G20 1202 2018

De Wikifab

Esta es la página del Grupo 20 de Sistemas Integrados de Fabricación (M5).

Contenido

T1 - Conformado de tubos

Este primer caso práctico consiste en un proceso de conformado de tubos. Se parte de tubos sin modificar y se llevan a cabo dos fases: prensado de los extremos del tubo y punzonado en distintas posiciones del tubo. Para mayor claridad se muestra una imagen en la que aparecen las distintas fases por las que pasa el producto durante el proceso.

Fases del producto
Fases del producto

El funcionamiento básico del proceso es el siguiente:

- Etapa 1: Se ha utilizado un suministro que producirá un lote de 20 piezas cada 10 minutos (600s en FlexSim). Este lote se descargará automáticamente en el contenedor1 en el que las piezas se irán disponiendo en lotes y, desde el cual, el operario las cogerá.

- Etapa 2: El operario1 transportará los tubos desde el almacén inicial a la máquina que los prensará. En este proceso, el operario invertirá un tiempo de 4,5 segundos en el proceso de carga y un tiempo de 4,1 segundos en el de descarga. Tras un tiempo de procesado, sin incluir los tiempos de carga y descarga, de 15,9 segundos, los tubos prensados pasan al contenedor2. Dichos tubos prensados están representados en la imagen como la Fase 1 del producto.

- Etapa 3: A continuación, la carretilla transportará los tubos desde el contenedor2 hasta el contenedor3, los cuales distan dos metros.

- Etapa 4: Al igual que en la segunda fase, otro operario transporta los tubos prensados desde el contenedor3 hasta la punzadora, donde el proceso dura 22.9s, sin incluir el proceso de carga, de 4.5s y de descarga de 4.2s. Los tubos punzados están representados en la imagen como la Fase 2 del producto.

- Etapa 5: El segundo operario lleva los tubos de la punzadora al contenedor4, de donde pasan a la salida.


Value Stream Map

Se ha realizado un mapa del flujo de valor (VSM, por sus siglas en inglés) del proceso en cuestión, siguiendo la simbología recomendada en clase. Este diagrama permite visualizar el flujo de material de una fase a otra, así como los parámetros operativos más importantes. La mayoría de estos parámetros, como los tiempos de operación en cada máquina, el régimen de entrada de material o la capacidad del primer contenedor, vienen dados por el enunciado del trabajo. Otros datos, como la capacidad de los contenedores 1, 2 y 3, no se detallan en el enunciado. En este caso, se ha decidido igualar la capacidad de estos contenedores a la del primer contenedor (20 unidades).

Cabe destacar que los tiempos de carga y descarga de cada fase se han representado en una tabla distinta al resto de operaciones para indicar que estos tiempos se imputarán, ya en el modelo de FlexSim, a los respectivos operarios. Por supuesto, los tiempos de carga y descarga siguen siendo parte del tiempo de ciclo base de cada subproceso


VSM
VSM

Modelo para simulación en FlexSim

A continuación se muestran dos imágenes del modelo creado en FlexSim, la primera en perspectiva y la segunda en planta:

Vista en perspectiva
Vista en perspectiva


Vista en planta
Vista en planta


De aquí en adelante procederemos a detallar las características elegidas para cada componente del modelo. En primer lugar se muestra una tabla resumen donde se incluyen todos los tipos de componentes elegidos para formar el modelo:

Elementos utilizados Cantidad Nombres en simulación
Fuente 1 Source
Contenedores 4 Cont1, Cont2, Cont3, Cont4
Procesadores 2 Prensado, Punzonado
Operarios 2 Juan, Pepe
Transportador 1 Carretilla
Sumidero 1 Sink

Fuente


Como puede observarse en las imagenes posteriores, la fuente esta programada para introducir lotes de 20 tubos al contenedor 1 con un periodo de espera de 10 minutos(600 segundos) entre lotes.


Contenedores


En el caso de los contenedores debe destacarse que los cuatro han sido programados para trabajar por lotes y con una capacidad máxima de almacenamiento de 20 tubos.

Detalle del contenedor
Detalle del contenedor


Procesadores


En primer proceso que se realiza es el de prensado de los extremos de los tubos, de forma que se puedan soldar después a otros componentes de una estructura metálica. En cuanto a los detalles del proceso destacar un tiempo de 15.9s. En dicho tiempo ya ha sido descontado el tiempo de carga y descarga de la maquina, el cual se le ha atribuido al trabajador. La maquina esta programada para recibir tubos del contenedor 1 y sacarlos hacia el contenedor 2. Este movimiento de tubos entre contenedores y maquina lo realiza el operario siguiendo una trayectoria definida que se puede apreciar en la imagen en perspectiva y en planta del modelo completo.



El segundo proceso que se realiza es el de punzonado, mediante el cual se le realizan unos agujeros en el tubo para permitir que sean atornillados con otros elementos. Puede observarse en los detalles del proceso un tiempo de 22.9s en realizar la operación en cada tubo. Al igual que sucedía con el prensado, los tiempos de carga y descarga de la máquina han sido descontados del tiempo de proceso e introducidos en los parámetros del operador. Esta máquina tiene como puerto de entrada el contenedor 3 y como puerto de salida el contenedor 4 y al igual que en el caso anterior, es el operador el que se desplaza llevando los tubos entre contenedores y máquinas.

Operarios

El modelo cuenta con dos operarios cuya función es el transporte y colocación de los tubos entre los contenedores y las máquinas. En las imágenes posteriores puede verse la configuración de los mismos. Ambos están programados para no colisionar con otros objetos y además moverse siguiendo un camino prefijado, el cual se puede apreciar con claridad en las imágenes del modelo completo mostradas anteriormente. Por último, como puede apreciarse tanto en las imagenes como en la tabla posterior, a cada trabajador se le ha asociado el tiempo de carga y descarga de las máquinas que están a su cargo.



Procesadores Carga Descarga
Prensado Juan(4.5s) Juan(4.1s)
Punzonado Pepe(4.5s) Pepe(4.1s)


Transportador

En transporte en este modelo es utilizado para transportar los lotes de 20 tubos entre el contenedor 2 y el contenedor 3. Se lleva a cabo mediante una carretilla, la cual recorre el espacio entre los dos contenedores.

Detalle de la carretilla
Detalle de la carretilla


Sumidero

Por último, en el sumidero se recogen los lotes de 20 tubos que se van almacenando en el contenedor 4 para proceder a su extracción fuera de este proceso.

Detalle del sumidero
Detalle del sumidero


Analisis de los resultados

Una vez planteado los elementos que se han utilizado para construir nuestro modelo de FlexSim, hemos realizado el análisis de distintas gráficas mostradas en las simulaciones con el fin de obtener una serie de conclusiones, las cuales exponemos a continuación:

En primer lugar hemos detectado que tal y como está planteado el caso, no es posible la entrada de material al primer contenedor a la frecuencia estipulada (20 barras cada 10 minutos) sin que la entrada quede bloqueada durante un tiempo. El Contenedor 1 tarda más tiempo en vaciarse que el intervalo entre lotes de barras iniciales, debido al tiempo invertido por el operario, en este caso Juan, en el proceso de prensado y todas las tareas adicionales a él: carga, descarga y desplazamiento de un lugar a otro. En la figura de la parte inferior se puede apreciar precisamente cómo se vacía el Contenedor 1 a lo largo del tiempo y cómo vuelve a llenarse una vez se ha vaciado. El problema radica en que el contenedor 1 tarda en vaciarse de tubos en torno a los 800 segundos, mientras que la llegada entre lotes esta programada cada 600 segundos, de ahí que hayamos concluido que con la configuración propuesta para este trabajo se produce un cuello de botella.

Content vs Time
Content vs Time


En cuanto a los contenedores también hemos comprobado su porcentaje de tiempo en sus distintos estados (llenado, vaciado, espera para transporte y vacio). Como puede verse en la figura posterior todos los contenedores tienen altos porcentajes de ocupación. El menor porcentaje corresponde al contenedor 4 ya que al final del proceso el contenedor está vacío en los intervalos en los que está esperando a que lleguen los tubos procesados tras el punzonado.

