G23 1202 2018

De Wikifab

Trabajos Parciales

Caso Práctico sobre Fabricación de Tubos

Se tiene una sección de conformado de tubos metálicos formado por dos puestos de trabajo atendidos por dos operarios.

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

Este contenedor se desplaza al puesto siguiente que se encuentra a 2m con una carretilla.

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

Los tubos en la longitud especificada se suministran en un contenedor con una capacidad de 20 unidades a la sección de conformado cada 10 minutos.

A continuación se muestra el mapa de flujo del proceso (VSM) detallado, con las tablas de tiempos de cada uno de los dos puestos de trabajo.


Mapa de flujo de valor del proceso.
Mapa de flujo de valor del proceso.




En este apartado se encuentran las capturas y explicación del proceso anteriormente descrito, el cual ha sido simulado en FlexSim v7 para su trabajo académico.

En primer lugar la simulación se ha hecho guardando los datos y las proporciones establecidas por el enunciado. Los procesos de prensado y punzado se han hecho cada uno en un procesador diferente, gestionados individualmente por un operario que se encarga además de las operaciones de carga y descarga. Las líneas en el suelo definen la ruta que debe seguir el operario para cargar y descargar piezas y así hacer la simulación más realista.

Los contenedores cuyos valores máximos de carga no estaban especificados se han supuesto también como 20, por la lógica y simpleza del proceso. La carretilla utilizada también para el movimiento entre contenedores se ha fijado con una carga máxima de 20 piezas.


Captura de la simulación del proceso.
Captura de la simulación del proceso.


Los tiempos de carga y descarga se han asignado a cada operario según el proceso que hace, utilizando la suma del resto de tiempos como tiempo de procesado en máquina. Para una simulación más realista los tiempos de carga y descarga se han introducido divididos por 2, ya que en la simulación el operario hace 2 cargas y descargas. Coger la pieza del contenedor y ponerla sobre la máquina son dos operaciones, una carga y una descarga en FlexSim.

En las gráficas del Dashboard se han representado diferentes datos considerados de utilidad y relevantes para la simulación. En la primera gráfica de "Output per Hour" podemos ver como el prensado tiene lógicamente más piezas por hora, ya que el proceso de prensado es más corto que el de punzonado. En la gráfica de "Average Staytime" se refleja esa diferencia que aunque no es muy grande es significativa a la hora de simular.


Dashboard con gráficos relevantes de la simulación.
Dashboard con gráficos relevantes de la simulación.


De especial interés son los gráficos del "State Pie" donde se ve porcentualmente que ocupa el tiempo de las máquinas y los operarios. Aquí podemos ver que los operarios invierten buena parte de su tiempo en cargar, descargar y viajar hasta los contenedores. Aunque los tiempos sean casi iguales se ve que en Gerardo, que trabaja en el punzado, pierde menos tiempo porcentual en esto debido a que está mas tiempo en máquina. Si se quisiera mejorar el proceso estos serían buenos puntos a mejorar para aumentar la productividad.

Las máquinas funcionan a alta capacidad usando casi el 90% de su tiempo en fabricar productos. Esto quiere decir que a pesar de que los gráficos de operario muestren un porcentaje significativo del operario cargando y descargando, las máquinas están en su gran mayoría funcionando, lo que se ve reflejado en el gráfico de "Work in Progress vs Time".

Por último, si nos fijamos en el gráfico de "Content vs Time" veremos que los contenedores funcionan de manera síncrona como es lógica, llenandose uno cuando se vacía otro y viceversa.


Dashboard con tiempo  de estancia en el contenedor 2.
Dashboard con tiempo de estancia en el contenedor 2.


Se ha añadido además al gráfico de "Average Staytime" el tiempo en un contenedor, como prueba de que en esta fabricación por lotes las piezas están la mayor parte del tiempo "esperando" a otras piezas. Cabe destacar que cuando se tiene en cuenta este tiempo de pieza en contenedor la diferencia de tiempo de fabricación entre el prensado y el punzado es muy poco significativa.

Por último se adjunta un gif del proceso a alta velocidad para que se vea el funcionamiento en planta (Hacer dos veces click para verlo en movimiento)


Grabación del proceso (hacer click dos vices para ver).
Grabación del proceso (hacer click dos vices para ver).



Caso práctico sobre fabricación de bastidores tubulares

El proceso se inicia con el suministro de tubos que tienen una longitud de 6m. Los tubos se pasan por una tronzadora que corta cada uno de ellos a la dimensión que en cada momento se solicite. Los tubos a obtener en esta fase tienen unas longitudes de 470 mm y 500 mm. El contenedor de alimentación contiene 10 tubos.

En el tronzado de cada tubo se invierte un tiempo de 6s ± 1,5 que sigue una distribución normal comprende el posicionamiento del tubo en la máquina, su corte y su retirada.

Los tubos cortados se descargan a dos contenedores según el tipo. Una vez se ha llenado el contenedor con los tubos de 500 mm se pasa al puesto final de soldadura. El contenedor con los tubos de 470 mm pasa a las prensas para conformar los extremos y los agujeros, idénticas a las del trabajo anterior. Con la excepción de que el producto prensado se descarga a un contenedor-rampa desde la que se toman los tubos para ser punzados.

