G22 1202 2018

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Contenido

Caso práctico sobre fabricación de tubos

Estudio del problema

En esta primera entrega se analizará el proceso de conformado de tubos metálicos. Para la realización de este trabajo, contaremos con dos puestos y dos operarios. El objetivo es obtener el producto de la izquierda, con el material de partida y las dos fases de fabricación, como podemos ver:

                              

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. 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. 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. Todo los datos y tiempo del proceso, vienen especificados en el enunciado.

Diagrama del proceso

Una vez estudiado el proceso, podemos realizar el mapa detallado del proceso, mediante VSM (Value Stream Mapping)

Como se puede observar, el diagrama consta de 8 elementos:

  • Una fuente (source) que introduce piezas a razón de 20 unidades cada 10 minutos.
  • Un sumidero para las piezas acabadas.
  • Cuatro contenedores (queues).
  • Dos máquinas de proceso, la primera de ellas para prensar y la segunda para punzar los tubos.

A esto debemos añadir dos operarios para controlar las máquinas, y una carretilla para transportar los lotes de piezas del contenedor 2 al 3.


Modelo de FlexSim

Cuando trasladamos el problema al entorno de simulación de FlexSim, obtenemos el siguiente resultado:



Esto se consigue programando los distintos elementos que intervienen en el proceso de esta manera:


                              


                              


                              

Dashboard

Los distintos tiempos y variables relativas a la productividad se pueden monitorizar a través del dashboard del programa, lo que resulta especialmente útil cuando se está considerando la viabilidad del proceso en el mundo real. Se pueden observar diferentes variables en los dashboards, entre ellas están:

-Output per hour: Nº de piezas que salen por hora de cada operación.

-Average Staytime; Tiempo medio que permanece cada pieza en los contenedores y procesos.

-State Bar: Muestra la ocupación de cada uno de los elementos que forman nuestro proceso, cada color representa una operación, que se indican arriba.

Los resultados mostrados por el mismo para este caso son los siguientes:


Archivo comprimido

En caso de querer realizar cualquier comprobación de la simulación en FlexSim, el ejecutable se encuentra dentro de la siguiente carpeta:


Media:Assignment1Grupo22.rar

Caso práctico sobre fabricación de bastidores

Estudio del problema

El objetivo de esta segunda práctica, consiste en la fabricación de bastidores como los que se muestran en la imagen que se adjunta:

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. En este ejercicio se plantean algunas dificultades como la separación del producto según el tamaño, para ello se diferencia desde el suministro dos tipos de productos de entrada, los que serán cortado en partes de 500mm y los que lo serán en partes de 470mm. 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. Cada tipo sigue un camino diferente, una vez se ha llenado el contenedor con los tubos de 500 mm se pasa al puesto final de soldadura, sin embargo 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 dentación que aplasta el tubo en sus extremos estando este sujeto en el utillaje propio de la máquina, el tiempo de operación en este proceso es 16 s, con un tiempo de carga de 3.5 s y de descarga de 3.1 s. En la segunda prensa el tiempo de operación es de 22.9 s, con un tiempo de carga de 3.5 s y de descarga de 3.2 s.

El proceso de soldadura tiene un tiempo de operación de 91.4 s, un tiempo muy alto en comparación con el ritmo de la planta.

Todos los tiempos y operaciones han sido recogidos del enunciado del problema

Diagrama del proceso

De acuerdo al enunciado de esta semana, solo existiría un único proceso de soldadura, pero debido a los tiempos, hemos observado que se formaría un cuello de botella para nuestro modelo, por lo que hemos propuesto como solución aumentar los puestos de soldadura, pasando a tener dos en lugar de uno.

Como se puede observar, el diagrama consta de 16 elementos:

  • Dos fuentes (source), una que sumistra los tubos de 6 metros al almacen de 10 unidades, y otra que nos proporciona los utillajes de soldadura.
  • Un sumidero para las piezas acabadas.
  • Seis contenedores (queues).
  • Cinco máquinas de proceso, la primera de ellas para tronzar, dos de prensado y dos de soldadura.
  • Dos rampas hacia contenedores.

A esto debemos añadir seis operarios para controlar las máquinas y el almacen final, y una carretilla para transportar los lotes de piezas entre el almacén de tubos de 470 mm y el almacén previo a las soldaduras.


Modelo de FlexSim

Pasando nuestro diagrama de procesos al entorno de flexsim nos encontramos con el siguiente resultado:

En este gif podemos ver de forma rápida como se trabaja en el modelo.

La descripción de los elementos que participan en el modelo así como su configuración son las siguientes:

El proceso empieza con un elemento tipo Source, configurada para que de los dos tipos de eje, ambos de 6 metros, que se van a tratar en nuestro proceso.


Después pasan al contenedor número 1, con capacidad máxima de 10 elementos.

Después del contenedor 1, pasan a la tronzadora, configurada para que corte los tubos en 470 mm o 500 mm dependiendo del tipo de tubo suministrado por el contenedor. Este tronzado nos lleva a dos contenedores, donde se almacenan los tubos, dependiendo del tipo.

Los tubos de 500 mm se almacenan en el contenedor 3, para pasar directamente al contenedor 5, previo a la soldadura, mediante una carretilla

Por el contrario, los tubos de 470 mm, van en paralelo al contenedor 2, para después pasar por el prensado y conformar los extremos y agujeros.

Esta primera prensa, que esta conectada directamente con el contenedor 2, es la que conforma los extremos.

La segunda prensa, se encarga del punzonado de los tubos. Después de este proceso, pasará al contenedor nº4.

Imagen:Entrega2Grupo22Contenedor4.png

Tanto este contenedor, como el nº5 alimentan a los dos puestos se soldadura, a las que se les suministra el utillaje mediante una source.

