G25 1202 2018

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EJERCICIO 1: CONFORMADO DE TUBOS


Con este ejercicio se pretende simular con ayuda del programa FlexSim, el proceso de conformado de tubos con la forma indicada en la figura. El proceso por el que pasan las barras se puede observar en la siguiente figura.

Como paso previo a la realización el modelo en FlexSim se ha realizado el mapa de procesos VSM que facilita la implementación del proceso. En él figuran las fases del proceso, tiempos de fabricación y los operarios necesarios.

Tras la realización el modelo se ha realizado un breve análisis mediante tres gráficos.

Producto a Fabricar
Producto a Fabricar
Fases de fabricación
Fases de fabricación

VSM

Las siglas VSM hacen referencia a Value Stream Mapping. El VSM del proceso se encuentra a continuación.

VSM
VSM

MODELO DE SIMULACIÓN EN FLEXSIM

Haciendo click en la imagen se reproduce el vídeo de la simulación del modelo del proceso realizado en FlexSim. A la derecha se ven los gráficos que permiten analizar lo que está ocurriendo en ese momento de la simulación.

Video
Video

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se han usado tres gráficos proporcionados por el programa para el análisis de los resultados: Output por hora (unidades de tubo que atraviesan el proceso cada hora) Average Staytime (media del tiempo medido en segundos que las unidades de producto permanecen en cada estación) State Bar (Porcentaje de tiempo que los operarios están ocupados, los dos de las máquinas, Juan y Carmen y el encargado de la carretilla, Laura)

Gráfica 1
Gráfica 1
Gráfica 2
Gráfica 2
Gráfica 3
Gráfica 3

EJERCICIO 2: FABRICACIÓN DE BASTIDORES



La fabricación de bastidores tubulares, como el de la figura, sigue un proceso que se ha simulado mediante el programa FlexSim y del que se han obtenido resultados.

Producto a Fabricar
Producto a Fabricar


VSM

En primer lugar, se ha realizado el mapa VSM del proceso.

VSM
VSM


MODELO EN FLEXSIM Y COMENTARIO DE LOS RESULTADOS

Con los datos proporcionados en el enunciado se ha realizado el siguiente modelo en FlexSim:

Modelo FlexSim
Modelo FlexSim

Mediante la herramienta dashboard del mismo programa, suponiendo que se ha alcanzado el régimen permanente tras tres horas desde su arranque aproximadamente, se han obtenido los siguientes gráficos:

Gráfico
Gráfico

En el gráfico titulado State Bar se observa la tasa de ocupación de los diferentes operarios. Se aprecia que el operario de la soldadura presenta la tasa mayor, un 92.6%, y es por lo tanto el cuello de botella del proceso. Lo mismo se aprecia en el State Gantt, en el cual la Soldadura tiene la mayor proporción de color verde (en proceso).


MODIFICACIÓN DE MEJORA DEL MODELO Y COMENTARIO DE LOS RESULTADOS

Tras el análisis realizado previamente, se ha propuesto añadir otra máquina de soldadura y se ha realizado de nuevo el modelo en FlexSim.

Modelo FlexSim Modificado
Modelo FlexSim Modificado


Gráfico del modelo modificado
Gráfico del modelo modificado


Como se puede observar, con la introducción de la nueva máquina de soldadura y su correspondiente operario, la operación de la soldadura ya no es cuello de botella (tasas de ocupación de los operarios inferiores cercanas al 70%). Para que sea evidente que trabajan ambas soldadoras se ha modificado el tamaño de los paquetes de salida, y en el modelo puede apreciarse que aparecen cajas rosas cúbicas y planas, procedentes de las dos soldadoras diferentes. La mejora es claramente positiva ya que el Output per hour de la salida, que hace referencia a la producción horaria de bastidores, aumenta al añadir la segunda máquina de soldadura, pasa de 25 a 45 uds/hora aproximadamente.

