G24 1202 2018

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Contenido

Ejercicio 1: Conformado de tubo

El objetivo de este ejercicio es simular en Flexim un proceso de conformado de tubos, como los mostrados en la figura, teniendo en cuenta las fases del proceso, los tiempos de fabricación y los operarios necesarios. Además se incluye un VSM del proceso para facilitar su implementación en el simulador. Una vez realizado el modelo, se analizan los resultados mediante diferentes gráficos.

Tubo
Tubo


VSM (Value Stream Mapping)

En la siguiente imagen se muestra el Visual Stream Mapping del proceso de conformado de un tubo:

VSM inicial
VSM inicial


Modelo de simulación

Este enlace muestra un vídeo del funcionamiento de la simulación:

Media:FlexSim - C__Users_Joaquina_Documents_FlexSim 7 Projects_Ej1ConformadoTubo.fsm 20_09_2018 13_48_30.ogg


Modelo de simulación
Modelo de simulación

Se ha supuesto que la producción se realiza por lotes de 20, basándonos en que e los productos deben ser transportados con una carretilla, por lo que cabe esperar que se haga ese transporte agrupando los productos en lotes. Además la producción por lotes abarata el coste de la misma.

Análisis de resultados

El programa de simulación Flexsim proporciona herramientas para el análisis del proceso productivo. A continuación se muestran los gráficos del Output por hora (unidades de tubo que pasan por cada fase del proceso cada hora), del Average Staytime (tiempo de permanencia en segundos de las unidades de producto en cada estación) y el State Bar (representa la ocupación del tiempo de los operarios).

Análisis de resultados
Análisis de resultados


Ejercicio 2: Fabricación de bastidores

En esta segunda entrega se analiza un proceso de fabricación de bastidores tubulares. El proceso de conformado de la pieza tiene 4 etapas: corte de los tubos en una tronzadora a dos longitudes diferentes, dos prensado para conformar los extremos y agujeros y por último, soldadura de dos tubos de diferente longitud. Cada una de estas etapas esta controlada por un operario.

Bastidor
Bastidor

VSM (Value Stream Mapping)

En la siguiente imagen se muestra el Visual Stream Mapping del proceso usando la simbología standard:

VSM inicial
VSM inicial

Modelo de simulación

Para reproducir el modelo hemos asumido que los contenedores 2, 3, y 4 de barras de 470mm y los contenedores 5 y 6 de barras de 500mm van a tener una capacidad de 36 barras ya que los tubos de 6m son cortados en 12 trozos, los 3 primeros son de 470mm y los 3 siguientes de 500mm.

El siguiente GIF muestra el funcionamiento del proceso:


Modelo de simulación inicial
Modelo de simulación inicial

Análisis de resultados

En el gráfico "Output per hour" podemos observar que la producción que sale del sistema, y que por tanto es la que sale también de la soldadora, es de menos de 30 piezas por hora, mientras que tanto del presando 1 como del 2 salen más de 50 piezas por hora. De esta forma, nos damos cuenta que el puesto de soldadura es el cuello de botella del sistema de fabricación.

Además, podemos confirmar la existencia de este cuello de botella observando en el gráfico "State bar" que la tasa de ocupación del operario del puesto de soldadura es muy próximo a su límite máximo, 99,2%, mientras que la de los demás operarios se encuentra en torno a un 35-60%.

Del "State Gant" observamos que la prensa 2 tiene un alto porcentaje de bloqueo debido al freno que genera la soldadura.

Análisis de resultados inicial
Análisis de resultados inicial

Conclusiones

Analizando el proceso de producción,como ya hemos dicho anteriormente, se observa que el cuello de botella es la soldadura lo que produce a su vez un estancamiento en el contenedor 5. Para solucionar este problemas, proponemos como mejora añadir otro puesto de soldadura que ayude a agillizar el proceso y evite el bloqueo del sistema.

VSM (Value Stream Mapping) del modelo mejorado

Esta imagen muestra el VSM del sistema mejorado:

VSM mejorado
VSM mejorado

Modelo de simulación mejorado

Se muestra el funcionamiento del sistema mejorado en el siguiente video:

Modelo de simulación mejorado
Modelo de simulación mejorado

Análisis de resultados del modelo mejorado

Gracias a la incorporación de un nuevo puesto de soldadura, podemos observar en los gráficos que este deja de ser el cuello de botella: la producción de salida ha aumentado, la tasa de ocupación de los operarios de soldadura ha disminuido y la de los demás operarios ha aumentado y el porcentaje de bloqueo de las prensas ha disminuido.

Análisis de resultados del modelo mejorado
Análisis de resultados del modelo mejorado


Ejercicio 3: Fabricación de lotes múltiples

El objetivo de este ejercicio es simular en Flexim un proceso de fabricación de piezas procesadas por diferentes máquinas. No todas las piezas tienen que pasar por las mismas máquinas para su conformado. En la imagen se muestra un esquema de cómo se sitúan las máquinas en la fábrica.

Enunciadol
Enunciadol

Es importante destacar, como particular de este ejercicio, que los productos se trabajan en lotes de diferentes tamaños en función de la cantidad a producir de cada uno de ellos. En el enunciado se nos aporta una tabla con las cantidades de producción, una tabla con los tiempos de procesamiento y preparación de las máquinas y una tabla con el porcentaje de defectos detectado para cada producto en el control de piezas que se realiza al final del proceso.

VSM (Value Stream Mapping)

En la siguiente imagen se muestra el Visual Stream Mapping (VSM) del proceso usando la simbología standard:

VSM
VSM

Indicar que todos los contenedores tienen capacidad de 20 unidades ya que se trata del mayor lote que podemos encontrar. De esta manera no tendremos problemas de capacidad al programar nuestro modelo.

Modelo de simulación

En el siguiente gif se muestra el proceso de producción en nuestra planta resuelto en flexim:


Modelo de simulación
Modelo de simulación

Análisis de resultados

Tras la simulación del modelo, procedemos al análisis de resultados. En este caso, podemos analizar dos partes de nuestro modelo. En primer lugar, las gráficas que muestran los niveles de producción y ocupación de las máquinas y los operarios y en segundo lugar, los tiempos de fase y ciclo de cada producto que hemos conseguido mediante la programación adecuada del modelo en Flexim.