Después de los puestos de soldadura, se lleva al contenedor final, el nº6 mediante un conveyor.

Todos los puestos están manejados por un operario, además hay otro al final del conveyor.

Dashboard

Los distintos tiempos y variables relativas a la productividad se pueden monitorizar a través del dashboard del programa, lo que resulta especialmente útil cuando se está considerando la viabilidad del proceso en el mundo real.

Al igual que en la entrega anterior, se pueden observar diferentes variables en los dashboards, entre ellas están:

-Output per hour: Nº de piezas que salen por hora de cada operación.

-Average Staytime; Tiempo medio que permanece cada pieza en los contenedores y procesos.

-State Bar: Muestra la ocupación de cada uno de los elementos que forman nuestro proceso, cada color representa una operación, que se indican arriba.



Archivo comprimido

En caso de querer realizar cualquier comprobación de la simulación en FlexSim, el ejecutable se encuentra dentro de la siguiente carpeta:


Media:Assignment2Grupo22.rar

Caso práctico sobre fabricación de productos con procesos distintos

Estudio del problema

En esta tercera entrega se procesan 4 tipos de productos diferentes, mediante el uso de tres máquinas siguiendo procesos diferentes.Cada producto atraviesa un proceso diferente, y por ello recorren caminos diferentes pudiendo pasar por todas o solo por alguna de las máquinas. Todos los productos se procesan en lotes que se trasladan a la máquina correspondiente por medio de una carretilla y son depostidos en contenedores. La capacidad de los contenedores varía según el producto, para los productos A y C tiene una capacidad de 20 unidades, B 15 unidades y D 10 unidades. A continuación, se encuentra un proceso de inspección en el que se examinan las piezas y se separan en dos contenededores descartando las piezas consideradas erróneas.

El enunciado aporta los datos sobre el recorrido de cada producto y los tiempos de fase de cada máquina. Además de la producción semanal de cada tipo y los porcentajes de piezas erróneas.

El ejercicio presenta una serie de dificultades que no se habían gestionado con anterioridad. Como es el caso del tratamiento de los productos durante el flujo de proceso mediante lotes. Para ello se prescinde del uso de contenedores que son sustituidos por combiners y separators. Los combiners se usan para realizar el empaquetamiento en lote y los separators para sacar cada producto del lote y realizar el procesado o la inspección. 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 todoslos productos y supone 5,5 min. El nivel de defectos detectados para cada producto se recoge en la siguiente tabla:

Diagrama del proceso

En la imagen siguiente se detalla el diagrama del proceso, mediante VSM (Value Stream Mapping).

Como se puede observar el diagrama cuenta con 16 elementos diferentes:

  • Una fuente(Source) desde la cual se produce el flujo de entrada de los productos y en la que se indican el tipo de producto y se establecen una serie de etiquetas que irán marcadas.
  • Un sumidero para las piezas acabadas.
  • Diez contenedores (Queue)
  • Cuatro procesos, tres pertenecer a las maquinas de tratamiento de los productos y una a la inspección visual.

Como se ha comentado antes, debido a las limitaciones que ofrece el programa Flexsim, cada contenedor se ha sustituido por combiners + separatos para así poder tratar mejor por lotes el proceso.

Modelo de Flexsim

Si plasmamos nuestro diagrama de procesos sobre el programa Flexsim, nos encontramos con el siguiente resultado, que se muestra a través de dos gif del proceso:


En este gif se puede observar como los productos van pasando por las diferentes lineas, en función del código de proceso asignado, que se explicará en los siguientes puntos


Pie: Carretilla durante el flujo

Cuando los procesos de las 3 principales máquinas han acabado, una carretilla se encarga de ir moviendo los lotes por los diferentes lugares para que se puedan continuar el proceso establecido.

Para la realización de esta entrega, nos hemos encontrado con varios desafíos a lo largo de su elaboración, el primero de estos desafíos pasó por la manera de establecer el flow de la entrega, pues como se ha comentado antes, no se podía trabajar con contenedores. Este problema quedó resuelto con la sustitución por combiners y separators. Otro problema con el que nos encontramos aquí fue la manera de "mandar" a cada producto por una máquina diferente. Partiendo de este proceso cuenta con 4 productos, a cada uno de ellos se le asignó un código binario en función de las máquinas por las que pasaba. Al seguir una linea temporal y nunca pasar, por ejemplo, por la maquina 3 y después por la 1, fue posible hacerlo con este método. A la primera maquina se le asignaron las centenas, a la segunda las decenas y a la última las unidades. La manera con la que conseguimos que se siguiera el flujo correcto fue programando en el flow de cada uno de los combiners. Esta programación consiste en la lectura de cada código, dependiendo del item actual que existe en la máquina. Para poner un ejemplo, en el caso del primer combiner, se realiza la operación fmod() con la que se consigue el resto de una operación, en este caso es el resto entre el código del producto que entra y el número 100. Este valor se almacena en una variable llamara resto, con la que se comparará para conseguir que el flujo siga su trayecto.

  • Si el número es mayor o igual que 100, significa el combiner tendrá que mandar el item a la entrada de separator 1, previo a la máquina 1.
  • Si no es así, y el resto es mayor o igual que 10, el producto irá al separator 2.
  • Si por el contrario, no se cumple ninguna de las dos condiciones anteriores, irá al separator nº 3.

Para el resto de los combiners, se ha seguido una lógica parecida, con algún que otro cambio.