Analisis de los contenedores 1,2,3 y 4
Analisis de los contenedores 1,2,3 y 4


Respecto a los operarios, si se observa el desglose del desempeño de los operarios en la primera de las dos figuras posteriores se aprecia que los porcentajes de tiempo de espera (‘idle’) son muy pequeños. Esto indica que las piezas llegan de manera regular para su procesado. También se observa, como se mencionaba anteriormente, que los operarios invierten una parte significativa del tiempo en desplazarse de un punto a otro, tanto para transportar las piezas (‘travel loaded’) como para cargarlas del punto correspondiente (‘travel empty’). En efecto, las distancias que Juan y Pepe recorrerían en un día (esto es, 24 horas de trabajo sin paradas) alcanzan las decenas de kilómetros, como se ve en la segunda figura.

Estado de los trabajadores
Estado de los trabajadores
Kilometros recorridos en 24h de trabajo
Kilometros recorridos en 24h de trabajo


En el caso de las máquinas de prensado y punzonado, la fracción del tiempo total que pasan siendo utilizadas es menor del 50%, como se puede apreciar en la siguiente figura. Estas cifras no parecen una buena noticia. En general, siempre interesa minimizar el tiempo inútil de una máquina. Una vez más, los elevados tiempos de manutención por parte de los operarios parecen los causantes de esta bajo grado de utilización de ambos procesadores. Cabe mencionar que el porcentaje de utilización del punzonado, 48.33%, es mayor que el del prensado, 33.76%, probablemente debido al mayor tiempo de procesado del punzonado.

Estado de la maquina de prensado (izquierda) y punzonado (derecha)
Estado de la maquina de prensado (izquierda) y punzonado (derecha)

Por ultimo se adjunta el archivo utilizado para las simulaciones en FlexSim, para su descarga: [1]

T2 - Fabricación de bastidores

Este segundo caso práctico es un proceso de fabricación de bastidores. El material de partida consiste en tubos de 6 metros. Estos tubos pasan por una tronzadora que da lugar a dos tipos de “ítems”: tubos de 500 mm y tubos de 470 mm. Los primeros pasan directamente al puesto de soldadura y los segundos pasan por una fase de prensado y por una fase de punzonado, muy similares a las del primer caso práctico. Una vez se han conformado los extremos y agujeros de los tubos de 470 mm, se llevan al puesto de soldadura. En el puesto de soldadura se montan dos tubos de 500 mm y dos tubos de 470 mm para conformar un bastidor, tal y como se ve en la imagen. El enunciado completo se puede consultar aquí.

Producto a fabricar
Producto a fabricar

Se pueden apreciar varias nuevas características en este proceso respecto al proceso del Trabajo 1. La más destacada es la bifurcación del flujo de material, con dos tipos distintos de “ítem” que más adelante se combinarán para dar lugar al producto final.

Modelo inicial

Value Stream Map

Se ha realizado un mapa del flujo de valor del proceso para visualizar cómo fluye el material a través de las distintas fases de conformado. Una vez más, se ha empleado la simbología recomendada en clase. Las flechas gruesas y rayadas indican bandas de rodillos y almacenes-rampa.

VSM
VSM

Como en el caso anterior, se indican los principales tiempos de procesado de cada fase, así como los tiempos de carga y descarga asociados. El tiempo invertido en la tronzadora queda definido como una variable aleatoria con distribución normal.

Se puede apreciar la bifurcación del flujo y la combinación de las dos líneas en el puesto de soldadura. En este mismo subproceso se ha indicado (en verde) el suministro de utillajes de soldadura, para el montaje de los bastidores. Así, el VSM se acerca más al aspecto de un modelo de estas características en FlexSim, como se verá más adelante.

Modelo para simulación en FlexSim

Se ha realizado un primer modelo en FlexSim, aunque desde relativamente pronto en el desarrollo del trabajo se ha visto que será necesario rediseñar el modelo para hacer el proceso más eficiente, debido a la disparidad de tiempos de procesado entre la soldadura y el resto de las fases.

El layout de este primer modelo se puede ver a continuación.

Layout del modelo inicial
Layout del modelo inicial

A falta de datos de producción en el enunciado, la entrada se ha configurado para suministrar tubos de 6 m destinados a producir uno u otro tipo de tubos. Como primera opción se ha decidido destinar un tubo inicial a cada tipo de tubos alternativamente.

Configuración de la entrada de material
Configuración de la entrada de material

Como elementos novedosos, cabe mencionar los separadores (separator) y los combinadores (combiner). La tronzadora se ha modelado con un separador que permite dividir el material de entrada en los dos tipos de tubos necesarios para el proceso. El puesto de soldadura se ha modelado con un combinador que toma dos tubos de cada tipo, así como un utillaje para la soldadura. En FlexSim es necesario representar el suministro de estos utillajes a través de un objeto del tipo source. Como se puede ver en la imagen se configura este objeto para suministrar periódicamente items del tipo pallet. En el combinador se unen los dos tubos de cada tipo con el utillaje de soldadura formando un nuevo ítem.


Configuración del suministro de utillajes
Configuración del suministro de utillajes



También se han empleado un combinador (combiner) y un separador (separator) en el tramo de los tubos de 500 mm. Cabe mencionar que estos dos objetos no representan un proceso de conformado o montaje, como ocurre en el caso de la tronzadora y de la soldadura, sino que se utilizan para agrupar (y desagrupar) los tubos en packs. Hacen las veces de almacén, con una capacidad igual a la del tamaño del “pack”. Así, se superan las limitaciones de FlexSim y se pueden transportar los tubos de 500 mm en grupos (de 12 en 12 en este caso), como ocurriría en un caso real.

Otro elemento nuevo en este modelo es el conveyor, que se ha empleado para representar los almacenes rampa y la banda de rodillos. El resto de elementos en el modelo son similares a los empleados en el caso práctico anterior.

Simulación y resultados

En primer lugar, cabe mencionar que no hay definida una cuota de producción. Con lo cual, este ejercicio sirve para ver la relación que hay entre unos y otros elementos del proceso, y para detectar los posibles cuellos de botella en la producción, al margen del objetivo de producción diario. Obviamente, más máquinas y más personal resultará, en general, en mayor producción. La clave es detectar en qué puntos merece la pena o no aumentar recursos.

Al ejecutar la simulación de este primer modelo no se tarda en apreciar que la mayoría de operarios se quedan periódicamente parados o bloqueados (“idle”) durante cierto tiempo.

Si incluimos un almacén de cierta capacidad al final del tramo de los tubos de 500 mm para aliviar el flujo (ver imagen a continuación), el problema sigue sin resolverse. Realmente lo único que conseguimos así es retrasar el efecto ya mencionado. Al principio, los operarios no están tanto tiempo parados pero los almacenes van acumulando cada vez más y más tubos. La capacidad máxima del almacén se acaba alcanzando y se bloquean de nuevo los operarios. Las siguiente gráficas ayudan a visualizar mejor lo que está ocurriendo:

Layout del modelo con un almacén extra en el tramo de 500 mm
Layout del modelo con un almacén extra en el tramo de 500 mm
  • Durante los primeros 7000 segundos:
Estados de los operarios a los 7000s
Estados de los operarios a los 7000s
Estados de los operarios a los 7000s con almacén
Estados de los operarios a los 7000s con almacén
  • Al alcanzar el régimen permanente:
Estados de los operarios en régimen permanente
Estados de los operarios en régimen permanente
Estados de los operarios en regimen permanente con almacén
Estados de los operarios en regimen permanente con almacén

Durante las primeras horas de producción, los operarios del segundo caso se encuentran activos durante más tiempo pero a la larga acaban invirtiendo prácticamente el mismo tiempo parados que en el primer caso. El operario de soldadura es, por mucho, el trabajador más ocupado.

El flujo (input y output) de material para algunos de los elementos principales del proceso en cada uno de estos casos se observa en las siguientes gráficas.

  • Durante los primeros 7000 segundos:
Input y output en el primer caso a los 7000 s
Input y output en el primer caso a los 7000 s
Input y output en el segundo caso a los 7000 s
Input y output en el segundo caso a los 7000 s
  • Al alcanzar el régimen permanente:
Input y output en el primer caso al alcanzar régimen permanente
Input y output en el primer caso al alcanzar régimen permanente
Input y output en el segundo caso al alcanzar régimen permanente
Input y output en el segundo caso al alcanzar régimen permanente

Se puede concluir que, antes de que el proceso se "bloquee", la entrada de items en el puesto de soldadura se produce a una velocidad considerablemente menor a la velocidad de salida de tubos de cada uno de los tramos. La salida de productos finales (los bastidores) en cualquier caso es de alrededor de 24 bastidores por hora, antes y después de alcanzar el régimen permanente.

Por último, se puede apreciar cómo varía el contenido de los almacenes de los tramos de 470 y 500 mm en las siguientes gráficas.

Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo en el primer caso
Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo en el primer caso
Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo en el segundo caso
Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo en el segundo caso

En el primer caso (sin "queue" en el tramo de 500 mm), el contenido del almacén de tubos de 470 mm justo antes del puesto de soldadura alcanza un régimen periódico antes de los 3000 segundos de simulación. En el segundo caso, podemos ver cómo al cabo de un tiempo se llena el almacén que se ha añadido al tramode tubos de 500 mm. Unos minutos después el almacén de 470 mm alcanza un régimen periódico, llegando esta vez a su capcidad máxima de 60 tubos. Durante los primeros segundos de simulación en estos casos lo que se está produciendo es una acumulación de tubos en los almacenes, hasta llegar a su capacidad máxima.

Considerando todos estos resultados se concluye que la fase de soldadura es un factor limitante en este modelo. En definitiva, el subproceso de soldadura supone un cuello de botella importante que deja parados al resto de los subprocesos de una manera o de otra.

Por lo tanto, la decisión más inmediata para mejorar el proceso es aumentar el número de puestos de soldadura. Aún así, muchos de los elementos ya descritos se conservarán en las versiones mejoradas del proceso.

Propuestas de mejora

Una vez vista la problemática que se presenta, se propondrán tres mejoras para el proceso.

Segundo puesto de soldadura

La primera mejora consiste en la implantación de otra herramienta de soldadura en paralelo. En la siguientes imágenes puede verse la nueva distribución del modelo y los resultados obtenidos utilizando esta mejora.

Modelo con mejora 1
Modelo con mejora 1


Output con mejora 1
Output con mejora 1
Estado de los operarios con mejora 1
Estado de los operarios con mejora 1

Como puede apreciarse en la salida de bastidores por hora, se ha producido un aumento de la producción hasta llegar a las 37 unidades por hora. Este incremento se debe a la implantación de otra línea de soldadura. Cuando solo había un puesto de soldadura se podía observa cómo el operario correspondiente estaba saturado. De esta forma se estaba perdiendo productividad, ya que un solo operario no era capaz de procesar todos los tubos que le llevaban. Sin embargo, al desahogar al operario de soldadura, se observa en esta nueva gráfica de estado de operarios que el trabajador del punzonado es el más saturado de todos. Con dos líneas de soldadura se están demandando el doble de tubos de 470 mm. De hecho, se puede ver cómo apenas se acumulan tubos de 470 mm en el correspondiente almacén en este caso en la siguiente imagen.

Contenido de los alamacenes a lo largo del tiempo
Contenido de los alamacenes a lo largo del tiempo

Debido a esta circunstancia, hemos propuesto una segunda mejora en la que se añade una segunda línea de punzonado con el fin de aliviar el trabajo de este operario.

Segunda máquina de punzonado

La segunda mejora supone a partir de la anterior, la adición de una segunda máquina de punzonado.

Modelo con mejora 2
Modelo con mejora 2
Output con mejora 2
Output con mejora 2
Estado de los operarios con mejora 2
Estado de los operarios con mejora 2

Una primera conclusión que se puede extraer con esta segunda mejora es que al solucionar el cuello de botella que existía en el punzonado, la producción de bastidores por hora aumenta de 37 a 52 unidades. Puede observarse además, fijando la atención en el estado de los trabajadores, que se ha vuelto a una situación similar a la inicial en cuanto a la saturación en los puestos de soldadura ya que con dos soldaduras no se consigue compensar el aumento de flujo de tubos de 470 mm causado por haber duplicado las máquinas de punzonado. Si se observa el contenido de los almacenes a lo largo del tiempo, se aprecia que el almacén de tubos de 470 mm vuelve a alcanzar su capacidad máxima y entra en un proceso cíclico, como en el modelo inicial. Ahora, eso sí, la frecuencia de este periodo es mucho mayor, es decir, el flujo de material ha aumentado.

Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo con dos soldaduras y dos punzonadoras
Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo con dos soldaduras y dos punzonadoras

Considerando todo esto, cabría plantearse la posibilidad de evaluar la utilización de una tercera línea de soldadura y comprobar si el aumento de salida de bastidores por hora es significativo como para justificar la inversión en un nuevo equipo.

Tercer puesto de soldadura

La tercera mejora propone la implantación de una tercera línea de soldadura en paralelo. El layout y los resultados obtenidos se exponen a continuación:

Modelo con mejora 3
Modelo con mejora 3
Output con mejora 3
Output con mejora 3
Estado de los operarios con mejora 3
Estado de los operarios con mejora 3

Con esta tercera modificación del proceso se consigue elevar el numero de bastidores generados por hora de 52 a 84. Puede apreciarse en la gráfica de estado de los trabajadores que ha aumentado su grado de ocupación a más de un 80% en todos ellos como consecuencia de este tercer puesto de soldadura.

Para comparar con los casos anteriores, se muestra a continuación la evolución del contenido de los almacenes en este caso con tres puestos de soldadura.

Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo con tres puestos de soldadura
Contenido de los almacenes a lo largo del tiempo con tres puestos de soldadura

El almacén de 500 mm, como en los otros casos, es el primer en llenarse. El almacén de 470 mm tarda mucho más en hacerlo. Los periodos de entrada-salida de material en ellos son cortos, indicando una vez más el aumento de flujo de material.

Código personalizado en FlexSim

Un aspecto importante a destacar en las mejoras propuestas es que, como se puede observar en las imágenes, se ha procedido a un desarrollo en paralelo del proceso de punzonado y del proceso de soldadura. A raíz de esto surgió un problema de gestión de los almacenes intermedios por parte de los empleados. Una solución posible habría sido generar más almacenes para abastecer cada uno a una línea paralela. Sin embargo, con el objetivo de reducir los elementos del modelo se ha optado por realizar una modificación en el fragmento de código que relaciona el flujo de los elementos con los operarios encargados de su transporte. Para ello, dentro de la opción de Conditional Transport se ha modificado el código para que el transporte a cada una de las máquinas de destino lo realice el propio trabajador de esa máquina. De esta forma se evita que los trabajadores pierdan tiempo llenando las otras máquinas. El fragmento de código utilizado se muestra a continuación.

Fragmento de codigo modificado
Fragmento de codigo modificado

Conclusiones

En resumen, estas son las principales conclusiones extraídas de este trabajo y los pasos que se han tomado a partir de ellas:

  • La lentitud de la soldadura en relación con el resto de fases del proceso supone un factor limitante en el primer diseño del proceso. Esto conduce a incluir un segundo puesto de soldadura en paralelo, lo cual resulta en una mayor producción de bastidores por hora.
  • Una vez solventado el cuello de botella en la fase de soldadura, se ha apreciado que la fase de punzonado, debido a su mayor tiempo de procesado relativo a la fase de prensado, se convierte en un factor limitante en este nuevo modelo. Se ha propuesto incluir una segunda punzonadora en paralelo para aligerar el flujo de material.
  • Finalmente, se ha propuesto un tercer puesto de soldadura en paralelo con los anteriores, lo cual da lugar a grados de ocupación altos y similares en todos los operarios y a una mayor producción.

Cabe destacar que optimizar el número de máquinas y operarios involucrados en el proceso no es tarea fácil. Por lo experimentado en este caso práctico, siempre habrá disparidad entre los tiempos de proceso de una u otra fase y es muy probable que unos elementos estén más "asfixiados" que otros en mayor o, preferiblemente, menor medida.

Por último, es importante mencionar que en un caso real sería necesario tener en cuenta las cuotas de producción deseadas y los costes asociados al proceso, lo cual sólo dificulta aún más la tarea de optimización. Por ejemplo, aumentar el número de prensas de punzonado supone un aumento de costes pero revierte en una mayor producción diaria y tal vez en menores costes de producción unitarios.

Por último se adjunta el link para la descarga de los archivos de FlexSim. En la carpeta se han añadido 5 archivos, desde el modelo más básico hasta la última mejora:[2]

T3 - Fabricación de productos con procesos distintos

Este caso práctico cuenta con cuatro tipos de producto distintos que siguen distintos procesos en la planta. Este es precisamente el principal aspecto novedoso del trabajo respecto a casos anteriores, lo cual requerirá configurar el modelo para que se adapte a cada tipo de producto.