Gráficas:

La gráfica "Output per hour" hace referencia al número de productos procesados que salen del contenedor de entrada, de cada máquina y del proceso de control de salida. Se observa que los resultados son coherentes. Como no todos los productos pasan por todas las máquinas se observa que los productos terminados por cada máquina son diferentes. Los cuatro tipos de productos tienen que pasar por el control final y, por tanto, este se trata del volumen que se produce en la fábrica en una hora.

La siguiente figura muestra la ocupación de los operarios en los distintos puestos de trabajo. De su análisis se puede concluir que todos están siendo utilizados en porcentajes un poco bajos. En general podemos observar que el operador más cargado es el de la máquina 1, sin llegar a estar sobrecargado. El operario del puesto de control tiene un porcentaje un poco bajo, por lo que tienen un gran porcentaje de tiempo de inutilidad. El operario de la carretilla tiene el porcentaje de ocupación más bajo, ya que este dedica la mayor parte de su tiempo esperando los lotes de cada fase para llevarlos a la siguiente.

Por último, el gráfico "Average staytime" muestra el tiempo medio que los productos pasan en cada una de las máquinas. Este también es coherente. Podemos concluir que la máquina 1 es la más lenta y siendo la máquina 3 la más rápida.


Análisis de resultados
Análisis de resultados


Tabla de tiempos:

En la siguiente tabla se muestran los tiempos medios de fase, los tiempos medios de ciclo y los tiempos de ciclo totales para cada tipo de producto en MINUTOS.

El tiempo de ciclo es el tiempo que tarda el producto en entrar en la maquina y salir de la misma. El tiempo de ciclo total es la suma de los tiempos de ciclo de todos los productos. El tiempo de fase es el tiempo que transcurre entre la entrada del producto al contenedor anterior a la maquina y la salida del contenedor posterior de la misma.


Análisis de resultados
Análisis de resultados

Análisis de Costes

Antes de realizar el análisis de costes se harán las siguiente suposiciones:


1. No se tendrán en cuenta tiempos de reparaciones. La planta funcionará correctamente sin problemas en ninguna de las máquinas ni en la carretilla.

2. El precio anual de la carretilla estará dado por el proveedor y sera: 1451,52€*

  • Información en el siguiente enlace: [1]

3. El coste de potencia consumida es el estimado durante todo el año.

4. No habrá bajas laborales durante el año de producción.

5. La tiempo de amortización de la máquina y la carretilla son 10 años. Se supone una amortización lineal.

6. No tendremos en cuenta los costes de materia prima debido a la falta de información de especificaciones de las piezas. Tampoco tendremos en cuenta, por falta de información, costes indirectos como el agua, la luz, internet, etc.


Para realizar la estimación de los costes de producción calcularemos los costes anuales, tanto directos como indirectos, de las máquinas y de la carretilla. Posteriormente calcularemos los costes horarios totales. Por ultimo, calcularemos los costes unitarios totales de cada producto.


Para hallar el numero de horas anuales de trabajo nos basamos en el Convenio del Metal de la Comunidad de Madrid, estimamos que la planta está operativa 220 días al año. Teniendo en cuenta que la jornada laboral es de *8* horas diarias, la planta estará en funcionamiento alrededor de 1764 horas al año. Además hemos aproximado los precios de compra de las máquinas (suponiendo que todas ellas son de las mismas características) y hemos calculado su amortización anual.

Datos
Datos
Costes de compra
Costes de compra


El coste por operario se calcula con el salario mensual y teniendo en cuenta las 14 pagas anuales, como se muestra en la siguiente tabla:

Costes de los operarios
Costes de los operarios


Costes directos:están directamente relacionados a la obtención del producto.

Costes Directos
Costes Directos


Costes indirectos:aquel que afecta al proceso productivo en general de uno o más productos, por lo que no se puede asignar directamente a un solo producto sin usar algún criterio de asignación.

Costes Indirectos
Costes Indirectos


Costes horarios totales:es el coste por hora de cada uno de los elementos productivos.

Costes horarios totales
Costes horarios totales


Costes unitarios totales:es el coste unitario de cada producto.

Costes unitarios totales
Costes unitarios totales

Ejercicio 4: Servomotores

El último ejercicio a simular en FlexSim trata de célula de mecanizado de componentes de motores eléctricos, exactamente consiste en el mecanizado de las carcasas de los motores. Hay tres tipos de carcasas diferentes, la delantera, la final y la trasera, de las cuales hay 7 modelos distintos dependiendo del tamaño del motor. La geometría y las dimensiones de los 21 tipos de piezas viene reflejado en una tabla en el enunciado:

Geometría de las piezas
Geometría de las piezas
Dimensiones de las piezas
Dimensiones de las piezas


La célula de mecanizado está formada por 3 máquinas: dos tornos de control numérico y una taladradora de mesa también de control numérico. En cada una de las máquinas hay un operario encargado de cargar y descargar las piezas y de colocarlas en las máquinas para su procesado. El transporte de las piezas entre las distintas máquinas es realizado en lotes por una carretilla que se desplaza por un pasillo lateral tal y como se muestra en la figura:

Disposición de la célula de mecanizado
Disposición de la célula de mecanizado
Disposición en planta en Flexsim
Disposición en planta en Flexsim


El proceso de producción consta de 3 fases realizadas en las diferentes máquinas que utilizan las mismas herramientas y utillajes para todas las gamas.

- Fase 1: torneado de la cara 1 en el torno 1.

- Fase 2: torneado de la cara 2 en el torno 2.

- Fase 3: Mecanizado de los 4 agujeros de unión en la taladradora.