Otro reto a superar, ha sido establecer la capacidad de los combiners y separatos, ya que, se presupone que por diferencias de tamaño o especificaciones técnicas, esta capacidad cambia en cada tipo de producto y lote. Para conseguir establecer estos valores, se ha creado una global table, llamada "Producción". En esta tabla, a parte de estar incluidos todas las espeficificaciones de cada uno de los productos, y otros valores, como el código mencionado antes, también se incluye la capacidad de los contenedores para cada tipo de producto. La lectura de esta tabla para cada uno de los productos, se realiza mediante los triggers de cada elemento, concretamente en la entrada, mediante el trigger on entry, donde se encuentra el código necesario para que los elementos mencionados sepan su capacidad en función del item actual.

Por último, en relación al flujo del proceso, el último desafío fue establecer el layout del proceso. Este layout, como se puede ver en el gif adjuntado en los primeros puntos de este capítulo, una carretilla se encarga de la comunicación entre los combiners y los separators. Con una carretilla es suficiente, pues los tiempos de procesado de cada elemento superan en la mayoría de los casos los 10 minutos por pieza. Al mover la carretilla los productos por lotes paletizados, es mas que suficiente y pasa bastante tiempo parada.

El segundo gran reto con el que ha contado esta entrega, mas allá del flow, ha sido la medición de tiempos. Debido a las grandes carencias del programa, los dashboards utilizados en las entregas previas para mirar los tiempos de los procesos, para así poder monitorizar la productividad del sistema, no funcionan para este caso. Es muy importante disponer de estos tiempos en un modelo esquematizado para así poder calcular costes, cuellos de botella o viabilidad y no tener ningún problema a la hora de la aplicación real del proceso. Para nuestro grupo, ha sido el desafío mas difícil de toda la entrega. Para la realización de esta tabla, se definieron unos labels en el source, de manera que cada item tenga asociadas unas características y una tabla de tiempos, que se inscriben en cada item al pasar por cada máquina, proceso o elemento. El problema que surgió con esto fue que a la salida de los combiners y a la entrada de los separators, al haberse juntado un pallet y varios items, el item inicial sobre el que estabas trabajando desaparece, convirtiéndose en un nuevo item union de todos los elementos mencionados. Para atajar esta dificultad, nos vimos con la necesidad de recurrir a una tabla auxiliar, en la que se almacenan los tiempos conflictivos, la salida del combiner y la entrada del separators. Estos tiempos conflictivos quedan reflejados definitivamente en los labels de cada item a la salida de los separators.

A continuación se adjuntar varias imágenes de los elementos utilizados y su configuración.

Source principal del proceso
Source principal del proceso
Ejemplo de Combiner de entrada
Ejemplo de Combiner de entrada
Ejemplo de Combiner de Salida
Ejemplo de Combiner de Salida
Ejemplo de Separator
Ejemplo de Separator
Ejemplo de maquina de procesado
Ejemplo de maquina de procesado
Sumidero de Pallets
Sumidero de Pallets
Inspección de las piezas
Inspección de las piezas

Dashboards y resultados

En la siguiente figura quedan reflejados los datos tomados especificando los puntos en los que se han recogido tiempos con el fin de mejorar la trazabilidad de los productos dentro del sistema de fabricación. Como se puede observar se han registrado tiempo tanto a las entradas como a las salida de los contenedores, en este caso combiners y separators de cada una de las máquinas. El código de las siglas corresponde a:

  • ECMx: Entrada Contenedor Máquina x
  • SCMx: Salida Contenedor Máquina x
  • EMx: Entrada Máquina x
  • SMx: Salida Máquina x



En la tabla se observan algunos tiempos que obtienen el mismo valor para piezas diferentes. Se debe al hecho de que a los combiners llegan piezas sueltas y sale un único producto que es el lote, por lo que en los valores de entrada cada pieza obtiene y valor, pero en la salida todas la piezas salen juntas en forma de lote y por tanto todas almacenan el mismo tiempo de salida, que corresponde con el de la última pieza en conformar el lote. En el caso de los separators ocurre lo mismo, al separator llega un producto como unidad, el lote por lo que los tiempos de entrada son los mismos para todas las piezas del lote, sin embargo en la salida cada pieza lleva su propio tiempo ya que salen en momentos diferentes. El tiempo de ciclo se calcula como la diferencia de tiempo que existe entre la salida del separator de entrada y la entrada al combiner de salida de cada línea. El tiempo de fase se calcula como la diferencia de tiempo entre la salida del combiner de salida y la entrada al separator de entrada.

Archivo Comprimido

Media:Assignment3Grupo22.rar

Trabajo final: Célula de mecanizado de ejes

Este trabajo final de la asignatura consiste, no solo en crear la planta que se explicará a continuación al igual que en las entregas anteriores, con el diagrama de proceso, el modelo en el programa FlexSim y una explicación de los resultados, sino también en analizar los resultados obtenidos, obteniendo los costes y las posibles mejoras que se pueden aplicar para que la planta sea mas viable, económicamente hablando.

Enunciado del problema

Se tiene un sistema de fabricación de ejes que está configurado a partir de una célula de fabricación que trabaja según el concepto de tecnologías de grupo (familias de piezas). La familia de piezas esta formada por ejes de revolución que tienen agujeros transversales al eje geométrico de las piezas, ranuras, planos y formas de geometría libre. Las especificaciones de los ejes exigen en general un nivel de precisión y acabado superficial elevado.

Las operaciones por las que han de pasar los ejes serán, según el tipo de eje, algunas de las siguientes:

• Torneado

• Fresado

• Taladrado

• Rectificado

Por lo que el flujo que seguirán será diferente según su geometría. La célula está compuesta por las siguientes máquinas:

• 2 Tornos de control numérico

• 1 Centro de mecanizado

• 1 Taladradora de columna fija

• 1 Rectificadora cilíndrica

de manera que la pieza en bruto entra en la célula y sale completamente terminada, no necesitando pasar por otra sección ni retornando a la célula (concepto de célula).

La distribución actual de las máquinas se representa en la figura 1.

Figura 1: Distribución de la planta.
Figura 1: Distribución de la planta.


