas 3 y 4). Para formar los lotes se utilizarán los pallets almacenados en el almacén mencionado anteriormente. Es importante destacar que en estos combiners se asigna a la etiqueta “tipo” de cada ítem un identificador numérico que permitirá posteriormente enviar cada lote de componentes al separator adecuado de la línea de montaje.

combiner almacen

Una vez se hayan formado los lotes en los combiners, éstos son transportados a la estantería más cercana. Desde la estantería se transportarán los diferentes lotes al separator adecuado de la línea de montaje. Para ello, en la estantería, se utiliza la herramienta “send to port” para que envíe cada lote al separator correspondiente en función de la etiqueta “tipo”.

send to port del Rack

Ya en los separator de la línea de montaje será necesario deshacer los lotes con los componentes. Utilizando la herramienta “send to port” del separator se enviarán los componentes del sensor al almacén previo a las máquinas de la línea de montaje y los pallets se enviarán a los almacenes auxiliares de pallets distribuidos a lo largo de la línea (en total 3 almacenes de color naranja). Para hacer la distinción se utiliza el tipo de ítem. Estos almacenes de pallets auxiliares se usan para reutilizar los pallets, y desde estos almacenes se recirculan al gran almacén de pallets de la parte superior de la planta para que vuelvan a ser utilizados en el proceso.

Send to port separator en linea

Al final de la página 5 del enunciado se indica que el suministro a los almacenes de la línea no tenga lugar hasta que no queden menos de 5 componentes en el almacén. Ello se programa en el trigger onExit de cada contenedor.

OnExit contenedores linea

En los diferentes combiners distribuidos a lo largo de la línea de producción se realizan las diferentes operaciones necesarias para la fabricación de los sensores. Requieren mención especial los combiners correspondientes a las etapas de colocación de la carcasa y de montaje del rotor. Ello se debe a que es necesario elegir en cada momento si debe entrar a la máquina un componente de tipo A o de tipo B. Para ello se ha realizado la tabla “elegir tipo”, que se utiliza en el trigger onEntry de estos combiners. En función del tipo del ítem entrante se elige entre la primera o la segunda columna de la tabla. Cada una de esas columnas contiene la información del puerto de entrada (entre ambos almacenes) al combiner desde el que deben entrar o no componentes. Además, se aprovecha el trigger onEntry del primer combiner para recoger el tiempo de entrada de las carcasas a la línea, que posteriormente se almacenará en la tabla “tiempos” y permitirá obtener el tiempo medio que se tarda en producir un sensor en la línea de montaje.

combiner carcasa A

Según el párrafo anterior, es necesario que los pallets que entren a la etapa de colocación de la carcasa lleven asociado un valor numérico en su etiqueta correspondiente al tipo para que se pueda escoger entre carcasas de tipo A o de tipo B en función del tipo del pallet. Para programar esta tarea se utiliza la cinta transportadora previa al combiner de colocación de la carcasa. Para ello, se crean dos etiquetas (en trigger onReset) llamadas ‘tipo’ y ‘cuenta’ que irán asociadas a la cinta (current). Ambas etiquetas se utilizan para controlar uno de los requisitos de la línea que se indican en el enunciado: que la producción del sensor de tipo A sea 4 veces superior a la del tipo B. Por tanto, en el trigger onExit de la cinta, se asignarán los valores adecuados al itemType del pallet utilizando la etiqueta ‘cuenta’. Cuando se estén asignando tipos A y el valor de ‘cuenta’ llegue a 4 se cambia a asignar tipo B, y cuando se asigne un tipo B se volverá a cambiar a tipo A. Cabe destacar que a esta cinta transportadora llegarán pallets recirculados, salvo al arranque de la línea, en el que llegan pallets auxiliares de una fuente, separados en breves intervalos de tiempo, que han sido estimados empíricamente de forma que no colapse la cinta.


cinta pallets recirculados

Para incluir de forma correcta los tiempos en cada fase se utilizan los datos de tiempos básicos de montaje y de apertura y cierre de pinzas del robot. Además, se imputa como tiempo de preparación el tiempo de activación de válvulas y de desplazamiento de cilindros de posicionamiento (1,7 s).

tiempos combiner carcasa

En cada una de las cintas transportadoras se ha asignado la velocidad indicada en la página 5 del enunciado en m/s (0,22 m/s) y con la función blocking se representa la barrera a la entrada de las máquinas que se indica también en la página 5 del enunciado.