Las piezas siguen procesos de mecanizado diferentes, es decir, no todas pasan por todas las fases. Las tapas delanteras y finales, que siguen el mismo proceso, pasan por las 3 fases. En cambio, las tapas traseras solo necesitan ser mecanizadas por una de las cara por lo que solo pasan por las fases 1 y 3. Se debe tener en cuenta que esta tapa podría haber sido mecanizada por cualquiera de los dos tornos, pero debido a que para que fuera mecanizada en el segundo torno había que cambiar el utillaje y esto supondría una gran pérdida de tiempo, hemos decidido mecanizarla en el primer torno. Así, las piezas son mecanizadas de la siguiente manera:

- Tapa delantera: fases 1, 2 y 3.

- Tapa final: fases 1, 2 y 3.

- Tapa trasera: fases 1 y 3.


Del enunciado, sacamos 4 puntos a considerar a la hora de programar el modelo:

- El cambio de herramienta por desgaste cada 60 minutos de tiempo de corte, lo que supone una parada de 70 segundos.

- El crecimiento sostenido de la demanda. Se considera que la producción se ajusta a la demanda del mercado que tiene un comportamiento estable y con un crecimiento sostenido del 2%.

- La fabricación de las piezas se realiza en lotes de tamaño variable según la demanda con una programación semanal de manera que el suministro a la célula de montaje tiene el menor inventario posible. Los lotes deben reducir el movimiento por la fábrica y minimizar el trabajo en curso. Este punto está muy relacionado con el anterior, ya que para encontrar el tamaño de lote óptimo es necesario tener en cuenta la demanda del mercado.

- Establecer un recorrido distinto para las piezas traseras, debido a que no pasan por la fase 2.


Los tiempos de procesado y de carga y descarga de las piezas vienen dados en el enunciado:

Tiempos de procesado de las piezas
Tiempos de procesado de las piezas
Tiempos de carga y descarga de las piezas
Tiempos de carga y descarga de las piezas


VSM (Value Stream Mapping)

En la siguiente imagen se muestra el diagrama del proceso:

VSM del proceso
VSM del proceso


Se ha supuesto que la capacidad de los contenedores es de 200 unidades para que no haya problema en el dimensionamientos de los lotes.

Los tiempos de procesado no se han añadido debido a que dependen del tipo de pieza de la que se trate (hay 21 tipos diferentes).


Modelo de simulación

Hemos podido simular la célula de mecanizado gracias a FlexSim. Para ello es necesario programar el modelo teniendo en cuenta las especificaciones del enunciado y obtenemos su comportamiento. Se disponen las fases descritas anteriormente según la estructura propuesta en el enunciado y se personaliza según las pautas del ejercicio. A continuación se muestra cómo funciona la célula de mecanizado durante un periodo de tiempo pequeño:

Simulación del proceso
Simulación del proceso


Una vez descrito en líneas generales el proceso de la célula de mecanizado, describiremos cada uno de los elementos que intervienen en el proceso, sus características principales y su programación y de los elementos necesarios para la programación del modelo:


Tablas

Es necesario crear varias tablas (“global tables”) en las que almacenaremos información diferente necesaria para nuestro modelo. A la hora de denominar los diferentes tipos de piezas seguiremos la siguiente nomenclatura: una letra para indicar el modelo (D:delantera, F: final, T: trasera) y un número que indica el tamaño (1-7).


En primer lugar, creamos una tabla de tiempos denominada “producción” en la que se recogen todos los tiempos de preparación y procesado de cada máquina para cada uno de los 21 tipos de piezas. Además, incluimos una columna para indicar el tamaño del lote para cada tipo de pieza y otra para indicar el tipo de producto.

Tabla de tiempos de preparación y procesado
Tabla de tiempos de preparación y procesado


Creamos también una tabla denominada “CDM”, similar a la anterior, que recoge los tiempos de carga y descarga de los operarios para cada uno de los tipos de piezas. Añadiremos una columna que indique el tipo de producto y otra, el tiempo total de mecanizado de la pieza en cada máquina, que nos será de utilidad para programar el cambio de herramienta por desgaste.

Tabla de tiempos de carga y descarga
Tabla de tiempos de carga y descarga


Por último creamos una tabla llamada “Tiempos Medidos” en la que se almacenarán los tiempos de entrada y salida de cada fase y de cada máquina para cada uno de los productos fabricados, gracias a una programación que se mostrará más adelante.

Tabla de tiempos medidos
Tabla de tiempos medidos


El objetivo de las tablas es que, gracias a la programación adecuada, los elementos puedan extraer el valor del tiempo que necesiten, haciendo el modelo más fácil de manipular y más flexible ante posibles cambios que puedan producirse.


Entrada

Para comenzar el modelo de simulación es necesario programar la entrada de los productos a la célula de mecanizado. Es por ello necesario incluir dos fuentes de suministro: una de piezas y otra de pallets, para después poder crear los lotes que pasarán al mecanizado.


Suministro de piezas

De suministro de piezas se encarga el “source tapas”. Este nos debe proporcionar las piezas necesarias para cubrir la demanda. Programaremos normalmente la fuente de piezas, como si no hubiera demanda creciente, y en el apartado de puntos críticos comentaremos como hemos hecho frente a esta demanda creciente.

La fuente de piezas está configurada con “Arrival sequence”. Para ello se definen los 21 tipos de productos diferentes y se le asocian diferentes etiquetas: nombre, tipo de producto, lote, código (necesario para los caminos de las piezas), tamaño y tiempos de entrada y salida de fases y máquinas.

Fuente de piezas
Fuente de piezas


En el apartado de “Triggers” se programan los diferentes colores asociados a cada uno de los tipos de piezas.

Fuente de piezas
Fuente de piezas


Suministro de pallets

La fuente de pallets (“source pallets”) ha sido configurada de manera sencilla con “Arrival sequence” tal y como se muestra a continuación:

Fuente de pallets
Fuente de pallets


Creación de lotes

La creación de lotes se realiza mediante un “combiner”. Este juntará los productos proporcionados por la fuente de piezas con los pallets proporcionados por la fuente de pallets. Como no se trata de un "combiner" real, sino que hace la función de cola que crea lotes, los tiempos de procesado y set up asignados son 0. Configuraremos este elemento de manera que haga lotes de 10 unidades de producto para cada pallet y que sea la carretilla la que transporte los lotes a la primera fase.