El plan de producción se basa en el uso de tres máquinas en paralelo, teniendo que respetar el modo de producción de cada tipo de producto, ya que cada tipo se trasladará de una máquina a otra en una secuencia distinta. Además, los tiempos de preparación y procesado serán distintos en función del tipo de pieza y de la máquina donde se esté procesando. A continuación se exponen los tiempos y la secuencia que marcan la producción de los distintos tipos:

Tabla con datos de producción por cada tipo de producto
Tabla con datos de producción por cada tipo de producto

Una vez que las piezas han sido procesadas se realiza un proceso de inspección mediante el cual un porcentaje de las piezas son identificadas como defectuosas, de acuerdo con la siguiente figura. Además, los productos deben cumplir con un plan producción semanal, como se refleja en la figura 3. El enunciado completo se puede encontrar aquí.

VSM

Al igual que en los trabajos anteriores, se ha realizado un mapa del flujo de valor (VSM) representando el flujo de material a lo largo del proceso. Como se puede ver a continuación hay tres tramos bien definidos, correspondientes a cada una de las máquinas y sus contenedores de entrada y salida. El proceso cuenta también con una fase de inspección, tras la cual se separan las piezas defectuosas de las piezas correctas.

Las piezas en bruto llegan al contenedor inicial donde son trasladadas a la cinta correspondiente. A continuación un operario las traslada a la máquina donde deben ser procesadas. Los tipos A, C y D son trasladados a la entrada de la máquina 1, y el tipo B a la entrada de la máquina 2. Tras su procesado el operario traslada la pieza a la cinta de salida hasta que se alcanza el tamaño de lote de cada producto, que se corresponde con 20 unidades para los productos A y C, 15 unidades para el producto B y 10 unidades para el producto D. Una vez que esto ocurre, una carretilla recoge el lote y lo envía a la próxima máquina de la secuencia.

Una vez que la pieza está terminada, es desplazada hacia el contenedor de inspección mediante la carretilla, independientemente del tipo de pieza que sea. Un operario realizará entonces la inspección de cada pieza para determinar si esta es defectuosa o no.

VSM
VSM

Modelo en FlexSim

Para modelar este proceso en FlexSim se han empleado objetos ya utilizados en ocasiones anteriores pero se ha realizado una mayor personalización de su funcionamiento editando el código correspondiente (en el lenguaje de programación propio de FlexSim). Cabe destacar que en este caso se ha establecido la unidad de tiempo de FlexSim en minutos, ya que los tiempos en el enunciado se definen en esta unidad. A continuación se muestra una imagen del modelo.

Modelo en FlexSim
Modelo en FlexSim

Tablas

Se han definido una serie de tablas de datos en FlexSim para facilitar el uso de información en el modelo y para recopilar resultados de la simulación.

  • Tabla produccion: contiene los datos de cada tipo de producto (tiempos de procesado y preparación en cada máquina, tamaño de las series, tamaño de los lotes,...), como se puede ver en la imagen. Cuando sea necesario, se configurará FlexSim para tomar datos de esta tabla.
Tabla global produccion
Tabla global produccion
  • Tabla TiemposMedidos: para almacenar la información temporal de cada ítem. Cada fila de esta tabla corresponde a un producto en concreto y almacena las marcas temporales de las distintas fases por las que va pasando. En cada elemento de interés del modelo se incluirá el código pertinente para registrar estas marcas temporales en la tabla. Posteriormente, estos resultados podrán ser exportados y analizados.
Tabla global TiemposMedidos
Tabla global TiemposMedidos

Suministro de material

Al proceso entran cuatro productos distintos en series de diferente tamaño. Esto se ha modelado a través de una entrada secuencial (arrival sequence) en la que se definen las cantidades de las series de cada producto. Se añaden una serie de atributos, en forma de etiquetas o “labels”, que servirán para varios propósitos.

Por una parte, la etiqueta Codigo sirve para identificar las fases por las que pasa cada tipo de producto. Por ejemplo, si Codigo es 101, el producto pasará únicamente por la fase (máquina) 1 y por la 3.

Por otra parte, la etiqueta Defectos es útil en la fase de inspección, como se detallará más adelante.

Configuración del suministro de material en FlexSim
Configuración del suministro de material en FlexSim

La entrada de material se ha configurado para distinguir a cada tipo de producto por color a través de un trigger On Creation.

Combinador inicial y fuente de pallets

Como ya se ha mencionado, el transporte ha de realizarse mediante carretillas. Por ello es necesario modelar los contenedores como combinadores (y separadores, según el caso), como ya se ha hecho en trabajos anteriores.

En este caso, sin embargo, el tamaño del lote cambia según el tipo de producto. Para implementar esta característica se ha incluido un trigger On Entry en el combinador inicial, editando el código de FlexSim. De esta manera, se consulta la tabla de datos (produccion) para obtener el tamaño de lote según el tipo de producto. A continuación se establece el tamaño de pack.

Además, en FlexSim, al formar un “pack” en un combinador se deja de poder acceder a la información de cada uno de los ítems individuales. Por esto es necesario identificar el tipo de producto que se está procesando al nivel del objeto. Para ello, en la pestaña “Labels” de la ventana de propiedades se crea una etiqueta Codigo, análoga a la etiqueta a nivel ítem que lleva el mismo nombre. En el trigger On Entry se incluyen unas líneas de código que leen la etiqueta Codigo del ítem y asignan su valor a la etiqueta del combinador.

Código personalizado del trigger On Entry del combinador inicial
Código personalizado del trigger On Entry del combinador inicial
Creación de la etiqueta Codigo del combinador inicial
Creación de la etiqueta Codigo del combinador inicial


Según el tipo de producto, los items se envían a una u otra máquina. Para ello se ha personalizado el código de FlexSim que determina el flujo de este combinador, en la pestaña “Flow” de la ventana de propiedades del objeto. Según la etiqueta Codigo, correspondiente al objeto y asignada en el trigger mencionado anteriormente, se determina a qué máquina ha de enviarse. El código se muestra a continuación.

Código personalizado de la pestaña de flujo del combinador inicial
Código personalizado de la pestaña de flujo del combinador inicial

Separador entrada a máquina

El almacén de entrada a cada máquina se modela como un separador en el que se deshace el “pack” creado previamente en el combinador inicial.

En los separadores de entrada a las máquinas se realiza la primera medición de tiempos. Para ello se emplean triggers On Entry y On Exit. Cabe destacar que el tiempo que se registra On Entry corresponde a todos los productos de un lote, que entran simultáneamente en un pallet. El tiempo que se registra On Exit será distinto para cada ítem individual. Para poder realizar el registro de tiempos de manera correcta se emplean tres etiquetas, creadas en la pestaña correspondiente del separador.

  • ECM1: es el tiempo de entrada al contenedor de entrada a la máquina
  • EM1: es el tiempo de entrada a la máquina
  • T1: es una etiqueta auxiliar que sirve para guardar el tiempo de entrada al contenedor de entrada de la máquina y poder asignarlo ítem a ítem más adelante

En el trigger On Entry se registra el tiempo y se asigna a la etiqueta T1. En el trigger On Exit se lee la etiqueta T1 y se asigna a la etiqueta ECM1. También se registra el tiempo de simulación (tiempo de entrada a la máquina) que se asigna a la etiqueta EM1. El código se muestra a continuación.

Código personalizado del trigger On Entry de la máquina 1
Código personalizado del trigger On Entry de la máquina 1
Código personalizado del trigger On Exit de la máquina 1
Código personalizado del trigger On Exit de la máquina 1

Máquina

Los tiempos de procesado y preparación de las máquinas dependen del tipo de producto. Por ello, se configura cada procesador para leer los tiempos de la tabla de producción (produccion) según el tipo del item entrante. Cabe destacar que el tiempo de preparación repercutirá por lote, para lo que se selecciona la opción “Batch Processing” en la configuración de la máquina.

configuración de la máquina 1 (similar en el resto de máquinas)
configuración de la máquina 1 (similar en el resto de máquinas)

Combinador de salida de máquina

Los contenedores de salida de las máquinas se han modelado mediante combinadores, ya que es necesario agrupar los productos procesados en packs (correspondientes a un lote) para su transporte.

Los combinadores a la salida de las máquinas incluyen un trigger On Entry muy similar al del combinador inicial. Al igual que en el combinador inicial, el tamaño de lote a la salida de cada máquina depende del tipo de producto. Igualmente, para determinar el destino del lote es necesario identificar el tipo de producto que está siendo procesado en el combinador. Además de estas dos acciones, este trigger registra en la etiqueta SM1 el tiempo de salida de la máquina correspondiente.

El código del trigger On Entry del combinador de salida de una de las máquinas se muestra a continuación.