EJERCICIO 3: CASO PRÁCTICO SOBRE FABRICACIÓN DE LOTES MÚLTIPLES DE PRODUCTOS DIFERENTES


VSM

Para comenzar se ha realizado el VSM del proceso:

VSM
VSM

MODELO EN FLEXSIM

Con los datos proporcionados en el enunciado se ha realizado el modelo en FlexSim.

En primer lugar se importan los datos del enunciado del problema de una tabla creada en Excel que contiene los mismos. Tenemos por tanto en flexsim la siguiente tabla global, que hemos llamado “producción” con las diferentes variables a utilizar a lo largo del desarrollo del modelo:


Tabla produccion en FlexSim
Tabla produccion en FlexSim

El funcionamiento del sistema es el siguiente: El flujo de lotes comienza en el suministro. Teniendo en cuenta la restricción del enunciado en la que nos dice que el transporte de una maquina a otra tiene que ser medio de una carretilla tenemos que emplear pallets para transportar de forma correcta el lote en conjunto. Primero se configura por tanto la entrada de los lotes, junto con la entrada de pallets a un "combiner" en el que se empaca el lote sobre el pallet.


Suministro (Source)
Suministro (Source)
Suministro (Source)II
Suministro (Source)II

Como se observa en la imagen se han añadido etiquetas adicionales: la etiqueta Codigo (que nos indica por la maquina que va a pasar cada producto), la etiqueta tipo y los defectos (para separar al final del modelo las piezas defectuosas de las no defectuosas). (En el combiner no contabilizaremos el tiempo de proceso, ya que se trata de un contenedor con la única función de unificar el lote)

La entrada a este combiner se programa mediante el siguiente código añadido en la opción Trigger OnEntry del propio combiner (lee el tipo de producto que llega al contenedor con su capacidad asociada y la etiqueta código para enviar el producto a la máquina correspondiente)

Entrada Combiner
Entrada Combiner

Para enviar el producto a la máquina correspondiente también es necesario añadir código en la función Trigger On Exit del mismo combiner (Si el código numérico es >=100 el producto que tiene es código pasará por la máquina 1. Si el código es <100, el producto pasará a la máquina 2.)

Salida Combiner
Salida Combiner

A continuación, configuramos las máquinas: para configurar el tiempo de preparación, que varía según el tipo de producto que entre en la máquina, se selecciona la opción Batch Procesing en deesplegable de Setup Time y se programa según los datos que aparecen en la tabla producción. El tiempo de proceso se introduce de forma análoga.

Configuración máquina 1
Configuración máquina 1

Una vez configuradas las máquinas se procede a la configuración de los contenedores de salida de las máquinas, que son combiners. Tenemos que programar dichos contenedores de tal forma que envíen sus productos a la máquina correspondiente. Para ello añadimos código en la función trigger OnEntry de los combiners, cuya función es volver a juntar el lote según su código y tipo. Para ello se emplea el código de manera similar al implementado en el combiner de entrada tal y como se muestra en la siguiente imagen:

Separators de Salida
Separators de Salida

Para finalizar hemos configurado la fase de inspección, con un contenedor de salida y un separator, que se encarga de retirar el pallet y dividir el lote en productos individuales. A continuación, estos productos pasarán por una máquina que se encarga de la inspección. Configuramos esta máquina con los porcentajes de defectuosos según lo indicado en la etiqueta "errores", para que no separe en dos contenedores las piezas defectuosas de las no defectuosas.

Inspección
Inspección

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Una vez realizada toda la simulación se extraen las conclusiones sobre el estado de las máquinas. En primer lugar, analizamos el State Bar asociado a las máquinas para un lote completo de cada tipo de producto (Simulando hasta que se completan los lotes).