Combiner entrada - ProcessTimes
Combiner entrada - ProcessTimes
Combiner entrada - Combiner
Combiner entrada - Combiner
Combiner entrada - Flow
Combiner entrada - Flow

Fases

Fase 1:

La primera fase lleva asociada la entrada al torno 1 y su correspondiente sumidero de pallets, el propio torno 1 y su operario y la salida del torno 1 con su correspondiente fuente de pallets.


Fase 2:

La segunda fase lleva asociada la entrada al torno 2 y su correspondiente sumidero de pallets, el propio torno 2 y su operario y la salida del torno 1 con su correspondiente fuente de pallets.


Fase 3:

La tercera fase lleva asociada la entrada a la taladradora y su correspondiente sumidero de pallets, la propia taladradora y su operario y la salida de la taladradora con su correspondiente fuente de pallets.


La configuración de las dos últimas fases es análoga a la primera, por ello solo se expone y explica la configuración de la primera fase, ya que esta misma configuración ha sido exactamente aplicada a las demás fases.


Entrada Torno 1

Para que las piezas puedan entrar al torno 1, es necesario deshacer los lotes mediante un “separator”. Esto es lo que equivale a un contenedor de entrada, se va vaciando de uno en uno según lo requiera el operario, encargado de cargar las piezas a la máquina. De nuevo, los tiempos de proceso y setup asociados a este "separator" son 0.

Separator Torno 1 - ProcessTimes
Separator Torno 1 - ProcessTimes
Separator Torno 1 - Separator
Separator Torno 1 - Separator
Separator Torno 1 - Flow
Separator Torno 1 - Flow


Sumidero de pallets

Los pallets de los lotes desagrupados, ya no son necesarios. Para desprendernos de ellos necesitamos un sumidero de pallets (“sink”).

Sumidero de pallets - Sink
Sumidero de pallets - Sink

Torno 1

Para simular el torno 1 utilizamos un “processor”. Es necesario configurar los tiempos de preparación (set up time) y procesado (process time) necesarios para mecanizar cada pieza. Estos se obtienen de la tabla “Produccion” en función del tipo de producto del que se trate y teniendo en cuenta que estamos en el torno 1. En este caso, se programa el torno 1 para que sea el operario el que realice el transporte de las piezas de los contenedores a la máquina y al revés.

Torno 1 - Tiempos Processor
Torno 1 - Tiempos Processor


Operario Torno 1

El operario es el encargado de coger la pieza de la entrada, colocarla en la máquina, procesarla y llevarla a la salida. Por ello es necesario indicar cuáles son los tiempos de carga y descarga (load and unload time) de cada tipo de pieza en el torno 1. ‘’’Se utiliza un código en función del tamaño de la carcasa y el tipo de pieza’’’

Operario Torno 1 - Operator
Operario Torno 1 - Operator

Salida Torno 1

Se trata del “Combiner Trono 1”. Las piezas se van aculando en la Salida del Torno 1 hasta que se llega al tamaño del lote, momento en el que se agrupan mediante un “combiner” y son llevadas por la carretilla a la siguiente fase.

Este combiner a la salida del Torno 1, ha sido configurado de manera análoga al combiner de entrada. Es decir, se han tomado los "process time" y los "set-up" como 0, se ha configurado el flujo de piezas de manera que sea la carretilla el que transporte las piezas de una fase a otra y se han establecidos tamaños de lotes de 10 unidades, que como veremos mas adelante, se trata del tamaño de lote óptimo.

La siguiente fase tras este contenedor, dependerá del tipo de pieza que estemos mecanizando. Las tapas delanteras y finales pasarán a la segunda fase, mientras que las traseras pasarán directamente al taladrado final. La programación de los caminos recorridos por las piezas se explicará más adelante en el apartado de puntos críticos.


Fuente de pallets

Para volver a realizar la agrupación de lotes, es necesario incluir una fuente de pallets que se configurará de la misma manera que la descrita anteriormente.

Tiempos

Creación de la Tabla de Tiempos Medidos

Esta tabla recoge los tiempos de entrada y salida de las máquinas y de los contenedores asociados a las mismas. En cada fase se recogen 4 tiempos: la entrada al contenedor, la entrada a la máquina, la salida de la máquina y la salida del contenedor.


Los tiempos de entrada y salida de los contenedores ECMX y SCMX, siendo X la máquina de que se trate (1,2 o 3), son comunes a todos los productos de un lote, y constituyen el tiempo de ciclo asociado a dicho lote.


Los tiempos de entrada y salida de la máquina EMX y SMX son los tiempos de fase de cada producto individual, el tiempo transcurrido entre su entrada y salida de la máquina, sin contar los tiempos de carga y descarga.


Creación de labels en el source de productos

Fuente piezas - labels
Fuente piezas - labels


En el source se han creado 12 labels para cada item. Estas labels van almacenando los tiempos de paso de los productos por cada uno de los puntos de interés del sistema: entradas y salidas de máquinas y contenedores.


Medida de los tiempos EM1 y SM1 (análogo para EM2, SM2, EM3 y SM3)

Mediante la función time() de Flexsim es posible almacenar el instante de entrada y de salida de cada producto individual en la máquina. Esto se ha programado mediante un trigger On Entry y On Exit, en los que se asigna a la label correspondiente el tiempo.

Torno1- Uso de time() en la entrada
Torno1- Uso de time() en la entrada
Torno1- Uso de time() en la salida
Torno1- Uso de time() en la salida

Medida de los tiempos ECM1 y SCM1 (análogo para ECM2, SCM2, ECM3 y SCM3)

La dificultad de tomar estos tiempos está en que no se puede asignar directamente un tiempo a un producto individual porque a la salida de un combiner los productos están agrupados por lote y se pierde la posibilidad de acceder al item de cada uno por separado.


Para solventar este problema en los separators que hacen las veces de contenedor de entrada se ha creado una label en el propio separator que almacena el tiempo de entrada y lo imputa a cada producto mediante un trigger On Exit, ya que a la salida del separator los productos ya están separados y podemos hacer referencia a los items de nuevo.