A la salida de las maquinas se tienen dos contenedores. Cuando las fases son consecutivas, uno de los contenedores sirve para la descarga mientras que el otro alimenta directamente la siguiente maquina. Cuando las fases consecutivas no corresponden a maquinas contiguas, el traslado de los contenedores se realiza con una transpaleta manual por parte del operario de la primera fase. Las actividades que realizan los operarios son:

1.- Toma de la pieza del contenedor. El valor de este tiempo se ha estimado en 4.5 segundos.

2.- Traslado de la pieza a la maquina. El valor de este tiempo se ha estimado en 3 segundos.

3.- Colocación de la pieza en el utillaje. El valor de este tiempo se ha estimado en 1.9 segundos.

4.- Arranque de la maquina. Este valor se considera incluido en el tiempo de preparación de la máquina.

5.- Vigilancia de la maquina y si es necesario simultáneamente se preparan herramientas, se inspeccionan las piezas y otras tareas necesarias para el funcionamiento del proceso.

6.- Parada de la maquina la final del mecanizado. Este valor se considera incluido en el tiempo de preparación de la máquina.

7.- Traslado de la pieza al contenedor de salida. El valor de este tiempo se ha estimado a 3 segundos.

8.- Colocación ordenada de la pieza en el contenedor. El valor de este tiempo se ha estimado a 4 segundos.

9.- Traslado del contenedor a la maquina siguiente una vez que este completado. Este tiempo se ve reflejado por el tiempo que tarda la transpapeleta en realizar el recorrido que corresponda en cada ocasión.

La suma de estos valores da un valor medio de 16.4s por pieza y empleado. Este valor se introduce en el tiempo que tarda el operario en la carga y la descarga, por lo que el valor introducido se ha repartido equitativamente entre ambas actividades, resultando en 8.2s. Estimando el valor de la desviación típica para estas operaciones en 2.2 segundos, resulta un tiempo de 8.2±2.2 segundos en cada tarea para el Load Time y el Unload Time.

Para la simulación debe estimarse el tiempo de estas tareas, teniendo en cuenta que al ser operaciones manuales están afectadas de variabilidad.


La variedad de ejes que se realizan en la célula es grande y supera los 55 tipos. Atendiendo al concepto de fabricación flexible, se fabrican en lotes reducidos que normalmente son inferiores a 35 unidades. Para la fabricación de los diferentes ejes se parte de barra maciza o de piezas preconformadas de forja. Un muestrario de los ejes se recoge en la figura 2.

Figura 2: Tipos de ejes.
Figura 2: Tipos de ejes.


Los tiempos de mecanizado (en minutos) de los ejes fabricados en la ultima semana se recogen en la tabla 1.

Tabla 1: Tiempos de Mecanizado.
Tabla 1: Tiempos de Mecanizado.


El desgaste de las herramientas obliga a su sustitución y a su correspondiente reglaje. Estas tareas consumen un tiempo que es dependiente del tipo de herramienta. Siendo aproximadamente para cada una de ellas:

- Herramientas de torneado 135±15s

- Herramientas de fresado 165±20s

- Herramientas de taladrado 80±10s


El tiempo medio de duración de las herramientas es:

- Herramientas de torneado 15 min

- Herramientas de fresado 30 min

- Herramientas de taladrado 90 min

- Muelas 16 h


Los defectos que se producen en la fabricación de los ejes suelen ser del orden de:

- Operaciones de torneado 1 de cada 25 productos mecanizados

- Operaciones de taladrado 1 de cada 200 productos mecanizados

- Operaciones de fresado 1 de cada 30 productos mecanizados

- Operaciones de rectificado 1 de cada 20 productos mecanizados


Se ha establecido una amortización anual para las maquinas de la celula de:

- Coste horario de los tornos 17.000€/año

- Coste horario del centro de mecanizado 23.000€/años

- Coste horario de la rectificadora 16.000€/año

- Coste horario de la taladradora 9.000€/año


El coste laboral de los técnicos se considera igual para todos ellos siendo de 30.000€/año.


El consumo de las herramientas se puede establecer en función del tiempo de mecanizado de la maquina ya que al ser un trabajo en familias de piezas es una buena estimación.

- Consumo de herramientas en tornos 32€/h

- Consumo de herramientas en el centro de mecanizado 38€/h

- Consumo del herramientas en la taladradora 15€/h

- Consumo de herramientas en la rectificadora 28€/h

La carga de pedidos que se tiene actualmente se recoge en la tabla 2. Suponiendo que esta carga de pedidos es representativa del trabajo de la célula durante el año , debemos analizar su funcionamiento.

Tabla 2: Carga de trabajo en 4 semanas.
Tabla 2: Carga de trabajo en 4 semanas.

Diagrama del proceso

En la imagen siguiente se detalla el diagrama del proceso, mediante VSM (Value Stream Mapping).

Como se puede observar el diagrama cuenta con 21 elementos diferentes:

  • Una fuente(Source) desde la cual se produce el flujo de entrada de los productos y en la que se indican el tipo de producto y se establecen una serie de etiquetas que irán marcadas.
  • Un sumidero para las piezas acabadas.
  • Trece contenedores (Queue), que han sido sustituidos por combiners + separators debido a las limitaciones del programa FlexSim, para así poder trabajar mejor por lotes.
  • Seis procesos, de los cuales cinco pertenecen a las maquinas de tratamiento de los productos y una a la inspección visual.

A esto hay que añadir un total de 5 empleados, uno para cada máquina de mecanizado, y un transporte encargado de mover los lotes de piezas de una fase del proceso hasta la siguiente.