De este gráfico se puede destacar el bloqueo producido en la máquina 1 por la espera de la segunda parte del lote del producto B en el contenedor de salida de la maquina 1, que hace aumentar el tiempo de espera de la primera parte del lote hasta que termina de procesarse en la máquina 2, quedando en ese momento libre el contenedor de entrada a dicha máquina. Si queremos tener una visión global de la fábrica en funcionamiento, repetimos el mismo gráfico pero para un tiempo infinito, que nos corrobora lo expuesto anteriormente.

Con respecto a los operarios,en esta gráfica se muestra el tiempo de ocupación de cada uno de ellos. Se observa como el tiempo de ocupación del operario de la máquina 1 es mayor que el de las otras máquinas y que el inspector. Esto es debido a que es precisamente la maquina 1 la que presenta un mayor tiempo de procesamiento. En el gráfico de tiempo infinito se vuelve a corroborar lo expuesto.

State Bar con tiempo por lote
State Bar con tiempo por lote
State Bar con tiempo infinito
State Bar con tiempo infinito

Por último, se adjunta el diagrama de Gantt del proceso:

Diagrama de Gantt
Diagrama de Gantt

ANÁLISIS DE COSTES

Costes Directos

Únicamente se van a considerar los costes de personal, de amortización y de materia prima. Los costes de mantenimiento y de reparación se van a suponer nulos.

1. Costes de Personal

En la elaboración de los costes se ha tenido en cuenta a tres operarios (uno por máquina), un carretillero para el manejo de la carretilla y un inspector. Los costes asociados al personal son equivalentes a su sueldo.

Coste Personal
Coste Personal

Lo que supone un gasto total de 112.000€. Teniendo en cuenta que trabajan 8 horas diarias durante 630 días al año nos queda un coste hora de 97.5€.

2. Amortización de la maquinaria

Se ha supuesto que la compra de cada carretilla supone un gasto de 80.000€. Teniendo en cuenta una amortización a 10 años supone un coste por carretilla de 8.000€. Por lo tanto comprando 3 máquinas tenemos los siguientes costes.

Amortización maquinaria
Amortización maquinaria

Lo que supone un gasto total de 24.000€. Teniendo en funcionamiento 8 horas diarias durante 630 días al año nos queda un coste por hora de 13.04€.

3. Materias Primas El coste de la materia prima se va a suponer 1,5€ / Pieza.

Costes Indirectos

Dentro de los costes indirectos se incluyen el alquiler de la planta, el coste de la electricidad y los impuestos. Se va a hacer una aproximación del 20% de los costes directos.

Costes Totales

Para el cálculo de los costes totales vamos a calcular los costes horarios directos e indirectos. Por otro lado el tiempo de ciclo medio en horas para cada producto.

Coste Unitario = Tiempo de Ciclo Medio (horas) * (Directos + Indirectos)

En cuanto a los costes horarios, se supone que el tiempo de ciclo de cada pieza se reparte entre los 5 empleados. Por otro lado se supone que cada pieza está la mitad del tiempo de ciclo en alguna máquina, el resto de tiempo estará en contenedores o en la carretilla. Y ese nuevo tiempo se reparte entre las 3 máquinas. De este modo tenemos los siguientes costes horarios.


Costes Totales
Costes Totales

ENTREGA FINAL:CÉLULA DE MECANIZADO DE EJES

INTRODUCCIÓN Y PLANTEAMIENTO

El objetivo de este trabajo final de la asignatura es el empleo de la herramienta Flexsim para la simulación de una célula de mecanizado de ejes. Para llevar a cabo las operaciones en esta célula se realizan cuatro procesos :torneado, fresado, taladrado y rectificado. Las máquinas de las que disponemos para dichas operaciones son las siguientes:

-2 centros de torneado.

-1 centro de mecanizado.

-1 taladradora.

-1 rectificadora.


En la siguiente tabla se muestran los tiempos de mecanizado de los ejes en cada una de las máquinas por las que pasan:

La fabricación de los diferentes tipos de ejes en función de la semana y sus respectivos tamaños de lote se exponen a continuación:

VSM

Para visualizar todo el proceso se implementa el siguiente VSM, cuyos tiempos de preparación y mecanizado se han expuesto en la tabla anterior.