Separador - labels
Separador - labels
Separador - On Entry
Separador - On Entry
Separador - On Exit
Separador - On Exit


En el caso de los contenedores de salida, representados por Combiners, no podemos hacer uso de una etiqueta interna en el Combiner, porque a la salida el mismo los productos salen agrupados por lotes. En este caso, hemos creado una tabla de tiempos auxiliar llamada SCM, ya que almacena los tiempos de salida de los contenedores de las máquinas. En esta tabla se guarda el instante en que el lote salió del Combiner. Cuando el lote pasa por el siguiente Separator, a la salida, se lee el valor de dicha tabla y se imputa a cada uno de los productos de ese lote por separado. Es decir, cada item tiene guardado el instante en que su lote salió del Combiner.

Combiner - On Exit
Combiner - On Exit
Tabla de tiempos auxiliares
Tabla de tiempos auxiliares
Separador - On Exit
Separador - On Exit

Imputación de la tabla de Tiempos Medidos

Tras pasar por todo el sistema, cada producto (item) tiene todas sus etiquetas rellenas con los valores de tiempos correspondientes. Antes de salir del sistema, en la cola de salida que se corresponde con el almacén de salida, se crea una fila en la tabla de tiempos Medidos por cada producto que sale. Esta tabla tiene por columnas ECM1, EM1 etc. A partir de estos tiempos se pueden calcular el tiempo de ciclo asociado a cada lote como la resta de SCMX y ECMX.


Esta tabla contiene ceros para los productos que no tienen que pasar por la máquina 2 en los tiempos asociados a dicha máquina.

Código programado Tiempos Medidos parte 1
Código programado Tiempos Medidos parte 1
Código programado Tiempos Medidos parte 2
Código programado Tiempos Medidos parte 2
Tabla de tiempos medidos
Tabla de tiempos medidos

Puntos críticos

Del enunciado concluimos que hay 4 puntos críticos, ya mencionados anteriormente, a los que debemos prestar atención para programarlos:

1. El cambio de herramienta por desgaste cada 60 minutos de tiempo de corte, suponiendo una parada de 70 segundos cada cambio. Esto debe implementarse de manera que evitemos que se paralice el procesado de una pieza a la mitad.

2. El crecimiento sostenido de la demanda. Se considera que la producción se ajusta a la demanda del mercado que tiene un comportamiento estable y con un crecimiento sostenido del 2%.

3. La fabricación de las piezas se realiza en lotes de tamaño variable según la demanda con una programación semanal de manera que el suministro a la célula de montaje tiene el menor inventario posible. Los lotes deben reducir el movimiento por la fábrica y minimizar el trabajo en curso. Como ya hemos dicho, este punto debe ajustarse según la demanda creciente.

4. Establecer un recorrido distinto para las piezas traseras, debido a que no pasan por la fase 2.


A continuación, se explicará concretamente cómo se ha procedido para implementar cada uno de los puntos críticos.


Cambio de herramienta por desgaste

Como ya hemos dicho, es necesario realizar una parada de mantenimiento de 70 segundos cada 60 min de tiempo de funcionamiento de la máquina. Esto debe realizarse en cada una de las maquinas.


Para ello debemos crear un código que sea capaz de implementar este cambio. Este flujo sigue el siguiente comportamiento:

1. En el momento en el que la pieza sale del separator para entrar en la máquina, el separator envía un mensaje al Torno con el tiempo de mecanizado total de la pieza que será mecanizada posteriormente.

Separator – On Exit
Separator – On Exit


2. La máquina recibe el mensaje y lo almacena en una etiqueta interna llamada “TiempoSigPieza”. El uso del "if" se explicará en el punto 4.

Torno 1 – Labels
Torno 1 – Labels
Torno 1 – On Message del Separator
Torno 1 – On Message del Separator

3. Cuando la pieza que está siendo procesada en el Torno sale del mismo (OnExit del Processor) se realiza la comprobación de si la suma del tiempo que lleva acumulado de corte y el tiempo que requerirá la siguiente pieza están por encima de los 60 minutos (3600 segundos) de máximo. En caso afirmativo,se cerrará el puerto de entrada del Torno y se enviará un mensaje a sí mismo utilizando la función de senddelayedmessage de Flexsim. El mensaje se envía con un retraso de 70 segundos, de modo que el Torno recibirá este mensaje pasados los 70 segundos de cambio de herramienta. Además debe inicializarse el label de "TiempoCorte" a 0.

Torno 1 – On Exit
Torno 1 – On Exit

4. Se debe programar un segundo trigger OnMessage en el Torno. Para diferenciar lo que debe hacer cuando el mensaje procede del separator anterior (explicado en el punto 2) de cuando se trata del mensaje retardado enviado a sí mismo (punto actual), se ha empleado un "if" que diferencia ambos casos en función del emisor del mensaje. Cuando el Torno recibe el mensaje retardado 70 segundos, abre de nuevo su puerto de entrada a las piezas procedentes del separator.

Torno 1 – On Message de sí mismo
Torno 1 – On Message de sí mismo


5. Una vez abierto de nuevo el acceso de piezas al Torno, en la entrada (onEntry), la máquina recoge la información relativa al tiempo de mecanizado de la pieza va a mecanizar accediendo a la tabla de tiempos en función del tipo de pieza. El tiempo de mecanizado recogido lo suma al tiempo almacenado y acumulado en una etiqueta interna llamada “TiempoCorte”, que se refiere al tiempo de mecanizado total que lleva hasta el momento la herrmienta.

Torno 1 - On Entry
Torno 1 - On Entry


6. Por último, debe programarse un trigger OnReset en el Torno que inicialice las labels del tiempo de corte acumulado y tiempo de la siguiente pieza a cero.

Torno 1 - On Reset
Torno 1 - On Reset

Crecimiento de la demanda

Como ya hemos dicho anteriormente, la producción se ajusta a la demanda del mercado que tiene un comportamiento estable y con un crecimiento sostenido del 2%.

Para implementar en Flexsim esta demanda creciente y sabiendo que la programación de producción es semanal, podemos hacer que entren en la fábrica un 2% más de piezas cada semana. Esto quiere decir, que las piezas vayan entrando a la célula de mecanizado cada menos tiempo.