El layout de la célula se ha mantenido de acuerdo al que figura en el enunciado, entendiendo que las máquinas se colocan así por motivos constructivos y de acuerdo al espacio disponible en la nave. En el espacio que queda en el medio se ha establecido un camino claramente delimitado para la carretilla, situando a los empleados en el lado exterior de las máquinas. De esta manera se evitan interferencias en las zonas de movimiento de cada trabajador y se previenen accidentes, por lo que mejora el nivel de productividad y de seguridad laboral.

Estudio del problema

En primer lugar se muestra una vista aérea de la planta y un pequeño fragmento de la simulación del modelo en FlexSim y se procede a las explicaciones pertinentes al desarrollo del trabajo.

Vista aérea de la planta.
Vista aérea de la planta.




La planta fabrica 25 tipos de ejes diferentes, cuya carga de pedidos se muestra en la tabla anterior. Durante estas 4 semanas representativas del proceso, las familias de lotes pueden variar su tamaño según la semana, por lo que los ejes repetidos se consideran en la source como otro tipo más (dando lugar en la source a 37 tipos de ítem) pero mostrando las mismas condiciones físicas, que en el caso del modelo se representa con el mismo color, que es el rasgo distintivo que se usa para identificar cada uno de los 25 tipos de ejes. Se ha creado una tabla global llamada "Produccion" en la que se encuentran por filas los diferentes tipos de ítem y por columnas los tiempos de preparación medios, sus variabilidad, el tiempo de procesado, el código que corresponde al flujo predeterminado, y la cantidad de piezas por lote.


Global Table: Produccion.
Global Table: Produccion.


A continuación se muestra la configuración de la source, en la que se ha creado una tabla de 37 filas, una por cada ítem y 23 columnas en las que se especifican algunas etiquetas que almacena cada ítem en su código de datos. Cada ítem almacena el tipo de producto que es, la cantidad de piezas que forman su lote, el código que representa el flujo que sigue, y los tiempos a la entrada y salida de la fase y del ciclo, representados por:

  • ECMx: Entrada Contenedor Máquina X.
  • EMx: Entrada Máquina X.
  • SMx: Salida Máquina X.
  • SCMx: Salida Contenedor Máquina X.
Propiedades Source.
Propiedades Source.

Se muestra ahora la configuración de las máquinas, solo se muestra la correspondiente al torno1 porque se repite el mismo patrón para todas ellas.

Propiedades Máquina.
Propiedades Máquina.

Indicando el Set Up Time con la siguiente expresión:

  • normal(gettablenum("Produccion",getitemtype(item),1), gettablenum("Produccion",getitemtype(item),2)/3, 0)/gettablenum("Produccion",getitemtype(item),17);
  • Siendo lo anterior: normal(tiempo medio de preparación, tiempo de varibilidad/3, 0) dividido por el número de piezas del lote.

Indicando el Process Time con la siguiente expresión:

  • gettablenum("Produccion",getitemtype(item),3);

A continuación se explica el flujo de las piezas según las operaciones que requiera cada tipo de eje, mediante la lectura de la etiqueta Código. La codificación se realiza con un número de 5 cifras, cada cifra corresponde con una de las operaciones: de izquierda a derecha la correspondencia es Torno1, Torno2, Fresadora, Taladradora, Rectificadora, escribe un 1 si la pieza pasa por esa máquina y un 0 cero si no.

El flujo del modelo se inscribe en los combiners, que tras formar el lote indica a qué máquina debe ser transportado. Esto se realiza en el Flow del combiner modificando el código del 'Send to Port'.

Combiner5.
Combiner5.

El código de Flow de cada combiner es modificado para seguir la ruta adecuada.


Código modificado combiner de entrada.
Código modificado combiner de entrada.
Código modificado combiner de máquina 1.
Código modificado combiner de máquina 1.
Código modificado combiner de máquina 2.
Código modificado combiner de máquina 2.
Código modificado combiner de máquina 3.
Código modificado combiner de máquina 3.
Código modificado combiner de máquina 4.
Código modificado combiner de máquina 4.

En el combiner de la máquina 5 sale directamente por lo que no es necesario modificar el código.

Con lo mencionado anteriormente se obtiene un primer modelo básico.

Posibles soluciones

La primera gran diferencia que encontramos en este trabajo respecto a los assignments anteriores radica en la forma en que se realiza la inspección de las piezas para determinar cúales son correctas y cúales defectuosas. Hasta ahora siempre habíamos tenido una única inspección al final del proceso con un porcentaje de erróneas global para todo el sistema, pero ahora nos encontramos con que cada máquina de la célula tiene su propio porcentaje de piezas erróneas y esto crea muchos problemas a la hora de reflejarlo en FlexSim por las muchas limitaciones que tiene el programa.

En los primeros planteamientos propuestos se apostó por situar un contenedor de erróneas en cada máquina. Para ello, se introduce en la máquina en el apartado de Flow 'Send to Port' un reparto 'By Percentage' con el porcentaje de defectos que puede introducir cada máquina según los datos proporcionados en el enunciado. Con esta configuración las erróneas salen por el puerto correspondiente al contenedor destinado para su almacenamiento y las correctas continúan su itinerario con normalidad.

La primera solución que se planteó consistía en introducir un código adicional en el contenedor de defectuosas de cada fase y en su combiner correspondiente en los Triggers 'OnEntry'. Este código hacía que por cada vez que una pieza saliera por el puerto del contenedor, se modifica el valor (restando 1) de la cantidad del tamaño de lote de la tabla desde la que el combiner toma el dato. El problema de esta solución aparece cuando la última pieza del lote resulta errónea, ya que el valor se modifica en la tabla de la que lee el 'cantcont' el combiner, pero este no extrae ese valor hasta que no entra la siguiente pieza, que en este caso será ya de un nuevo 'ItemType'. De esta manera el combiner lee un valor de tamaño de lote correspondiente al nuevo tipo de pieza y empieza a mezclar lotes, desencadenando un error que se arrastra hasta el final de la simulación.