Código personalizado del trigger On Entry de la máquina 1 (similar en el resto de máquinas)
Código personalizado del trigger On Entry de la máquina 1 (similar en el resto de máquinas)

Al igual que en el contenedor inicial, el lote que sale de una máquina se enviará a uno u otro destino en función del tipo de producto. En los contenedores de salida de las de las máquinas se configura el código de flujo de manera que se lee la etiqueta Codigo, correspondiente al objeto y asignada en el trigger mencionado anteriormente, para determinar el puerto de salida, es decir, la máquina a la que se tiene que enviar el producto.

Código personalizado del flujo de la máquina 1 (similar en el resto de máquinas)
Código personalizado del flujo de la máquina 1 (similar en el resto de máquinas)

Finalmente, es necesario registrar el tiempo de salida del lote o pack del combinador de salida de la máquina. Esto se lleva a cabo mediante un trigger On Exit que registra esta marca temporal en la etiqueta TS.

Código personalizado del trigger On Exit de la máquina 1
Código personalizado del trigger On Exit de la máquina 1

Inspección

La fase de inspección se modela como un proceso más. Al procesar los productos de uno en uno es necesario un separador a la entrada.

Separador a la entrada de inspección

En el separador de entrada al proceso de inspección se emplean dos triggers. Por una parte, un trigger On Entry lee el último tiempo registrado para el lote entrante de la etiqueta TS y lo asigna a la etiqueta T1. Este mismo trigger utiliza la etiqueta Fase de los pallets para saber cuál ha sido la última fase por la que ha pasado el producto y así registrar los tiempos de acuerdo con ello.

Por otra parte, un trigger On Exit asigna, a cada producto o ítem individual, el tiempo guardado en T1 a la etiqueta que corresponda según el caso, es decir según la última fase por la que haya pasado el producto. Por ejemplo, en caso de tratarse del producto de tipo 1, la última fase por la que pasa es la máquina 3. Con lo cual, la marca temporal guardada en la etiqueta T1 se asigna a la etiqueta de ítem SCM3 (salida del contenedor a la salida de la máquina 3). El código se muestra a continuación.

Código personalizado del trigger On Exit del contenedor de inspección
Código personalizado del trigger On Exit del contenedor de inspección
Código personalizado del trigger On Entry del contenedor de inspección
Código personalizado del trigger On Entry del contenedor de inspección
Proceso de inspección

El tiempo de inspección es constante en todos los casos. Se define la salida de esta fase en función de si la pieza es defectuosa o no. En FlexSim esto se determina en la configuración del procesador con la opción By Percentage tal y como se muestra a continuación:

Configuración del procesador de inspección
Configuración del procesador de inspección

Análisis de tiempos

Como ya se ha comentado en los apartados anteriores, algunos triggers se han empleado para registrar el tiempo de la pieza en un determinado momento del proceso. Estos datos se almacenan en una tabla generada por FlexSim cada vez que el modelo se resetea. Ahí se encuentran los datos de cada tipo de artículo del 1 al 4, y por orden de producción. A continuación se muestra su aspecto para los productos del primer tipo:

Tabla global de tiempos generada en Flexsim
Tabla global de tiempos generada en Flexsim

Después de obtenerla, mediante su exportación a Excel se calculan ciertos tiempos de interés como:

  • Variable Delta_maqi: Es el tiempo que la pieza se encuentra en cada máquina. Se calcula mediante la diferencia del tiempo de salida de la pieza en cada máquina menos el tiempo de entrada.
Delta_maqi = TS_maqi - TE_maqi ; i = 1, 2, 3
  • Variable Delta_i: Este tiempo incluye al anterior los tiempos del separdor y el combinador que se encuentran antes y después de cada máquina. Se calcula como la diferencia entre el tiempo de salida del combinador y el de entrada al separador.
Variable Delta_i = TS_Combi - TE_Sepi ; i = 1, 2, 3
Tabla Excel de los tiempos exportada a Excel
Tabla Excel de los tiempos exportada a Excel

Estos datos se emplearán para la estimación de costes.

Análisis de costes

En este caso, se realizará una estimación muy básica de los costes por pieza basada en los tiempos de procesado de cada tipo de producto.

Los costes por línea de procesado se han definido como:

coste_linea_i = Delta_maq_i * coste_maq_i

con i = 1, 2 o 3.

El coste directo de una pieza cualquiera en este proceso será

coste_producto = coste_linea_1 + coste_linea_2 + coste_linea_3 + coste_operario_pieza

En caso de no pasar por alguna de las fases, los tiempos y los costes asociados a esa línea serían nulos.

El coste por pieza de los trabajadores se ha estimado de esta manera sencilla:

coste_operario_pieza = número de operarios * tiempo de proceso * coste horario de operario / numero de piezas

Para este caso concreto, al no disponer de datos de costes, se han realizado las siguientes suposiciones:

  • coste_maq_1 = 55 €/h
  • coste_maq_2 = 65 €/h
  • coste_maq_3 = 60 €/h
  • coste_operario = 10 €/h

Por supuesto, el coste horario de cada máquina depende del tipo de proceso que realice y de la calidad del mismo. Se han tomado valores cercanos a los 60 €/h ya que es un valor relativamente común en la industria.

Con estas hipótesis los resultados son los siguientes:

  • Coste por pieza del producto A: 26.54 €
  • Coste por pieza del producto B: 33.51 €
  • Coste por pieza del producto C: 36.88 €
  • Coste por pieza del producto D: 46.93 €

Claramente, el producto de tipo D es más costoso, lo cual se puede justificar por ser el único producto que pasa por las tres máquinas. El cálculo de costes se ha llevado a cabo en el fichero Excel de tiempos medidos mencionado anteriormente.

Cabe destacar que el desglose de costes de un proceso de fabricación real es mucho más complejo que lo que se ha presentado aquí y sería necesario hacer una estimación más precisa del coste de las máquinas así como tener en cuenta costes indirectos como el consumo energético. Por supuesto, el coste de las materias primas será una parte del coste total del producto.

Análisis de resultados

El proceso productivo finaliza a los 1680 minutos, momento en el cual dejan de llegar piezas a los contenedores finales a donde van a parar las piezas ya inspeccionadas, que pueden ser defectuosas o correctas.

Gráfica del contenido-tiempo de los contenedores de piezas defectuosas y correctas
Gráfica del contenido-tiempo de los contenedores de piezas defectuosas y correctas

Al analizar el proceso para un tiempo de 1680 minutos se observa que las máquinas que más trabajan son la máquina 1 seguida por la máquina 2 y por último la máquina 3. Estas dos últimas se encuentran el tiempo restante paradas, esperando a que lleguen las piezas, mientras que la máquina 1 se encuentra parada en algunas ocasiones y bloqueada en otras. Este bloqueo es debido a que en el minuto 514 el contenedor de salida de la máquina 1 se encuentra en su máxima capacidad, y no puede ser trasladado a el contenedor de entrada de otra máquina porque ninguno se encuentra vacío. Las paradas en todas las máquinas suceden en los intervalos en los que se encuentran a la espera de piezas debido a los diferentes tiempos de preparado y procesado de cada una, y a su manejo por lotes.

Barra de estados de las máquinas
Barra de estados de las máquinas

Por tanto, el proceso podría acelerarse si las piezas pudieran llevarse al siguiente contenedor sin tener que alcanzar el número de lote o empleando lotes más pequeños, ya que disminuirían los tiempos de espera entre máquinas y los contenedores de salida se liberarían disminuyendo la probabilidad de que alcancen su límite de capacidad. Esto también influiría en el número de piezas que llegarían al contenedor de inspección y disminuiría el tiempo de espera de dicho proceso, que es 61,2%

Barra de estados de la carretilla
Barra de estados de la carretilla

Otro dato interesante es el tiempo de espera de transportista, que es de un 91,1% debido a los largos procesos que tienen lugar en las máquinas.

Barra de estados de la inspección
Barra de estados de la inspección

Ficheros

Finalmente, aquí se puede encontrar el modelo en FlexSim y el fichero Excel con el análisis de tiempos y costes:[3]


T4 - Sensor de posición rotativo

En este ejercicio se va a diseñar un sensor de posición rotativo en una línea de montaje automática, que será el único producto que se fabrique en la planta. La línea está compuesta por 9 puestos colocados en serie a través de los cuales el producto va adquiriendo una cada uno de los componentes. El sensor está compuesto por los siguientes 7 elementos:

  1. Carcasa
  2. Rodamiento
  3. Tarjeta electrónica
  4. Rotor
  5. Rodamiento
  6. Tapa
  7. Atornillado
Componentes del sensor de posición rotativo
Componentes del sensor de posición rotativo

Tras completar este proceso, se realiza la inspección y el embalaje de las piezas hasta que están preparadas para ser almacenadas. El objetivo del proceso de producción es procurar la máxima eficiencia y alcanzar una producción de 220 unidades/h. El enunciado completo se puede encontrar aquí [4].