Bloqueo en la cinta y velocidad

Es muy importante describir las peculiaridades encontradas en la etapa de inspección. En primer lugar, es necesario destacar que los tiempos de inspección son mucho mayores que los del resto de etapas, por lo que aparecía de forma clara un cuello de botella en la inspección. Para mejorarlo, se ha añadido un separator adicional para la etapa de inspección. Un problema encontrado es que, al estar la salida de ambos separator unidas a una misma cinta, flexim daba problemas porque cambiaba en ocasiones los valores de itemType. Para solucionarlo, en el trigger onEntry de los separator de inspección se guarda el tipo de piezas en una etiqueta auxiliar ‘aux’, que se utiliza a la salida para enviar los pallets a la cinta transportadora de recirculación y los sensores a un almacén provisional de sensores.

tiempos y triggers en inspección

Es en ese almacén provisional ( que hemos llamado output cajas) es en el que se separan los sensores correctos de los defectuosos en función del porcentaje indicado en la etiqueta ‘defecto’ de cada ítem. Además, a la entrada de sensores en este almacén se almacena el tiempo de salida de cada sensor y se genera la tabla de tiempos. Los sensores defectuosos van a un almacén de piezas defectuosas. Los sensores correctos van a un combiner, en el cual se almacenan en cajas de 20 sensores, que son cerradas, precintadas, etiquetadas y descargadas a un almacén de salida.

almacén provisional

Análisis de resultados y propuesta de mejora


En el siguiente apartado se va a realizar un análisis de los resultados, así como comentar diversos aspectos que tuvimos que tener en cuenta durante la creación del modelo.

Tiempo de producción

Este análisis se ha realizado a partir de los datos de tiempos obtenidos durante la simulación en Flexsim. Estos tiempos fueron guardados en una Global Table llamada tiempos y exportada a Excel para poder trabajar con ella.

Global Table tiempos

Para este estudio de tiempos se ha tomando una muestra de datos de 239 sensores en total, tamaño que hemos considerado suficiente para sacar conclusiones fiables. A partir de estos datos, se han calculado los tiempos medios de producción de cada sensor ( 275,67 segundos/producto), además del tiempo total de producción que se muestra a continuación:

Tiempo producción

Por tanto, la producción total será aproximadamente de 139 sensores/ hora, suponiendo que no se producen paradas o posibles fallos.


Número de paletas en la instalación

En cuanto al número de pallets necesarios en la instalación, hemos decidido escoger una cantidad que permita que en todo momento haya disponibles pallets en el almacén de pallets. Para ello, al principio se reciben 25 pallets en el almacén principal, que permiten hacer lotes de los componentes de los sensores que entran al comienzo en la línea. Además, para reforzar la necesidad de pallets en la línea se distribuyen 13 pallets en la línea de producción al inicio (y estos llegan separados en intervalos de unos pocos minutos para no colapsar la línea).

Número de empleados

El número total de empleados trabajando en la linea de producción de sensores es de tres:

  • Una carretilla en el almacén de suministro. Encargada abastecer al Rack de pallets ya formados, además de transportar pallets de la linea al almacén.
  • Otra carretilla en la linea de producción. Qué transporta los pallets del Rack a cada puesto.
  • Un operario en el puesto de descarga, encargado de formar la cajas y llevarlas al almacén de salida.

Situación de los almacenes de pallets

Para aprovechar al máximo el espacio, la disposición de la linea de producción es la que se muestra en la imagen:

disposición linea

Los distintos puestos de ensamblaje, además del puesto de inspección, se han dispuesto a lo largo de la cinta en forma de U para aprovechar al máximo el espacio. El puesto de descarga, junto con los contenedores de defectuosas y de cajas final se han colocado a la salida del puesto de inspección.