La segunda solución es similar a la anterior, pero pretende realizar todos los cambios desde los processors. Como en el caso anterior, por cada pieza que salga por el puerto del contenedor de erróneas se quiere modificar restando 1 el valor de 'cantcont, dejándolo igual cuando la pieza es correcta. Pero en este caso, en lugar de leer luego ese valor en el 'OnEntry' del combiner, se pretende cambiar directamente desde el processor la capacidad del combiner accediendo al nodo de esa variable mediante comandos 'treenode'. El objetivo de esta solución es precisamente evitar el error que se producía con la solución anterior. Sin embargo, en esta ocasión el fallo resulta más evidente y es que a base de comprobar los valores se observaba que la capacidad del combiner no se estaba modificado, con lo que se llegó a la conclusión de que en FlexSim no se pueden modificar variables de un objeto desde otro distinto.

En vista de las dificultades encontradas anteriormente, se prueba una solución totalmente distinta. Se trata de conocer el valor de erróneas que se producen de modo aleatorio al iniciar el modelo para poder establecer desde inicio la capacidad que han de tener los combiners para que trabajen adecuadamente por lotes. Para ello se crea al inicio una tabla denominada "TablaAuxiliar2" en la que se generan todos los números aleatorios necesarios en la simulación completa del modelo (1 por cada pieza y máquina). Se realiza un rastreo de dicha tabla por partes dentro de cada una de las filas, cada porción correspondiente a una máquina debido a que cada máquina introduce un porcentaje diferente de defectos. En dicho rastreo se contabiliza mediante el uso de contadores el número de erróneas para modificar el valor de la cantidad del lote, fijando de este modo la cantidad de lote actualizada que cada combiner del proceso tiene según el ítem que recibe. Todo ello, implica el desarrollo de un código extenso y de cierta complejidad que se introduce en la source del modelo. La solución anterior presenta fallos, que debido a la falta de breakpoints para identificar el fallo dentro del extenso código imposibilita la identificación del error.

La cuarta solución propuesta consiste en situar un conveyor entre la máquina y el combiner. Con ello se pretende leer el tipo de producto que entra y contabilizar los del mismo tipo. En el momento en el que el conveyor identifique a su entrada otro tipo de ítem se detiene el contador y se modifica el valor de la tabla correspondiente a la cantidad de piezas por lote, en el Trigger 'OnEntry'del combiner se captura dicho valor como 'cantcont'. Esta solución presenta problemas cuando el combiner recibe un ítem diferente y el lote anterior ha modificado su capacidad y se encuentra lleno, (la modificación del lote no se produce hasta que el nuevo ítem entra al combiner al situarse el código 'OnEntry') en ese instante el combiner tiene un lote completo y un ítem suelto, el programa no es capaz de hacer que el lote completo salga del combiner y continúe su ruta, y al no poder situar el palet para comenzar el empaquetamiento del lote siguiente cuela el ítem suelto y desajusta las capacidades de los lotes mezclando piezas.

Solución aplicada

En vista de las limitaciones del programa tras las pruebas de las anteriores soluciones, se opta por una solución menos rigurosa, pero que sigue produciendo unos resultados muy razonables. La solución aplicada consiste en sustituir los contenedores de almacenamiento de erróneas en cada máquina por un único contenedor que se sitúa al final de la célula, tras una máquina de inspección de tiempo de procesado nulo (ver vista aérea de la planta). Pero esto no implica que no se tiene en cuenta el porcentaje de defectos diferente que presenta cada máquina. En cada una de las máquinas se simula el número de erróneas que surgen según sus porcentajes, pero sin modificar el valor del lote, y este número de se va escribiendo y acumulando según avanza el modelo en una tabla denominada "Defectos". Así se consigue que el modelo fluya sin variar la capacidad de los combiners, y se separan las piezas correctas de las erróneas al final, a través de los valores registrados en esa tabla.

Tabla "Defectos".
Tabla "Defectos".
Código modificado Torno para contabilizar erróneas.
Código modificado Torno para contabilizar erróneas.
Código modificado Fresadora para contabilizar erróneas.
Código modificado Fresadora para contabilizar erróneas.
Código modificado Taladradora para contabilizar erróneas.
Código modificado Taladradora para contabilizar erróneas.
Código modificado Rectificadora para contabilizar erróneas.
Código modificado Rectificadora para contabilizar erróneas.
Código Inspección.
Código Inspección.

Análisis de resultados

Tiempos

La medición de tiempos se lleva a cabo para superar las limitaciones que ofrecen los dashboards y medir tiempos de fase y de ciclo con exactitud para poder monitorizar la productividad del sistema, realizar un análisis de costes, cuellos de botella, viabilidad, introducción de mejoras, etc... En la siguiente figura quedan reflejados los datos tomados especificando los puntos en los que se han recogido tiempos con el fin de mejorar la trazabilidad de los productos dentro del sistema de fabricación. Como se puede observar se han registrado tiempo tanto a las entradas como a las salida de los contenedores, en este caso combiners y separators, de cada una de las máquinas, como se comenta al inicio de la explicación del trabajo.


Fragmento de la tabla "TiemposMedidos".
Fragmento de la tabla "TiemposMedidos".


En la tabla se observan algunos tiempos que obtienen el mismo valor para piezas diferentes. Se debe al hecho de que a los combiners llegan piezas sueltas y sale un único producto que es el lote, por lo que en los valores de entrada cada pieza obtiene un valor, pero en la salida todas la piezas salen juntas en forma de lote y por tanto todas almacenan el mismo tiempo de salida, que corresponde con el de la última pieza en conformar el lote. En el caso de los separators ocurre lo mismo, al separator llega un producto como unidad, el lote por lo que los tiempos de entrada son los mismos para todas las piezas del lote, sin embargo en la salida cada pieza lleva su propio tiempo ya que salen en momentos diferentes. El tiempo de ciclo se calcula como la diferencia de tiempo que existe entre la salida del separator de entrada y la entrada al combiner de salida de cada línea. El tiempo de fase se calcula como la diferencia de tiempo entre la salida del combiner de salida y la entrada al separator de entrada.