Value Stream Map

Al igual que en los trabajos anteriores se ha realizado un mapa del flujo de valor (VSM) representando el flujo de material a lo largo del proceso. Como se puede ver a continuación hay dos tramos bien definidos, correspondientes al proceso de producción en línea, y el proceso de puesta a punto y embalaje. El proceso cuenta también con una fase de inspección, tras la cual se separan las piezas defectuosas de las piezas correctas tras su producción.

Las materias primas se encuentran en un almacén de gran capacidad desde donde son trasladadas al almacén intermedio correspondiente formado por estanterías. Esto sucede cuando el nivel de cada tipo de pieza llega a las 5 unidades, para evitar una parada de producción por falta de materias. Después, otro transportista las traslada al contenedor situado junto a cada uno de los robots que se encargará de introducirlas en la línea en el momento oportuno.

Una vez que la pieza está terminada, viaja a través de la cinta hacia el proceso de inspección, donde se examina cada pieza para determinar si esta es defectuosa o no. Si lo es, el sensor será retirado de la línea, si no, pasará a la siguiente sublínea donde las piezas terminadas serán introducidas en cajas, precintadas y etiquetadas.

VSM
VSM

Modelo básico

Se ha llevado a cabo un primer modelo en función de las especificaciones del enunciado, que será explicado a continuación. El modelo básico se muestra en la siguiente figura:

Modelo básico
Modelo básico

Abastecimiento de materias primas

En primer lugar, un operario recoge las materias primas de un almacén lejano de capacidad infinita, situado a 45 m de la línea. Este ha sido modelizado mediante 7 elementos de tipo source y 7 elementos de tipo combinador donde se paletizan los lotes de cada componente en función del tamaño que se ha indicado en el enunciado. Este material se suministra a los almacenes intermedios mediante una carretilla, repitiendo esta tarea cuando se alcanzan las 5 unidades en cualquiera de las estanterías de dichos almacenes. Desde estos otro operario traslada los palés con las piezas a los separadores adyacentes a cada robot. En el recorrido de ambas carretillas se ha optado por introducir un nodo central en el recorrido desde el cual esta se dirige a cada estantería al desplazarse.

Una vez que las estanterías y los contenedores de cada máquina han sido surtidos con las 7 materias primas, comienza el proceso de producción en la línea. En paralelo a la línea existe una cinta cuya misión es abastecerla de palés y recircularlos una vez que son separados de la pieza terminada al final de la línea. Este palé contiene el utillaje que hace posible centrar la pieza en el punto determinado a la vez que impide el desplazamiento de las piezas en los sucesivos ensamblajes, así como que se mueva en su avance por la línea.

Línea de montaje

Proceso de producción

La producción comienza con la llegada del palé y pasa por 9 puestos en su avance por la línea. Los primeros 7 puestos corresponden al proceso de ensamblado de los distintos elementos que conforman la pieza. En el modelo se ha idealizado el proceso despreciando los detalles más minuciosos, por lo que la diferencia entre puestos reside únicamente en el tiempo de procesamiento de cada fase y en el número de elementos que se encuentran en el separator adyacente a cada robot, del cual extrae las piezas de una en una para introducirlas en la línea.

En las 6 primeras fases el funcionamiento del almacén adyacente es análogo, variando únicamente la cantidad de piezas que contiene. El operario introduce el palé del que será extraída cada pieza mediante el robot. Sin embargo, en la fase 7 existe una pequeña variación, ya que el operario traslada el palé con el suministro de piezas a la cuba (separador), del cual emerge un carril (cinta) cuya misión es trasladar las piezas de una a una a la línea. Por tanto, esta es la única de las 7 fases que no cuenta con un robot.

El "Process time" que se expone a continuación incluyen el movimiento de acercamiento del manipulador, la inserción del elemento correspondiente en la pieza y el retroceso de este; mientras que los "Setup Time" simboliza los tiempos invertidos en el correcto posicionamiento de las piezas en cada intervención. Las 7 fases mencionadas y sus características se reflejan en la siguiente tabla:

Fase 1 Fase 2 Fase 3 Fase 4 Fase 5 Fase 6 Fase 7
Función Colocación de carcasas Montaje del rodamiento inferior Montaje del rotor Colocación de la tarjeta Ensamblado del rodamiento superior Colocación de la tapa Atornillado
Tamaño del contenedor 8 x 8 100 unidades 10 x 10 4 x 5 100 unidades cuba: 50 unidades

carril: 10 unidades

60 unidades
Setup Time 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7 1.7
Process Time 3.5 5 5.5 5.2 5 4.5 2.5/tornillo

De esta forma, el palé llega a la línea donde cada robot extrae una pieza del separator adyacente y la introduce en el punto correcto de la pieza que se encuentra sobre el combinador. Los pinzas con las que los robots manipulan las piezas se mueven a una velocidad de apertura y cierre de 0,8s y 1,2s respectivamente. Solo se puede procesar una pieza en cada puesto en un mismo instante, por lo que cada palé debe esperar a que el proceso haya sido completado para pasar a la siguiente fase, existiendo una distancia de 1,5 m entre combiners donde se permite la presencia de dos palets.

Primeros 7 puestos de la línea correspondientes al proceso de producción
Primeros 7 puestos de la línea correspondientes al proceso de producción

Para contabilizar el tiempo de procesamiento en cada fase, se introduce una etiqueta y triggers en los separadores empleados. La etiqueta contador almacenará el número de elementos que fluyen a través de dicho combinador.

Banco de ensayo

En la fase 8, la línea dirige las piezas al banco de ensayo donde se lleva a cabo el proceso de comprobación del sensor. Este transcurre en un procesador donde la etiqueta contador y los triggers OnEntry y OnExit son análogos a los de las primeras 7 fases. La novedad reside en el flujo donde se ha estipulado mediante porcentajes que un número de piezas defectuosas abandonen la línea. El proceso tiene una duración de 35s.

Propiedades del flujo de la fase 8
Propiedades del flujo de la fase 8
Retorno de los palés

Tras este proceso, las piezas son separadas del palé sobre el cual han sido procesadas. Las piezas no defectuosas se desplazan hacia la sublínea de embalaje, mientras que las defectuosas son dirigidas a un "sink". El palé vacío viaja hacia una cinta con recorrido circular que regresa al punto de partida del proceso de producción, a una velocidad de 0.25 m/s

Sublínea de embalaje

En esta última fase se produce el embalaje de las piezas. A continuación se muestra el detalle de esta sublínea en el modelo de FlexSim:

Sublínea de embalaje
Sublínea de embalaje

El proceso comienza con la formación de cajas grises para empaquetado de los sensores. Dos fuentes abastecen al combinador de palés y cajas, donde estas son almacenadas sobre el palé de entrada. Después se desplazan al separador donde se forman las cajas, que se comporta análogamente a los combinadores del proceso de producción. Ahí, se crea la "label" cuya función es la de contador de las cajas que circulan a tráves del combinador así como los trigguers para medir los tiempos asociados a la sublínea.


A continuación, un robot se encargará de introducir los sensores desde la línea principal en las cajas. Puesto que las cajas tienen una capacidad de 5 x 4 unidades, se ha optado por crear un cambio de color de la caja de gris a rosa una vez que esta ha alcanzado dicha capacidad. Este paso tiene lugar en el combinador p9, donde se introducen triggers OnEntry y OnExit para la medición de tiempo. A partir de este punto será necesario distinguir entre las unidades que se han embalado, y las cajas que se han empleado para ello. Con este fin se crearán dos etiquetas distintas que tomarán los nombres de "Contador" y "Contador de cajas"


La caja fluye después a través de la cinta hacia separador "cierre" donde se produce el cierre de las cajas, el cual se ha modelizado mediante la desaparición de los sensores que sobresalían por encima. Por último se producen el precintado y el etiquetado, los cuales se ha modelizado mediante procesadores donde la caja cambia de color al marrón y de tamaño para simbolizar los distintos procesos. Los triggers de estos elementos son análagos a los del combinador 9, introduciendo en cada fase el tiempo correspondiente en la tabla "TiemposSublínea".

