Tarea 1 G16 Conformado de tubos

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Contenido

Introducción

Fig. 1. Producto final del proceso de conformado
Fig. 1. Producto final del proceso de conformado

A continuación, se describe el estudio realizado sobre un proceso de conformado de tubos a escala industrial. El objetivo de dicho estudio consiste en analizar cada una de las etapas en las que se divide el proceso, así como su influencia sobre el total. Tras un análisis de costes, tiempos y productividad de cada una de estas etapas, es posible identificar los puntos débiles del modelo real, para así optimizar el proceso en su conjunto.

El proceso contará con dos puestos de trabajo y cuatro almacenes. En el primer puesto de trabajo se lleva a cabo el prensado de los extremos de los tubos, de forma que se obtengan superficies planas que resulten aptas para un proceso de soldadura posterior. En el segundo puesto de trabajo se realizan unos orificios en los extremos del tubo, con vistas a efectuar una unión mecánica tras el proceso de conformado. Podemos ver un esquema del producto final procesado en la Fig. 1.

Resulta obligado llevar a cabo el proceso en su conjunto clasificando la producción en particiones o lotes, de forma que sea posible verificar la calidad del producto y además se garantice su trazabilidad. Como consecuencia, se introducirán ciertas condiciones en el modelo desarrollado, que pretenderán simular el proceso de fabricación por lotes.


Value Stream Map (VSM)

En primer lugar, se realiza una representación esquemática del proceso o Value Stream Map (VSM) en la que se incluyen los parámetros fundamentales del proceso, como lo son los tiempos de fabricación o las unidades máximas que un almacén es capaz de albergar. Cada elemento se representa mediante una simbología estándar y éstos se unen entre sí mediante flechas, que indican el sentido del flujo de la producción. En la Fig. 2 se muestra el VSM del proceso de conformado de tubos por lotes:


Fig. 2. Value Stream Map (VSM) del proceso de conformado de tubos por lotes
Fig. 2. Value Stream Map (VSM) del proceso de conformado de tubos por lotes


Al existir dos puestos de trabajo, es necesaria la presencia de dos operarios, cada uno de ellos en uno de los puestos. Éstos se encargarán de cargar el material, realizar las tareas de posicionamiento y descargar el material una vez se haya realizado la etapa de conformado.

Se observa que, tanto en la punzonadora como en la prensa, se especifican los tiempos de carga, preparación, conformado y descarga unitarios, es decir, por cada unidad procesada. Estos tiempos se pueden englobar, a su vez, en tiempos de preparación y tiempos de conformado. En ambos casos el tiempo en el que la máquina trabaja de forma efectiva, que se corresponde con el tiempo de conformado, no llega al 25% del tiempo total en el que la pieza se encuentra en la máquina. Puesto que el objetivo de las simulaciones es, en muchos casos, minimizar los tiempos de preparación y optimizar los tiempos en la máquina, es de vital importancia que los datos introducidos en la representación esquemática del proceso sean veraces.

Asimismo se indican las capacidades máximas de los almacenes, de 20 unidades cada uno, lo que generará lotes de 20 unidades.

Por último, se especifica que la distancia entre los almacenes 2 y 3 es de 2 m. Esta distancia es salvada por una carretilla, disminuyendo el tiempo de desplazamiento del operario de la prensa al siguiente almacén y optimizando así los tiempos de preparación en su conjunto, que en este caso se representarían como tiempos de descarga.

Modelo completo con manutención en FlexSim

A continuación, se presenta la Fig. 3 como una visualización en FlexSim del modelo creado para nuestro enunciado, donde se indican todos los elementos determinados y elegidos previamente en el Value Stream Map.

Vemos que en nuestro modelo, se ha intentado cuidar los detalles, usando objetos muy similares al producto final para mayor ajuste con la realidad. Se han trazado trayectorias realistas de los operarios y de la carretilla, de tal forma que no atravesaran almacenes o procesadores, así como reproduciendo el movimiento real que tendrían en una planta.



El fichero con el modelo de simulación en FlexSim es el siguiente: Media:FlexSim_T1 (G16).zip

Panel de resultados o Dashboard

En nuestro modelo, hemos decidido obtener los resultados en estado estacionario, es decir, cuando todos los flujos, tiempos y estancias se han estabilizado. Esto es debido a que hasta que el modelo llega a ese punto, los flujos y estancias en almacén varían conforme el sistema va arrancando, lo cual consideraremos transitorio.

Llevaremos ahora a cabo un análisis relativamente detallado de los resultados obtenidos del modelo en FlexSim.

En primer lugar, en las Fig. 4 y Fig. 5 se demuestra esta transitoriedad del sistema. Vemos como los contenedores van estabilizando su contenido medio hasta un valor constante. De igual forma, los procesadores (prensa y punzonadora), también estabilizan su contenido medio en un cierto valor.