Para la realización de esta tabla, se definieron unos labels en el source, de manera que cada ítem tenga asociadas unas características y una tabla de tiempos, que se inscriben en cada ítem al pasar por cada máquina, proceso o elemento. Esta tabla se ilustra al comienzo del apartado Estudio del problema. El problema que surgió con esto se debe a que a la salida de los combiners y a la entrada de los separators, al juntarse pallet y el número de ítems correspondiente, el ítem inicial sobre el que estabas trabajando desaparece, convirtiéndose en un nuevo ítem resultado de la unión de todos los elementos mencionados. Para superar esta dificultad, se aprecia la necesidad de recurrir a una tabla auxiliar, en la que se almacenan los tiempos más conflictivos, las salida de los combiners. Estos tiempos conflictivos se registran en la tabla y se inscriben en los labels de cada item a la salida del siguiente separator.


A continuación se adjuntar varias imágenes de los elementos utilizados y su configuración.

Global Table:"TablaAuxiliar"
Global Table:"TablaAuxiliar"
Medida de tiempos separator1
Medida de tiempos separator1
Medida de tiempos separator1
Medida de tiempos separator1
Medida de tiempos combiner1
Medida de tiempos combiner1
Medida de tiempos combiner1
Medida de tiempos combiner1
Medida de tiempos separator2
Medida de tiempos separator2
Medida de tiempos separator2
Medida de tiempos separator2
Medida de tiempos combiner2
Medida de tiempos combiner2
Medida de tiempos combiner2
Medida de tiempos combiner2
Medida de tiempos separator3
Medida de tiempos separator3
Medida de tiempos separator3
Medida de tiempos separator3
Medida de tiempos combiner3
Medida de tiempos combiner3
Medida de tiempos combiner3
Medida de tiempos combiner3
Medida de tiempos separator4
Medida de tiempos separator4
Medida de tiempos separator4
Medida de tiempos separator4
Medida de tiempos combiner4
Medida de tiempos combiner4
Medida de tiempos combiner4
Medida de tiempos combiner4
Medida de tiempos separator5
Medida de tiempos separator5
Medida de tiempos separator5
Medida de tiempos separator5
Medida de tiempos combiner5
Medida de tiempos combiner5
Medida de tiempos combiner5
Medida de tiempos combiner5
Escribir tiempos medidos
Escribir tiempos medidos
Escribir tiempos medidos
Escribir tiempos medidos

Dashboards

Los dashboards de FlexSim, a pesar de que no nos permiten registrar tiempos como lo hacen los labels, son una herramienta muy útil a la hora de detectar cuellos de botella y posibles mejoras en los procesos simulados. Los datos proporcionados por los dashboards de nuestra planta son los siguientes:



En el primer gráfico se refleja el tiempo de permanencia medio de las piezas en cada máquina. Como se puede observar, el torno 1 es el que presenta mayores tiempos de permanencia, lo que se traducirá, teniendo en cuenta lo mucho que se utiliza esta máquina, en que estará un alto porcentaje del tiempo ocupado.

La segunda imagen muestra las piezas mecanizadas por hora en cada una de las máquinas. Como no es de extrañar, ambos tornos son los que mayores valores presentan en este aspecto debido a que participan en la fabricación de casi todos los tipos de ejes y por tanto, están la mayoría del tiempo funcionando.

Por último tenemos el gráfico de 'estado' de los distintos elementos que participan en nuestro proceso de fabricación. Este es, sin duda, el gráfico más interesante de los que nos puede generar el programa, ya que nos permite ver qué máquinas/operarios trabajan más y cuáles menos y a qué dedican su tiempo. De él y de los tiempos comentados en el apartado anterior se pueden extraer las siguientes conclusiones:

  • El tiempo total de procesado de la planta para todos los lotes es de 3933 minutos, es decir, apenas 65 horas y media, para abastecer la demanda de 4 semanas. Ese dato nos sugiere que la célula está muy sobredimensionada para la carga de trabajo tan reducida que tiene, y nos condiciona en gran medida las posibilidades de mejora.
  • Los tornos están bastante más ocupados que el resto de máquinas, y lo mismo sucede con sus operarios.
  • La fresadora y su operaria, Macarena, apenas están ocupadas una quinta parte del tiempo.
  • La carretilla tiene un nivel de ocupación extremadamente bajo debido a los largos tiempos de procesado de los lotes y las cortas distancias que tiene que recorrer.

De todo esto se deduce que las mejoras introducidas deben tener como objetivo el reducir los costes de operación de la célula. Realmente no tiene sentido invertir en más maquinaria o en mano de obra para aumentar la producción cuando en el estado inicial del modelo sobra mucho tiempo para satisfacer la demanda recibida. Así pues, se proponen dos mejoras posibles para el sistema: reducir el coste derivado de los salarios reduciendo el número de empleados y reducir el tiempo de producción buscando un orden de fabricación de los ejes más apropiado.

Costes

En lo relativo a los costes tenemos 3 tipos, los asociados a la amortización y el coste horario de las máquinas, el relativo al uso de las maquinas y el desgaste de las herramientas, y el coste de personal.

Para el coste de personal se ha tenido en cuenta el hecho de que para cumplir los plazos, se necesita menos de media jornada de cada trabajador para poder cumplir los pedidos.