A lo largo de la linea podemos encontrar, además de los puestos definidos en el enunciado, tres contenedores ( de color naranja), donde se envían desde los separator los pallets vacíos. Se han dispuesto tres a lo largo de la linea, de tal manera que cada tres separator hay un contenedor que comparten. De esta manera se consigue aprovechar el espacio de la nave.

Tanto los separator como los contenedores de pallets deben ser fácilmente accesibles por las carretillas, por esta razón se han dispuesto con espacio suficiente para que la carretilla correspondiente sea capaz de acceder desde la ruta asignada, que rodea toda la linea de montaje.

Distribución de tiempos de las operaciones

A continuación se muestran dos gráficos del dashboard de la herramienta Flexsim: State Pie y State Bar

State Pie
State Pie

Se observa como los puestos de inspección son los puntos con mayor tiempo de procesamiento. El puesto de descarga pasa la mayor parte del tiempo (99,6%) recogiendo las piezas que han superado satisfactoriamente el proceso de inspección.


Tras analizar la barra de estados de los robots que sitúan las piezas en el combiner se observa como el robot del proceso de atornillado se comporta durante un 15% del tiempo como offset travel y carga uno o más flow items.

State Bar
State Bar

Analizando el siguiente gráfico se observa como la producción en el proceso de colocación de carcasa es mayor que en el resto de puestos, esto es debido a que las esperas son menores ya que en todo momento se cuenta con palés disponibles para comenzar el proceso; bien generados mediante un source o recirculados al terminar el proceso de inspección.

Output per hour
Output per hour

Análisis de Costes


Partiendo de los datos que nos da el enunciado, sabemos que la inversión inicial realizada en la linea es de 950.000€ y se espera que esté operativa 5 años. Por otro lado, sabemos que los costes laborales son de 31.000€ para el operario encargado de abastecimiento ( carretilla) y 36.000€ para el técnico de intervención.

Vamos a tener en cuenta los costes que se muestran en la tabla a continuación, que han sido clasificados en costes directos e indirectos.

Costes directos Costes indirectos
Operarios Amortización
Consumo eléctrico
Materias primas
  • Para el cálculo del coste en RRHH, se tiene en cuenta que nuestra linea de montaje tiene dos operarios de abastecimiento y un técnico de intervención. Por lo tanto, el coste total anual en operarios será de 98.000€/año.
  • Para el cálculo del consumo eléctrico se ha estimado el precio de KWh a 0,135 €. Además, hemos supuesto que las máquinas consumen 12 KWH.Con lo que conociendo que un sensor se produce en un tiempo medio de 275,67 segundos (0,076575 horas). El coste que conlleva producir un sensor en cuanto a gasto energético se muestra en la siguiente tabla:


Coste energético


  • Se ha estimado también un coste para las materias primas, es decir, para las distintas piezas que componen los sensores. Esta estimación es de:
Pieza Precio
Carcasas 1 €
Rodamiento superior 0,5€
Tarjeta electónica 2€
Rotores 1€
Rodamiento inferior 0,5€
Tapa 1€
Tornillos (x2) 1€

Por lo que se ha estimado que el valor de materias primas de un sensor es de 7€/sensor

  • Para el calculo de la amortización se tiene en cuenta que la inversión inicial ha sido de 950.000€, como dice el enunciado y que la amortización se debe realizar en 5 años. Con estos datos y suponiendo un valor residual de la inversión de 95.000€ se calcula la amortización como: (Valor inical-Valor residual)/años vida.


cálculo amortización


Finalmente, conociendo que fabricamos 139 sensores en una hora y suponiendo una jornada laboral anual de 1780h, obtenemos una producción anual de 247.420 sensores. Con este dato podemos conocer lo que equivaldría la amortización y el coste en recursos humanos para una pieza.

Archivo descargable


En el siguiente enlace se puede descargar el modelo:

Archivo Flexsim

Herramientas personales