VSM
VSM

MODELO EN FLEXSIM

Para realizar el modelo en flexsim hemos empleado los siguientes elementos:

-Fuentes para suministro de materias primas y de pallets.

-6 máquinas ( 5 de procesado para cada una de las operaciones y una para realizar la tarea de inspección de piezas defectuosas).

-6 Combiners (uno como contenedor de entrada y 5 como contenedores de salida de cada máquina).

-6 Separators ( 5 como contenedores de entrada a cada máquina y uno como contenedor de salida del proceso).

-4 operarios.

En primer lugar se importan los datos del enunciado del problema a una tabla global “producción” con las diferentes variables a utilizar a lo largo del desarrollo del modelo. Para tener en cuenta la variabilidad se emplea la función uniform, como puede verse a continuación.

Tabla global
Tabla global

Para explicar el funcionamiento del programa comenzaremos detallando la configuración de los elementos mencionados anteriormente.

Fuente de ejes

En este source se configura la llegada de los diferentes tipos de ejes según la demanda de las 4 semanas, con lo que tendremos 37 “Arrivals” con tiempo de llegada referente a cada una de las 4 semanas y 24 “labels”, ya que necesitamos 4 etiquetas para cada uno de los procesos: EC (entrada al contenedor de la máquina), EM (entrada a la máquina), SM (salida de la máquina) y SC (salida del contenedor de la máquina). Además de las etiquetas de código ( para saber el recorrido de cada uno de los ejes) y de tamaño de lote.

Tabla ejes
Tabla ejes
Configuración fuente ejes
Configuración fuente ejes

Contenedor de Entrada al sistema

Utilizamos un combiner como contenedor de entrada principal,que se encarga de agrupar los diferentes tipos de eje con un pallet según su tamaño de lote.

La función Triggers OnEntry se programa para que identifique el tipo de eje que aparece en su etiqueta y lo graba en la etiqueta del combiner.

Programamos la función flow de tal forma que envíe cada eje a su máquina correspondiente, según su código.

Además es necesario crear las etiquetas “código” y “tipo” en este combiner.

Configuración contenedor principal
Configuración contenedor principal
Contenedor entrada
Contenedor entrada
Etiquetas contenedor principal
Etiquetas contenedor principal

Contenedores de entrada a las máquinas

Cada una de las máquinas tiene un separator que hace la función de contenedor de entrada a la misma. Es necesario unir cada uno de estos separators a un sink para separar los ejes de los pallets antes de entrar a las máquinas.

Se programa el código de estos separator para fijar y calcular los tiempos:

- T1 (tiempo de salida de la máquina anterior por la que ha pasado el eje correspondiente).

- T2 (tiempo de entrada de ese eje en el propio contenedor de entrada).

A partir del contenedor de entrada a la segunda máquina tenemos que tener en cuenta también la Fase (última máquina por la que han pasado los ejes que llegan a este separator), previamente definida como Label del source de pallets unido al combiner de la máquina anterior correspondiente. Además hay que considerar los tiempos medio de duración y tiempos de cambio de herramientas tal y como se muestra en la siguiente imagen.

Para poder programar estos contenedores , necesitamos tener previamente definidas las etiquetas T1,T2 y Fase.

Entrada EC2
Entrada EC2
salida EC2
salida EC2
Etiquetas EC2
Etiquetas EC2

Máquinas de procesado

Se configura el tiempo de preparación y de proceso seleccionando la opción Batch Processing en el desplegable de Setup Time y se programa según los datos que aparecen en la tabla producción.

Torno 1
Torno 1

Para tener en cuenta los tiempos de cambios de herramienta se añade código en la función triggers tal y como se muestra a continuación:

Mensaje torno 1
Mensaje torno 1
Onreset
Onreset
Entrada torno 1
Entrada torno 1
Salida torno 1
Salida torno 1

Para ello se añaden las etiquetas de f_curbatch, Tiempocorte y Tiemposigpieza.