Una vez etiquetadas, un operario las almacena sobre un palé de salida con capacidad de 120 cajas. El tiempo que se dedica a esta operación se asocia al operario en el modelo mediante una distribución normal en los tiempos de carga y descarga.


Parámetros del operario de la sublínea
Parámetros del operario de la sublínea

Medición de tiempos


Como en trabajos anteriores, se han definido una serie de ‘’triggers’’ encargados de registrar las marcas temporales en puntos relevantes del proceso. La información temporal de la línea principal se registra en la tabla global ‘’TiemposMedidos’’, en la que cada fila representa un producto y cada columna la entrada o salida de cada uno de los nueve puestos principales.

En todos los puestos se emplea una etiqueta o ‘’label’’ que cuenta el número de productos que han entrado, hasta el momento, en el objeto en cuestión. Esta etiqueta se emplea para registrar la información temporal en la tabla “TiemposMedidos”.

Como ejemplo ilustrativo, a continuación se muestra el código personalizado de los trigger de entrada y de salida en el primer puesto de la línea principal.

La tabla final donde se recogen los tiempos de la línea es la siguiente:

Tabla de los tiempos de la línea
Tabla de los tiempos de la línea

Además, se ha decidido llevar la contabilidad de tiempos de la sublínea a través de la tabla global “TiemposSublinea” y un mecanismo de triggers similar. En este caso, cada fila de la tabla representa una caja.

Tabla de los tiempos de la sublínea
Tabla de los tiempos de la sublínea

Los resultados obtenidos tras simular el modelo durante suficiente tiempo como para alcanzar un régimen permanente se emplearán para el cálculo de costes, como se explica más adelante.

Paradas

Para modelar el comportamiento de la línea en lo que se refiere a las paradas de cada puesto se ha empleado la funcionalidad MTBF/MTTR de FlexSim.

Para cada uno de los puestos se ha definido un tipo de parada, especificando el tiempo de la primera parada, el tiempo de reparación (MTTR)y el tiempo entre el final de una reparación y la siguiente parada (MTBF). En este caso la configuración de las paradas se ha limitado a plasmar los datos del enunciado, que estipulan una serie de paradas por hora por cada puesto. Además, se ha introducido un operario con la función de técnico de inspección para atender dichas paradas.

En la imagen a continuación se muestra la configuración de una de las paradas MTBF/MTTR en FlexSim:

Parámetros de la ventana MTBF/MTTR
Parámetros de la ventana MTBF/MTTR


Como se puede ver, el tiempo de la primera parada y el tiempo entre paradas se especifican con ratios horarios, mientras que el tiempo de reparación sigue una distribución normal, introduciéndose así algo de aleatoriedad en el modelo. Además, se ha programado un contador que permite mostrar el número de paradas, que se recoge en una tabla para tal fin. Al ejecutar el modelo para una duración de 36000s los resultados fueron los siguientes:

Simulación y resultados

Tras llevar a cabo la simulación se observa que el output de piezas producidas es de 91 piezas/hora frente a la producción nominal demandada de 220. El tiempo de ciclo, es decir, el tiempo desde la entrada de una pieza en el primer puesto hasta su salida al puesto de llenado de cajas es, en promedio, de 490 segundos. El tiempo de cadencia, es decir, el tiempo entre la salida de una pieza y la siguiente, es de 39 segundos. Para más detalle se puede consultar el fichero Excel correspondiente.

La manutención, las distancias y recursos como pallets y contenedores no parecen afectar considerablemente a los tiempos de proceso en comparación con los propios tiempos de procesado de cada puesto. En particular, existe un cuello de botella en la fase 8, durante la comprobación del funcionamiento del sensor, debido a la duración del proceso de 35 s, lo cual es entorno a 7 veces superior a todas las fases previas del proceso de producción. Esto se puede observar claramente en la barra de estados, ya que los procesos del 1 al 7 se encuentran gran parte del tiempo bloqueados. Por tanto, será necesario introducir modificaciones para poder alcanzar la cifra de producción deseada.

Output por horas de piezas de la línea principal y la sublínea
Output por horas de piezas de la línea principal y la sublínea
Barra de estados de los 9 procesos
Barra de estados de los 9 procesos

Propuestas de mejora

Una vez vista la problemática que se presenta, se proponen dos modelos con mejoras para el proceso.

Mejora 1

Como primera mejora se propone incluir un puesto de inspección (puesto 8) adicional, en paralelo con el original, como se puede ver en la imagen a continuación. Con esta medida se pretende eliminar este cuello de botella y conseguir mayor producción horaria ya que la inspección es claramente el proceso más lento.

Configuración mejorada de la salida del puesto 7
Configuración mejorada de la salida del puesto 7

Se ha comprobado que de esta manera se maximiza la producción horaria de la línea principal, alcanzando de media unas 125 piezas/h. A continuación se muestra la gráfica del output horario de los puestos de inspecciones.

Producción horaria de la línea principal con la mejora 1
Producción horaria de la línea principal con la mejora 1

Se comprueba, además, que la carga de trabajo entre los puestos está más equilibrada y el cuello de botella es menor, como se puede inferir de la gráfica de estados.

Barras de estados de cada puesto con a mejora 1
Barras de estados de cada puesto con a mejora 1

Esta modificación requiere algunos cambios en la medición de tiempos y en la configuración de las paradas en FlexSim.

Modificaciones en la medición de tiempos

Para poder registrar las marcas temporales relevantes para cada ítem se ha modificado ligeramente el sistema de medición de tiempos en FlexSim.Por una parte, ha sido necesario incluir una etiqueta encargada de registrar la fila (o el ID) correspondiente a cada ítem. Por otra, la medición de tiempos en los dos puestos de inspección en paralelo se registra en unas etiquetas (E8 y S8) que luego se añaden la tabla “TiemposMedidos” a través de un trigger de salida en el procesador del puesto 8. En las imágenes a continuación se muestra dicha configuración

Trigger OnExit del combinador p1
Trigger OnExit del combinador p1
Creación de etiquetas en el procesador p8
Creación de etiquetas en el procesador p8
Paradas

Se ha mantenido la configuración de paradas del modelo básico. Además, se ha configurado el modelo para incluir paradas del nuevo puesto de inspección. Para ello se define una nueva parada MTBF/MTTR en la que se define como miembro el nuevo objeto, p8extra. Para evitar que ambos puestos de inspección paren siempre al mismo tiempo y para introducir algo de aleatoriedad en las paradas se ha modificado el tiempo de fallo inicial y el tiempo entre paradas para que los intervalos sigan una distribución exponencial.

Nueva parada MTBF/MTTR en la que se define p8extra
Nueva parada MTBF/MTTR en la que se define p8extra

Mejora 2

Al ver que la producción de 220 piezas/h no se alcanza con la mejora anterior se ha concluido que es necesario doblar la línea de producción principal (entre los puestos 1 y 8) como se puede ver en la imagen a continuación.

Modelo en FlexSim de la introducción de una línea en paralelo en la Mejora 2
Modelo en FlexSim de la introducción de una línea en paralelo en la Mejora 2

Cabe destacar que las limitaciones en cuanto al número de elementos en FlexSim han impedido modelar esta configuración con el rigor requerido. Por ejemplo, se ha prescindido de los almacenes intermedios. El proceso principal se ha conservado y se considera suficientemente riguroso como para poder extraer conclusiones de él, para el alance de este trabajo.

Con esta configuración se consigue efectivamente aumentar la producción horaria, alcanzando alrededor de 230 piezas/h. A continuación se muestra el Dashboard en FlexSim con estos resultados.

Producción horaria con la mejora 2
Producción horaria con la mejora 2

Como en el caso anterior, esta mejora requiere hacer modificaciones en la toma de tiempos y en la configuración de las paradas en FlexSim.

Modificaciones en la medición de tiempos

En este caso, al contar con dos tramos de línea en paralelo entre el puesto 1 y el puesto 8, se han registrado los tiempos por separado de cada tramo en las tablas “TiemposMedidos” y “TiemposMedidosB”. Los datos de ambas tablas se unen en la tabla global “TiemposMedidosTotal”, en la cual se registra además el tiempo de entrada y el tiempo de salida en el puesto 9 (que es compartido por las dos líneas). También se distingue si el ítem es de una u otra línea a través de la columna “línea”.