Unas de las formas interesantes para abordar este problema, es configurar el suministro de piezas con “inter-arrival time”, de esta manera es fácil programar que las piezas vayan llegando un 2% antes cada semana. Esta opción no permite crear “itemtype” por lo que dificultaría la programación del modelo, razón por la que hemos decidido no utilizarla.

Para hacer frente a este punto hemos diseñado una solución alternativa que permite disminuir el tiempo de entrada de las piezas cada semana.

Para ello se ha creado una cola ficticia entre el source de productos y el combiner que une lotes de producto con pallets (señalada en rojo en la imagen). A esta cola llegan todos los productos según una llegada de tipo Sequence, sin embargo, la salida de la cola se regula de manera que se asemeje a un source en modo Interarrival Time. De esta manera logramos variar la frecuencia de llegada de los productos y mantener la posibilidad de asociar un item type a cada producto, lo que es esencial para la programación de este modelo.

Cola Inter-Arrival - Layout en planta
Cola Inter-Arrival - Layout en planta

En primer lugar se han creado dos labels dentro de esta Cola: una variable que indica la semana en la que nos encontramos, y una variable contador.

Cola Inter-Arrival - Labels
Cola Inter-Arrival - Labels


Lograr que la salida de la cola funcione como un Interarrival Time se ha programado de la siguiente manera:

1. Se ha considerado que inicialmente los productos llegan al sistema con una frecuencia de 150 segundos. Si la demanda aumenta un 2% cada semana, se ha considerado que equivale a que los productos deban entrar en el sistema cada menos tiempo, es decir, con mayor frecuencia. Por ejemplo, durante la segunda semana, los productos llegarán cada 147 segundos en lugar de cada 150. En términos de programación, la variable Contador, cada vez que pasa una semana pasa a valer el 98% de su valor de la semana anterior.

2. Se ha programado un trigger On Exit en el que cada vez que un producto quiere salir de la cola se cierra la salida durante 150 segundos, o la frecuencia correspondiente a la semana en la que nos encontremos. Esto se consigue enviando un delayed message de la cola a sí misma con un retraso de 150 segundos.

Cola Inter-Arrival - On Exit
Cola Inter-Arrival - On Exit

3. Se ha programado un trigger On Message para que al recibir el mensaje la cola abra su puerto de salida para que pueda salir una unidad de producto.

Cola Inter-Arrival - On Message
Cola Inter-Arrival - On Message

4. En la entrada se ha programado un trigger On Entry para actualizar el número de semana en el que nos encontramos cada vez que pasa una semana.

Cola Inter-Arrival - On Entry
Cola Inter-Arrival - On Entry

5. También es necesario programar un trigger On Reset para inicializar los contadores a los valores deseados cada vez que se resetea el programa.

Cola Inter-Arrival - On Reset
Cola Inter-Arrival - On Reset

Nota: se ha considerado que en una semana hay 40 horas laborables, es decir, 144.000 segundos.

Lote óptimo

La programación de la producción se considera semanal y en lotes repetidos de tamaño variable según la demanda. Por ello, necesitamos saber cuál es el tamaño de lote que optimice el rendimiento del modelo. Como ya hemos dicho anteriormente, este tamaño de lote debe reducir el movimiento por la fábrica y minimizar el trabajo en curso así como minimizar el inventario en la célula de montaje.

Para estimar el tamaño de lote óptimo, se han realizado una serie de simulaciones probando diferentes posibilidades de tamaño del lote y se han comparado los resultados de cada una. Analizando el “Output per hour” una vez se han procesado los 21 tipos diferentes de piezas, hemos concluido que el tamaño de lote óptimo es el de 10 unidades, tras realizar diversas simulaciones de experimentación. Para valores más grandes de tamaño de lote, el "output per hour" disminuye. Debido a las condiciones impuestas por el enunciado es adecuado escoger el tamaño de lote óptimo, el valor más grande que te da el máximo "output per hour".

Tamaño de lote óptimo
Tamaño de lote óptimo


Para dicha estimación, se ha aplicado el crecimiento del 2% de la demanda en el apartado anterior.

Recorrido piezas

Ya hemos mencionado con anterioridad, que las piezas traseras no pasan por la fase 2. Al salir de la fase 1 debemos programas el modelo de manera que pasen directamente a la fase 3.

El “combiner Torno 1” a la salida de la fase 1, es el encargado de tomar la decisión del camino que siguen las piezas: si continúan en la fase 2 o si pasan directamente a la fase 3, en función del tipo de pieza del que se trate.

Para ello se asigna a cada tipo de pieza un código que indica el camino a seguir, siento este 111 para las tapas delanteras y finales ya que pasan por las tres fases, y 101 para las tapas traseras que omiten la fase 2. Este código se asocia a cada pieza con una etiqueta en la fuente de piezas.

Por último, se configura en el “combiner Torno 1” el código que se muestra en la siguiente imagen que permite tomar la decisión del recorrido que toman las piezas. El puerto de salida 1 lleva a la fase 2, mientras que el puerto 2 lleva a fase 3.

Combiner Torno 1 - Flow
Combiner Torno 1 - Flow

Nota:se ha tenido que tener en cuenta las rutas para la obtención de los tiempos que no pasan por la fase 2, ya que su etiqueta SCM1 no se asigna en la fase 2 sino en la fase 3, debiendo hacer esta distinción en el "SeparatorTaladradora". Si el producto procede de la fase 1 de asigna la etiqueta SCM1, mientras que si procede de la fase 2, la etiqueta SCM1 ya está rellena y debe asignarse la SCM2.

Separator Taladradora - On Exit
Separator Taladradora - On Exit

Análisis de resultados

Como la producción es creciente y semanal, hemos decido analizar los resultados durante la primera semana de producción (ya que ya se habrán producido un lote de cada uno de los 21 tipos diferentes de piezas) y durante la semana en la que se alcanza la producción máxima de la célula (momento en el que habrá que plantearse el redimensionamiento de la célula de mecanizado). En las semanas intermedias, tendremos resultados intermedios a los estudiados. Para analizar la célula de mecanizado, hemos tenido en cuenta los datos proporcionados por las siguientes gráficas:


SEMANA 1



Output per hour

Hemos tenido en cuenta, sobretodo, el número de piezas por hora que salen de la célula, es decir aquellas que han sido completamente mecanizadas en una hora. Además, también hemos considerado las piezas que salen de cada una de las máquinas, ya que nos pueden mostrar los cuellos de botella.