Fig.4. Gráfico de contenido medio a lo largo del tiempo de los contenedores.
Fig.4. Gráfico de contenido medio a lo largo del tiempo de los contenedores.


En la Fig. 4, podemos claramente identificar los contenedores de carga (aquéllos que tienen curvaturas en el contenido medio cóncavas) y los de descarga (curvatura convexa). Se complementan las curvaturas de los contenedores de carga y descarga dado que el tiempo que trascurre la pieza en los procesadores es muy inferior relativamente al de estancia en cada contenedor.


Fig.5. Gráfico de contenido medio a lo largo del tiempo de los procesadores.
Fig.5. Gráfico de contenido medio a lo largo del tiempo de los procesadores.


En la Fig. 5 cabe destacar que el contenido medio de la punzonadora es mayor, dado que las operaciones de carga y descarga son del mismo orden que en la prensa pero la operación requiere mayor tiempo de conformado en sí misma. Esto nos expresa el porcentaje de tiempo en que están ocupadas en procesar las piezas.



En la Fig. 6, se muestra la salida de cada uno de los procesadores y del contenedor final. Dado que hemos elegido analizar nuestro sistema en estado estacionario, las velocidades de producción de los distintos elementos se estabilizan a un mismo valor.

En la Fig. 7, comprobamos la distribución de tiempos en las tareas de cada operario, donde el grueso del tiempo se emplea en el uso del procesador corrrespondiente y en la crga y descarga de cada pieza a la máquina.

En la Fig. 8, se ilustra el tiempo de estancia medio de las piezas en cada elemento del proceso. Vemos que de forma relativa, el tiempo de estancia en cada contenedor es mucho más elevado, debido a que la mayor parte de las piezas se almacenan a la espera de su turno de conformado. El mayor tiempo de estancia lo establece el contenedor inicial, disminuyendo en cascada conforme avanza al resto de contenedores.

En la Fig. 9, observamos los recorridos diarios que efectían los medios de transporte del proceso. Relativamente, el operario de la prensa emplea mayor tiempo de desplazamiento dado que el conformado de la prensa opor pieza transcurre durante menos tiempo. La carretilla transporta por lotes, por lo que decrece mucho el recorrido que efectúa y depende de la trayectoria elegida.

En la Fig. 10, vemos de nuevo la distribución de tiempos de las tareas de los procesadores. Como era de esperar, el tiempo se emplea principalmente en el conformado de la pieza y, sorprendentemente, en esperar a que el operario correspondiente cargue y descargue la pieza.

Conclusiones

Como resultado de la simulación realizada, es posible llevar a cabo una estimación de los costes del proceso. Lo realmente interesante reside en la comparación entre los costes resultantes del trabajo en cada uno de los puestos y su presencia en los almacenes. Por lo tanto, en las Fig. 11 y Fig. 12 se representan los diagramas por sectores correspondientes al tiempo transcurrido y los costes relativos a cada puesto:

Fig.11 y Fig.12. Fracción y costes horarios de cada puesto.
Fig.11 y Fig.12. Fracción y costes horarios de cada puesto.

Las fracciones horarias se calculan según el average time en régimen estacionario, proporcionado por el modelo de FlexSim. Como resulta intuitivo, la mayor parte del tiempo de producción transcurre en los almacenes. Sin embargo, los costes horarios en las máquinas sobrepasan al coste horario del suelo correspondiente a los almacenes. Los costes horarios de las máquinas se calculan según la amortización, el coste horario del operario correspondiente y el consumo eléctrico.

Teniendo en cuenta todo lo expuesto anteriormente, es fácil ver que nuestro proceso puede ser mejorado de diversas formas.

  • Dado que vemos que los costes horarios de los almacenes 2 y 3 son mayores, sabemos que es debido al coste de transporte de la carretilla. Es por eso que como alternativa, deberíamos disminuir ese coste de transporte, por ejemplo, disminuyendo el espacio entre ambos almacenes (sin perder su diferenciación). De esta forma, disminuiríamos el coste asociado a ambos almacenes.
  • Para aumentar la producción y aprovechar los lotes de 20 piezas podríamos elegir hacer una alta inversión de capital y duplicar el número de procesadores, aumentando la capacidad de producción del proceso y disminuyendo mucho los tiempos de estancia media en los almacenes de las piezas.
  • Podríamos reducir el número de piezas por lote a la mitad duplicando la cadencia de llegada (en lugar de 20piezas cada 10 minutos, 10 piezas cada 5 minutos). Esto disminuiría mucho los tiempos medios de estancia en almacén de las piezas y aumentaría levemente la capacidad de producción del proceso. No obstante, normalmente la reducción de los lotes acarrea problemas relacionados con la trazabilidad y el controlde la calidad, así como un aumento posterior en gastos de empaquetamiento y envío de lotes.
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