La descarga se hace sobre un contenedor. Una vez que el contenedor se ha llenado se desplaza al puesto de soldadura. En el puesto de soldadura se montan 4 tubos en un utillaje y se suelda sobre él. A continuación se muestra la tabla de tiempos del proceso:


Tabla de tiempos en el puesto de soldadura.
Tabla de tiempos en el puesto de soldadura.


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


Mapa de flujo de valor del proceso.
Mapa de flujo de valor del proceso.

La simulación se ha realizado en acorde a los datos proporcionados por el enunciado. Los cilindros de 6 metros entran por el primer almacén y son cortados en el primer Separator en 12 piezas, siguiendo un orden de uno en uno, primero saliendo tubos de 470mm y luego los de 500mm. Los cilindros de 470mm que precisan un mecanizado se llevan por un proceso de prensado y punzonado similar al descrito en el ejercicio anterior, pero usando cintas en lugar de una carretilla. Los cilindros de 500mm son transportados directamente por lotes en carretilla al contenedor de entrada para las soldadoras( combiner en el modelo ).

Como se puede ver en la tabla de datos el tiempo de soldadura es muy alto comparado con el tiempo que tardan los tubos en ser mecanizados y llevados, incluso cuando se usan dos soldadoras y cada una usa dos tubos de cada tipo. Además se puede ver que a nivel teórico de planteamiento ya existe el fallo de que los cilindros de 500mm no necesitan mecanizado y por lo tanto el cuello de botella lo van a generar los cilindros de 470mm que necesitan de un mecanizado adicional.


Captura de pantalla del proceso del enunciado.
Captura de pantalla del proceso del enunciado.

Por ello se ha añadido un brazo robot que se encarga de abastecer las dos soldadoras, encargándose los operarios únicamente de la tarea de procesado y descarga, agilizando así el proceso de soldadura y dando más tiempo a los operarios, ya que mientras estos descargan el producto final el robot carga los nuevos cilindros.

A pesar de esta mejora, como podemos observar todoavía persiste el fallo de los tubos de 500mm estando mucho tiempo en el contenedor de entrada a soldadura (Cont 500) y los tubos de 470mm se acumulan para ser mecanizados ( Entrada 470). Esto se puede apreciar en el gráfico de la imagen anterior a la derecha, donde vemos que el "Average Staytime" de los tubos en estos contenedores es más del doble que en los otros.

Para solucionar este problema, se ha añadido una segunda cola de mecanizado de tubos de 470mm, que también los prensa y punzonda, descargándolos a la salida en el mismo contenedor. Igual que en las soldadoras, para mayor eficiencia y por problemas de simulación con dos operarios, se ha usado un brazo robot para abastecer las dos máquinas de prensado. Este caso es para el supuesto que dada una capacidad de producción la empresa es capaz de vender más tubos y por lo tanto asumir los costes extra por más maquinaria y operarios. En caso contrario esta solución no sería necesaria y se podría omitir.

Captura de pantalla del proceso mejorado.
Captura de pantalla del proceso mejorado.

Como se puede ver en la imagen, añadir una segunda cola mejora los tiempos de producción y evita que los tubos de 470mm (verdes en el modelo) sean cuello de botella a la hora de mecanizar. Al usar el brazo robótico la velocidad de producción de estos ha aumentado y en el contenedor de entrada prácticamente no hay tubos. Cabe destacar que en el momento de la captura, cuando el contenedor de Entrada de 470mm está vacío, se produce una pequeña acumulación en la cinta transportadora, pero esta disminuye antes de que salgan nuevos tubos para la primera máquina de prensado, por lo que no hay ningún problema de acumulación.

Dashboard del nuevo proceso mejorado.
Dashboard del nuevo proceso mejorado.

El nuevo "Dashboard" refleja esa mejora realizada en la gráfica de "Average Staytime", donde vemos que los tiempos para Entrada 470 y Entrada 500 han disminuido y ya no bloquean el resto del proceso. Los tiempos de los contenedores de entrada a las soldadoras permanecen iguales ya que no se ha hecho ningún cambio en ese aspecto. Los gráficos de "Output per hour" indican claramente que aunque se haya mejorado el mecanizado de tubos, las soldadoras apenas han subido su producción, por lo que siguen siendo un factor limitante. Una solución a mejorar sería entonces añadir más soldadoras en caso de querer vender más, o ya que ahora se genera la misma cantidad de cilindros de 470mm que de 500mm, generar Stock para unos días de cilindros y parar las máquinas de mecanizado, solo usando las soldadoras el resto de días.

La opción de añadir más soldadoras es factible usando el brazo robótico ya existente, ya que como vemos en el "State Pie" del robot, el brazo está solo un 36% de su tiempo operativo, teniendo por lo tanto tiempo de sobra para abastecer dos soldadoras más. Viendo los "State Pie" de las máquinas de mecanizado de 470mm vemos que trabajan como corresponde a la mitad de su tiempo, lo cual indica que están muy cerca de su máximo. Esto es porque a la entrada la mitad de los tubos se mecanizan para 470mm y la otra mitad para 500mm, por lo que más de un 50% no es alcanzable para los dos prensados, aunque debido a diferencias de tiempo de procesado es ligeramente mayor en los punzonados. Por lo tanto, ninguna mejora se puede realizar en este ámbito y la opción más lógica de ampliación de fábrica sería nuevas soldadoras.

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