Output per hour de la semana 1
Output per hour de la semana 1

Observando el gráfico vemos como del primer torno salen 24 piezas por hora mientras que en el torno 2 salen 15.8, esto es debido a que parte de las piezas no precisan par por dicho torno y de la taladradora salen 23.8, conn ello estamos produciendo cerca de 24 piezas totales por hora en la planta. En este caso tendriamos el cuello de botella en el torno uno ya que de este depende el trabajo del resto de maquinaria. Tendremos en cuenta el numero de piezas producidas por hora (24) para estudiar posteriormente la eficiencia y el rendimiento de la planta.

State bar operarios

El state bar de los operarios muestra su distribución porcentual de trabajo.

State bar operarios de la semana 1
State bar operarios de la semana 1

Se observa que el operario 1 responsable del torno 1 tiene la mayor carga de trabajo (72%) seguido del taladro con 45,7% mientras que el operario 2 del torno 2 tiene un 27.1% y la carretilla apenas llega al 3,9%. Se entiende que los operarios mas ociosos son el operario 2 y el de la carretilla. Seria recomendable aumentar la carga de trabajo al operario 2 y 3 para aumentar la eficiencia de la planta. Como estos dependen de la producción del torno 1 deberiamos aumentar la producción del primer torno. Tambien muestra el tiempo de transporte de los operarios con el producto como sin el. En el grafico podemos ver que tanto el "travel empty" como "travel load" no son demsiado grandes en ninguno de los operarios con lo cual las lineas de recorrido son eficientes.

State pie máquinas

El state pie muestra los porcentajes de uso de la maquinaria, es decir, que porcentaje del tiempo esta destinado o bien a producir, a preparar la maquina a mantenimiento o tiempo en desuso.

State pie máquinas de la semana 1
State pie máquinas de la semana 1

El tiempo ocioso de las maquinas es alarmante, en el caso de el torno 2 entre 80-90 % y el taladro 75-85 % de su tiempo se encuentra ocioso. Teniendo en cuenta que el recorrido de los piezas en la producción es lineal pasando siempre por el taladro y este tiene la elevada tasa de tiempo ocioso, se entiende que tenemos un bloqueo en alguna parte de la producción. Es decir como mencionado anteriormente en los graficós tenemos un cuello de botella en el torno 1.


Average Staytime

El average staytime muestra el tiempo de espera en los contenedores de las maquinas (en nuestro caso separator y combiner ya que se transporta en lotes), como se muestr en el grafico:

Average Staytime de la semana 1
Average Staytime de la semana 1

El separator torno 1 obtiene el primer pesto de tiempo de espera, es decir, es el contenedor en el que más se acumulan las piezas. Algo que deberiamos tener en cuenta a la hora de determinar las capacidades de los contenedores.

State gantt

El state gant es un grafico con el orden li¡ogistico de la producción muestra las fases de procesos y el tiempo dedicado a acada uno de ellos.


State Gantt de la semana 1
State Gantt de la semana 1


MES 5


Podemos obtener el la producción máxima cuando el interarrival time entre la llegada de los lotes sea el minimo posible es decir 100s. En ese momento se deja de satisfacer la creciente demanda del 2%. En nuestro caso se produce ese momento en el 5 mes, por ello vamos a analizar la primera semana tras los 5 meses de producción.


Output per hour

Primero sacamos el output per hour para observar el maximo numero de piezas que puede fabricar nuestra empresa.

Output per hour del mes 5
Output per hour del mes 5

Obtenemos 29,3 piezas del taladro y como es la ultima parte de la linea de producción son 29,3 piezas que se producen en la fabrica por hora. Esta es la cuspide de la producción de la planta. En comparación con la primer semana que se producian cerca de 24 la producción en 5 meses ha aumentado un 23,1%, desde otro punto de vista, si ahora tras 5 meses trabajamos al 100% en la primera semana trabajabamos a 81,22% de la capacidad total de la planta.

State bar operarios

Para compara la eficiencia de los operarios con este sisstema de producción y tras llegar a la cuspide de producción estudiaremos el state bar:

State bar operarios del mes 5
State bar operarios del mes 5

El primer lugar con mayor carga de trabajo, como era de suponer tras no ralizar cambios en la planta y solo aumentar la producción, es del primer operario. Este alcanza hasta un 90% de tasa de ocupación. Los otros empledos aumentan un poco respecto a la primera semana pero siguen teniendo un alarmante tiempo ocioso en la producción, el operario 2 con 65,9% y el operario 3 del taladro con 43,3%


State pie máquinas

Al igual que los empleados las maquinas aumentan en porcentaje de uso pero siguen trabajando el torno 2 y el taladro muy por debaj de sus posibilidades:

State pie del mes 5
State pie del mes 5


Como ya hemos comentado, los resultados de los meses intermedios serán intermedios a los estudiados. Ponemos un ejemplo de los resultados obtenidos a los dos meses de producción:


Output per hour

Output per hour del mes 2
Output per hour del mes 2


State bar operarios

State bar operarios del mes 2
State bar operarios del mes 2


State pie máquinas

State pie del mes 2
State pie del mes 2

Análisis de costes

Antes de realizar el análisis de costes se harán las siguiente suposiciones:

1. El coste de potencia consumida es el estimado durante todo el año

2. No habrá bajas laborales durante el tiempo de producción

3. Tampoco tendremos en cuenta, por falta de información, costes indirectos como el agua, internet, etc

4. La materia prima seran piezas preconformadas de un precio estimado de 1€ por pieza


Para realizar la estimación de los costes de producción calcularemos los costes anuales, teniendo en cuenta los costes de los operarios, y costes horarios de la maquina. Posteriormente calcularemos los costes horarios totales. Por ultimo, calcularemos los costes unitarios totales de cada producto.