Tabla de tiempos medidos
Tabla de tiempos medidos
Tabla de tiempos medidos B
Tabla de tiempos medidos B
Tabla de tiempos medidos en total
Tabla de tiempos medidos en total

Análisis de costes

Para la realización de este ejercicio se disponía de un presupuesto de 950000€. El objetivo era crear una línea de producción de sensores con un output de 220 piezas/h. Para la evaluación del primer diseño de la planta y las mejoras posteriores se ha realizado un análisis detallado tanto de costes como de tiempos, el cual puede descargarse aquí [5].


En primer lugar se explicarán las inversiones necesarias para conseguir cada una de las plantas. Puede verse a continuación el coste desglosado de la maquinaria que compone la fábrica. Se observa que tanto para el modelo básico como para las dos mejoras propuestas, el coste de la inversión necesaria se encuentra bastante por debajo del límite impuesto por el enunciado del trabajo.


Coste de la inversión
Coste de la inversión

Una vez vistos los costes de la maquinaria, se verán los costes del personal. La fábrica tiene dos tipos de trabajadores. Por un lado operarios de abastecimiento y mantenimiento, los cuales incurren en un coste de 31000€ y por otro lado los técnicos de intervención los cuales suponen un gasto de 36000€ a la empresa al año. Para todos los modelos propuestos se cuenta con tres trabajadores, dos del primer perfil y uno del segundo. A continuación se muestra un desglose detallado del coste de estos trabajadores a la empresa.

Coste de los trabajadores de la empresa
Coste de los trabajadores de la empresa

Otros costes que se han querido contabilizar para dar mayor realismo al trabajo han sido algunos costes fijos como la luz y la electricidad en la nave, además del precio del alquiler de la misma. También a la hora de fijar un coste de producción de un sensor, se ha querido tener en cuenta el coste de las materias primas. Estos costes se han estimado en 1.5€. Todos estos costes se muestran detallados a continuación:

Coste de las materias primas
Coste de las materias primas

Por último, se muestran en la siguiente imagen algunas consideraciones en cuanto a horas de trabajo que son necesarias a la hora de calcular tiempos y costes.

Variables de la producción objetivo
Variables de la producción objetivo

Una vez explicado estos aspectos pasaremos a analizar los costes de cada uno de los modelos que se han implementado.

Modelo básico

Para este modelo se han tenido en cuenta los datos y disposiciones tal y como se muestran en el enunciado. El objetivo del análisis de costes ha sido calcular de manera precisa el coste que supone la creación de un sensor. Para ello se ha tenido en cuenta los distintos costes asociados a cada uno de los puestos de trabajo de acuerdo con los elementos que lo forman. Por ejemplo el puesto 1 se compone de un robot más una mesa de ensamblaje, lo que supone un coste horario de 1.54€ de acuerdo a los precios de las maquinarias vistos previamente. También se han tenido en cuenta los costes de otros elementos como carretillas, utillajes, pallets y las cintas transportadoras. Para el cálculo de los costes asociados a cada uno de los puestos de trabajo ha sido necesario generar unas tablas de tiempos de la pieza en cada puesto. En el Excel pueden encontrarse estas tablas con tiempos obtenidos del Flexsim. Para calcular los costes se ha tomado un tiempo promedio de la pieza dentro de cada uno de los puestos. Todos estos aspectos pueden verse con detalle en la siguiente imagen:

Tiempo medio y coste horario del modelo básico
Tiempo medio y coste horario del modelo básico

Puede observarse también en la imagen anterior que con este modelo se genera un output de 92 sensores por hora. El coste de un sensor asciende a 2,37€ si se tiene en cuenta el coste de las materias primas. Atendiendo tan sólo al coste del proceso de fabricación tenemos un coste de 0.87€ por unidad. La fórmula que se ha utilizado en el Excel para el cálculo de los costes se muestra a continuación.

Fórmula para el cálculo de los costes
Fórmula para el cálculo de los costes

La principal conclusión que se obtiene de este modelo es que no se logra el output por hora exigido en el enunciado, de ahí que decidiésemos abordar la primera mejora, la cual consistía en doblar el puesto de inspección ya que se producía un cuello de botella en la producción.

Primera mejora

En este caso se han tenido en cuenta las mismas consideraciones que en el apartado anterior teniendo en cuenta los cambios en los costes que suponen las nuevas maquinarias al doblar el puesto de inspección. En la siguiente imagen podemos ver los resultados que se han obtenido simulando este modelo en FlexSim y analizando los costes a partir de los tiempos obtenidos.

Resultados de la simulación en FlexSim
Resultados de la simulación en FlexSim

Puede apreciarse como con este modelo se consigue aumentar el output por hora hasta 125 unidades. Aunque seguimos lejos de lograr el output fijado por el enunciado, puede apreciarse como se reduce el coste del proceso de fabricación de una pieza respecto al modelo inicial. En este caso el coste del proceso por pieza supone 0.51€ frente a los 0.87€ del modelo básico. Dado que con la disposición propuesta en el enunciado se nos hacía imposible llegar a las cotas de producción exigidas, hemos realizado una segunda mejora en las cual se ha rediseñado el layout de forma que se doblen los puestos de trabajo de la línea principal. Como se vio con anterioridad, los costes de esta mejora se encuentran bastante por debajo del capital disponible para invertir.

Segunda mejora

En esta segunda mejora se han calculado los costes de manera similar a los apartados anteriores teniendo en cuenta las nuevas maquinarias. Al igual que para el resto de casos se presentan los resultados obtenidos:

Tiempos medios y coste horario de la mejora 2
Tiempos medios y coste horario de la mejora 2

Evaluando la imagen anterior se puede apreciar como con esta mejora conseguimos alcanzar el output por hora de 220 unidades. Además puede verse como se reduce el coste asociado al proceso de fabricación respecto de la mejora anterior (0.47€ frente a 0.51€ por pieza). Por tanto podemos concluir que con esta mejora se logra dentro de las restricciones de output por hora e inversión que fija el enunciado, producir más piezas y a menor coste que con los otros modelos.

Para ver un poco más en detalle el análisis global de los costes obtenidos se muestra a continuación una tabla donde se representan los aspectos más importantes:

Análisis de costes
Análisis de costes

Observamos que para los tres modelos no encontramos por debajo del límite máximo de inversión. Sin embargo, para los dos primeros no conseguimos llegar al output por hora exigido. En las otras dos columnas podemos ver como al ir mejorando los modelos no solo hemos conseguido aumentar el output, sino que los costes asociados al proceso de fabricación de cada pieza se han reducido.

Conclusiones

La conclusión principal del trabajo ha sido que las características del proceso principal impedían en un principio alcanzar la cuota de producción con una sola línea. Por tanto, las mejoras han ido destinadas a aumentar la producción de la línea principal, considerando de menor relevancia, a priori, aspectos como la manutención. En primer lugar se ha decidido implantar en paralelo un puesto de inspección, al tratarse de fase más lenta del proceso. A continuación, al ver que la producción seguía sin cumplirse se ha rediseñado la planta para incluir dos líneas principales (entre los puestos 1 y 8).

A continuación se recogen los principales resultados de tiempos y productividad que sustentan esta conclusión.

La siguiente tabla muestra los tiempos de cadencia, es decir, el tiempo entre la salida de dos piezas consecutivas para los tres modelos. Por una parte, se ha calculado este intervalo para la salida de la línea principal, medida como la entrada al puesto 9. Por otra, se ha calculado el intervalo de salida de la sublínea, es decir, entre caja y caja.

Como ya se ha comentado, la mejoras tenían como principal objetivo aumentar la producción horaria. Con lo cual, los tiempos de cadencia se han visto reducidos con cada mejora.


Tiempo de cadencia de la línea principal (s) Tiempo de cadencia de la sublínea (s)
Modelo básico 39 783
Modelo mejora 1 29 577
Modelo mejora 2 15 313

De acuerdo con esto, las producciones horarias en la línea principal aumentan de 91 piezas/h en el modelo inicial a 230 piezas/h en el último modelo, cumpliendo finalmente con la cuota de 220 piezas/h. Además, como se ha mencionado anteriormente el coste de fabricación por pieza disminuye con las mejoras.

Por último, como punto a mejorar para un diseño futuro se propone lo siguiente: el último modelo mejorado, al contar con dos líneas de producción en paralelo, sería interesante considerar incluir un segundo técnico de intervención. Por supuesto, esto resultaría en mayores costes pero aceleraría las paradas para intervención de los puestos.

Ficheros

Finalmente, aquí se pueden encontrar los modelos de FlexSim y el fichero Excel con el análisis de tiempos y costes: Archivos


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