Etiquetas torno 1
Etiquetas torno 1

Contenedores de salida de las máquinas

Cada una de las máquinas tiene un combiner que hace la función de contenedor de salida de la misma. Cada contenedor de salida está unido a un source de pallets a fin de unir los ejes por lotes en pallets. Es precisamente en este source de pallets donde indicaremos la fase correspondiente para que la siguiente máquina por la que pasen los ejes sepa cual fue la anterior por la que pasó.

Configuración contenedor salida
Configuración contenedor salida
entrada SC1
entrada SC1

Inspección

La inspección es llevada a cabo por los operarios, y el tiempo que requiere la operación se ha incluido en el tiempo de carga y descarga de los operarios (un segundo más aproximadamente).

Para separar las defectuosas en el programa hemos añadido un processor en el que se lleva a cabo la inspección. El enunciado nos proporciona los porcentajes de defectuosas de cada una de las máquinas del proceso. Conociendo estos porcentajes y el recorrido de cada uno de los ejes , programamos la inspección para que nos separe las piezas correctas de las defectuosas tal y como se muestra en la siguiente imagen:

Inspección
Inspección

Operarios

Se configura el tiempo de carga y descarga de los operarios utilizando una variable uniforme como se muestra en la imagen.

Configuración operarios
Configuración operarios


Tabla de tiempos

Por último configuramos el contenedor de piezas correctas para que se complete la tabla de tiempos de la siguiente forma:

A continuación se muestra el modelo realizado:

ANÁLISIS DE RESULTADOS

Se han analizado los resultados obtenidos con este primer modelo mediante las herramientas que nos ofrece el Dashboard de FlexSim.

La simulación dura un total de 8800 minutos, que dividiéndolos en las cuatro semanas quedan:

Tiempos
Tiempos


Al final de la simulación se recogen los siguientes datos:

Contenido en colas vs Tiempo
Contenido en colas vs Tiempo
Contenido medio en colas
Contenido medio en colas
Contenido medio en máquinas
Contenido medio en máquinas
Producción por hora
Producción por hora

A la vista de los gráficos, se concluye que los puestos 1 y 2 que corresponden a los procesos de torneado, son los que presentan mayor tasa de ocupación, en concreto los contenedores de entrada de las mismas y los propios tornos.

Esta situación se debe a que hay un único operario, Antonio, que se encarga de ambas operaciones y de la carga y descarga de las piezas de los dos contenedores.

Como puede observarse en los gráficos, Antonio es el que tiene la tasa de ocupación más alta y el que más kilómetros recorre al día.

Kilómetros recorridos al dia
Kilómetros recorridos al dia
Tasa de ocupación operarios
Tasa de ocupación operarios

Si observamos el gráfico de barras que representa el WIP y el tiempo en el sistema, se aprecia que es durante las primeras horas de cada semana cuando ambos parámetros son más altos. Esto se debe a que los procesos de torneado son el cuello de botella del proceso como ya se ha comentado antes.

Tiempo en el sistema y WIP
Tiempo en el sistema y WIP

En el gráfico que muestra la tasa de ocupación de los operarios, se observa esta misma situación durante los primeros momentos de la simulación. Antonio es el operario más solicitado, con una tasa de ocupación de casi el 100%.

Tasa de ocipación operarios en la hora 1000 de funcionamiento
Tasa de ocipación operarios en la hora 1000 de funcionamiento


ANÁLISIS DE COSTES

Para el análisis de costes se ha tenido en cuenta los siguientes gastos:


1. Cambio de las herramientas

Las herramientas para trabajar las piezas tienen un tiempo de duración medio. Pasado ese tiempo habrá que parar el funcionamiento de la máquina y llevar a cabo el recambio.