Para hallar el numero de horas anuales de trabajo nos basamos en el Convenio del Metal de la Comunidad de Madrid, estimamos que la planta está operativa 220 días al año. Teniendo en cuenta que la jornada laboral es de *8* horas diarias, la planta estará en funcionamiento alrededor de 1764 horas al año. Además hemos aproximado los precios de compra de las máquinas (suponiendo que todas ellas son de las mismas características) y hemos calculado su amortización anual.


Costes de operarios: El coste por operario se calcula con el salario mensual y teniendo en cuenta las 14 pagas anuales. Nuestra plantilla consta de 4 operarios uno en cada maquina mas otro encargado de la carretilla electrica. El coste total se muestra en la siguiente tabla:

Coste de operarios
Coste de operarios


Costes horarios: Calcularemos los tiempos que pasan cada producto por las diferentes maquinas para obtener el coste de producción de los mismos. Con ello para la primera semana tenemos los siguientes costes de maquina horarios:

Costes de maquinaria
Costes de maquinaria


Para calcular los costes horarios totales hemos seguido la siguiente formula:

Formula coste horario
Formula coste horario


ESTUDIO DE LA PRIMERA SEMANA DE PRODUCCIÓN


Como nuestro caso tiene un 2% de aumento en la demanda, estudiaremos el coste de una semana para poder ver como varia este. Comenzaremos con la primera semana y posteriormente se analizaran los costes semanales cuando se alcanza la maxima producción (mes 5) Calcularemos los costes por cada tipo de pieza y posteriormente haciendo la media de dichas piezas, ya que cada pieza tiene un tiempo distinto de producción en cada maquina. Para utilizar la formula del coste horario es necesario saber la tasa de ocupación de cada maquina. Para la primera semana es la siguiente:

Tasa ocupacio 1ª semana
Tasa ocupacio 1ª semana


El coste horario de cada maquina que viene dado por el enunciado y se muestra en la siguiente tabla:

Coste horario 1ª semana
Coste horario 1ª semana


Con los tiempos de ciclo obtenidos en Flexim podemos calcular los precios de cada pieza y la media en la siguiente tabla:

Precio unitario 1ª semana
Precio unitario 1ª semana



ESTUDIO DEL 5 MES DE PRODUCCIÓN


Se toman los mismos datos de que la primera semana solo cambiando la tasa de ocupación de cada maquina ya que esta tasa habrá aumentado tras los 5 meses. Tras los primeros 5 meses la tasa de ocupación sera la siguiente:

Tasa ocupacio 5º mes
Tasa ocupacio 5º mes

Con ello ya podemos proceder a calcular los costes horarios con la formula:

Coste horario 5º mes
Coste horario 5º mes


Se observara una reducción del precio por pieza ya que la produción sera mas eficiente


Coste unitario 5º mes
Coste unitario 5º mes

Mejoras

Tras el análisis de resultados del modelo, hemos observado que el torno 1 es cuello de botella de la célula de mecanizado, y esto supone el principal problema del sistema. Nuestro objetivo en este caso, es evitar este cuello de botella mediante la implementación de diferentes alternativas.


Doble Torno 1 en paralelo + Operario Extra

En esta solución de mejora, se propone ampliar la fase 1 de la célula de mecanizado mediante la colocación de una máquina adicional similar al Torno 1 y en paralelo al mismo. Esta nueva máquina va acompañada de un operario, de manera que mejoramos el problema del cuello de botella del Torno1 y el porcentaje de ocupación del operario del torno 1. Esta fase, tiene los mayores tiempos de mecanizado, por lo que al no sacar las piezas con la suficiente vleocidad, mantiene desocupados el resto de máquinas y operarios.

La configuración, tanto del nuevo Torno 1 en paralelo como del nuevo operario, es exactamente igual que la orginal: mismo process time, setup time, load time, unload time... Las piezas que entran en la primera fase de mecanizado, van al torno original hasta que este quede saturado y empiezan a mecanizarse también en el nuevo torno paralelo, aligerando así la carga de trabajo del torno original.

A continuación se muestra el funcionamiento del modelo mejorado:

Simulación del proceso mejorado
Simulación del proceso mejorado


Análisis de resultados

Output per hour:

Debido a la mejora del problema del cuello de botella, podemos observar que la producción de la célula de mecanizado aumenta considerablemente a lo largo del tiempo. Con ello esta mejora sería un projecto a largo plazo. En 2 años alcanzariamos cerca de las 55 piezas por hora mientras que en nuestro caso incicial nuestra cúspide se encontraba en 29,3 piezas por hora, con ello aumentar la producción en un 86,7% en tan solo dos años. Esta distribucción nos permite satisfacer la creciente demanda durante los proximos años.

Output per hour del modelo mejorado durante la primera semana
Output per hour del modelo mejorado durante la primera semana
Output per hour del modelo mejorado durante el mes 5
Output per hour del modelo mejorado durante el mes 5
Output per hour del modelo mejorado durante el segundo año
Output per hour del modelo mejorado durante el segundo año


State bar operarios:

El nivel de ocupación del operario del Torno 1 disminuirá estando mas distribuida entre los demás operarios

State bar del modelo mejorado durante la primera semana
State bar del modelo mejorado durante la primera semana
State bar del modelo mejorado durante el mes 5
State bar del modelo mejorado durante el mes 5
State bar del modelo mejorado durante el segundo año
State bar del modelo mejorado durante el segundo año


State bar 1:

Debido al incremento de velocidad de la fase 1, las fases 2 y3 aumentarán su nivel de ocupación, es decir, el Torno 2 y la taladradora con sus respectivos operarios.

State bar 1del modelo mejorado durante la primera semana
State bar 1del modelo mejorado durante la primera semana
State bar 1del modelo mejorado durante el mes 5
State bar 1del modelo mejorado durante el mes 5
State bar 1del modelo mejorado durante el segundo año
State bar 1del modelo mejorado durante el segundo año

Modelos de flexim (original y mejorado)

Imagen:Ejercicio 4 - Modelo Flexsim.zip

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