Coste de Personal
Coste de Personal


Para el coste de amortización se ha tenido en cuenta que la amortización va ligada al tiempo de vida de producto, por lo que teniendo en cuenta que una maquina puede trabajar los 24 horas del día, y descartando días como año nuevo o Navidad, obtendremos el coste horario, que multiplicado por las horas que opera nuestras maquinas, nos darán el coste de amortización que suponen los ejes para las máquinas.


Coste de Amortización
Coste de Amortización


Para la realización del coste de las herramientas, en base a los datos ya hallados para los costes anteriores, multiplicando por los precios de cada herramienta, podremos obtener los costes relativos a este aspecto.


Coste de Herramientas
Coste de Herramientas

Posibles mejoras

Una vez analizados los costes y resultados obtenidos, hemos encontrado dos posibles maneras de mejorar la planta de manera que ahorremos costes y la planta sea mucho mas viable.

Ambas mejoras pasan por la reorganización de la producción de la planta. Las simulaciones en el modelo de Flexim de este plan de producción ha sido de manera lineal, siguiendo los pedidos de los clientes durante la muestra de estas 4 semanas. La primera mejora consiste en la reorganización de este plan siendo acorde con el modelo de organización de las maquinas seguido en la planta. Debido a que todas los productos siguen un mismo orden, ya que nunca irán, por ejemplo, del torneado 2 al torneado 1, se puede crear un modelo que aproveche esta linealidad en las máquinas y que permita ahorrar operarios. A continuación se adjuntan los planes de producción de todas las semanas en orden linea, y mejorado.

Mejora coste personal

Semana1
Semana1
Semana2
Semana2
Semana3
Semana3
Semana4
Semana4

Como se puede observar de manera muy gráfica en las capturas superiores, si reorganizamos la manera de producir, podemos conseguir que el taladrado y el fresado no se solapen, consiguiendo que un solo empleado especializado realice las dos tareas. Para que esto sea posible, basta con añadir dos condiciones:

-En la semana 2 el fresado del eje 10 no empezaría hasta que no se taladrara el eje 14.

-En la semana 3 el fresado del eje 22 no empezaría hasta que no se taladrara el eje 6.


Al introducir este nuevo modelo en FlexSim obtenemos lo siguiente:


Como podemos observar, se ha suprimido el operario de nombre 'Macarena' y su trabajo lo realiza ahora 'Paco', que esta encargado de la operación de la taladradora y de la fresadora. Al realizar la simulación comprobamos que la distribución que hemos ideado es buena, y que nuestro operario no se ve desbordado al llevar dos procesos a la vez, puesto que estos no coinciden en funcionamiento prácticamente nunca. Prueba de ello es el nuevo 'Run Time' que refleja el programa: 4136 minutos frente a los 3933 minutos del modelo anterior. Es decir, eliminando un empleado hemos conseguido que el tiempo de trabajo total en 4 semanas se incremente solamente en 203 minutos, poco más de 3 horas. Esto supondría para la empresa un ahorro aproximado, considerando que nuestros trabajadores están a media jornada, de 15.000€/año.


A continuación se muestran los resultados del dashboard para este nuevo modelo:



Como se puede observar, el porcentaje de ocupación de las máquinas no ha cambiado notablemente, pero ahora ninguno de los empleados tiene un porcentaje de ocupación inferior al 50 %. De todos estos datos podemos concluir que los costes derivados del uso de las máquinas van a permanecer prácticamente invariables respecto al modelo previo, pero que se ha conseguido implementar con éxito una solución con un empleado menos, sin generar tiempos excesivos o cuellos de botella.

Mejoras coste horario

Otra opción consiste en agrupar y encajar la producción de ejes, intentando que se hagan en el menor tiempo posible. Esta mejora parte de la suposición de que las máquinas se enciende cuando se prepara la primera pieza que va a entrar, y se apagan cuando pasa la última, pues si no está opción no tendría sentido. Si conseguimos agrupar los ejes de tal manera que, todos los procesos que se hacen en una máquina sean seguidos, conseguiremos reducir y mucho nuestro coste horario de la máquina, pues siempre que la máquina este encendida, tendrá producto, por lo que se amortizará al 100% de su ciclo de vida útil. La principal desventaja que nos produce esta situación son los largos tiempos de producción que se necesitarian, pues, por ejemplo el torno 2 no empezaría a trabajar hasta que no estuvieran preparadas todas las piezas que han pasado por el torno 1, o en su defecto, nunca se quedará parada la máquina desde que empieza hasta que acaba. Estos largos tiempos se traducirian en mas empleados para la empresa, pues en vez de necesitarse medio turno, se necesitarian turnos completos o incluso segundos turnos.

Debido a que la primera opción propuesta permite cambios sin alterar el resultado, lo óptimo sería buscar un equilibro entre las dos soluciones para conseguir un menor coste horario sin necesidad de aumentar la plantilla.

Mejora optimizando orden

La carga de pedido viene dada por 4 semanas que son representativas del trabajo que se realizaría durante un año, por ello la optimización se realiza semana a semana. Con esta mejora se pretende organizar el flujo de lotes de modo más compacto para reducir el tiempo en el que se consigue completar el pedido de la semana. Como se observa en las imágenes posteriores, en todos los casos se consigue reducir el tiempo. La reducción se observa en lo que se ha llamado turnos, refiriéndose al momento de comienzo del trabajo de una máquina, cuanto antes empiecen las máquinas si es posible trabajando varias al mismo tiempo, antes se finaliza el proceso.

  • En la semana 1 se consigue reducir 1 turno.
  • En la semana 2 y 3 se consiguen reducir 2 turnos.
  • En la semana 4 se consiguen reducir 3 turnos.
Semanas 1 y 2
Semanas 1 y 2
Semana 3 y 4
Semana 3 y 4

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