Los tiempos medios de duración son los siguientes:

- Herramienta de torneado: 15 mn.

- Herramienta de fresado: 30 mn.

- Herramienta de taladrado: 90 mn.

- Muelas: 16 h.


El consumo de 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 euros/hora.

- Consumo de herramientas en centros de mecanizado: 38 euros/hora.

- Consumo de herramientas en taladradora: 15 euros/hora.

- Consumo de herramientas en rectificadora: 28 euros/hora.


Por lo tanto para el cálculo de los costes asociados al cambio de herramientas será necesario calcular el tiempo de fase, es decir, el tiempo que las máquinas están procesando piezas, sin tener en cuenta el tiempo de preparado ni el de transporte.

Tiempos de Fase
Tiempos de Fase

Una vez obtenidos los tiempos de fase y el consumo de herramientas por horas podemos calcular los costes totales asociados al consumo de herramientas.

Herramientas
Herramientas



2. Amortización de las máquinas

Se ha establecido una amortización anual para las máquinas de la célula. Teniendo en cuenta que un año contiene 52 semanas, se ha calculado la amortización correspondiente a las 4 semanas de trabajo.

Máquinas
Máquinas



3. Sueldo de los operarios

El coste laboral de los técnicos se considera igual para todos ellos siendo de 30000 euros/año. Como se trata de un mes de operación se han calculado sus sueldos mensuales.

Operarios
Operarios


A continuación se muestra la suma de todos los costes. Teniendo en cuenta el número de piezas que se han fabricado obtenemos un precio unitario medio orientativo.

Costes Totales
Costes Totales

PROPUESTAS DE MEJORA

Propuesta 1: Contratación de un opearario.

En base al análisis realizado, se propone la solución de incluir un operario más, Antonio2, que se encargue de las operaciones correspondientes al torno 2, que se trataba del cuello de botella del sistema.

Añadiendo el operario los tiempos de inicio y fin de producción quedan:

Tabla 1.1
Tabla 1.1

Esta mejora supone por tanto una reducción de tiempos de funcionamiento de la fábrica, que se recogen en la siguiente tabla:

Tabla 1.2
Tabla 1.2

La reducción de tiempos de fabricación supone una reducción de tiempos de funcionamiento de las máquinas.

Tabla 1.3
Tabla 1.3

El sueldo del operario contratado es de 30000€ al año, lo que supondría un coste de 2500€ al mes por lo que, restando esta cantidad al ahorro supuesto por la reducción de tiempos de uso de las máquinas quedaría un ahorro total de 1545.5€ al mes.


Mejora 1
Mejora 1

Propuesta 2: Comprar 5 robots que sustituyan a los operarios y mantener a uno como inspector.

Los tiempos de inicio y fin quedan:

Tabla 2.1
Tabla 2.1

La reducción de tiempos en cada semana se recoge en la siguiente tabla (es negativo en las semanas que el tiempo que tardan los robots es mayor que en el modelo inicial):

Tabla 2.2
Tabla 2.2

Esto supone que el tiempo de funcionamiento de la fábrica es 9 minutos menor, por lo que el ahorro por la reducción del uso de herramientas es de 12.05€ (2,41€/min*5min) al mes.

Los robots que se incluyen son de la marca KUKA y tiene un precio de 12000€ cada una. Suponiendo que amortizan en 18 años, añadiríamos a los costes mensuales la amortización de las KUKAS que serían 55.55€ cada una, que multiplicados por las 5 serían 277,8€ al mes.

A esto le añadimos el ahorro de 7500€ de los sueldos de 3 de los 4 operarios (uno se mantiene como inspector).

Tabla 2.3
Tabla 2.3

El ahorro total con la mejora 2 sería de 7134,25€ al mes.

Mejora 2
Mejora 2



MODELOS

Media:ModeloSinMejora.rar

Media:ModeloConMejora1.rar

Media:ModeloConMejora2.rar

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