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U5.- ESTUDIO DEL TRABAJO TRABAJO ANÁLISIS DE LAS LÍNEAS DE PRODUCCIÓN 1.- SINCRONIZACIÓN DEL COMPÁS Ó BALANCEO EN UNA LÍNEA CONTÍNUA: La sincronización del compás ó balanceo, consiste en determinar el tiempo de compás de un sistema de flujo y establecer la óptima adaptación de las operaciones de los diferentes puestos, a dicho tiempo y al rendimiento teórico de los trabajadores. trabajadores. El tiempo de compás es el tiempo en el que se elabora una unidad, para que el sistema de flujo produzca el rendimiento horario previsto. El tiempo de compás se expresa en minutos por unidad, y se lo calcula mediante la relación entre la cantidad de minutos trabajados por turno, y la cantidad de piezas fabricadas en dicho turno, multiplicándolo multiplicándolo por un factor de rendimiento de línea F, que es menor que la unidad: Tpo. de compás =
Hs Trabajadas x F Pzas. Fabricadas
El factor de rendimiento de línea (F), considera las posibles variaciones de ritmo ó las breves interrupciones interrupciones de algún proceso del sistema de flujo. La nivelación de rendimientos, es la asignación, ajuste y diseño del proceso en los puestos individuales de un sistema de flujo, de tal manera que el tiempo empleado corresponda al tiempo de compás previsto y al rendimiento teórico de los trabajadores. trabajadores. En términos matemáticos el objetivo del balanceo, consiste en minimizar los tiempos de espera condicionada en los puestos de trabajo individuales. Cuando el sistema de flujo es poco ramificado y la producción es poco cambiante, se aplican simplemente procedimientos aritméticos. Veamos un ejemplo: Según el plan de trabajo, se debe montar un producto que consta de 12 operaciones ó puestos de trabajo, siendo los tiempos de cada operación los siguientes: 14 12 10 8
Tiempo por unidad (min)
6 4 2 0
1
3
5
7
9
11 11
Además se disponen disponen de los siguientes siguientes datos: datos: 1°- Sumatoria de los tiempos tiempos de las las 12 operaciones operaciones 2°- Tiempo de un turno de trabajo 3°- Producción prevista por turno 4°- Factor de rendimiento de la línea 5°- Factor de rendimiento humano 6°- Número de operarios
: To = 61,1 min. / Conjunto. Conjunto. : T = 480 min. / Turno. : N = 130 piezas / Turno. : F = 0,94 : R = 120 % (ó sea 1,2) : n = a determinar
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Los tiempos por unidad reproducidos en la figura, se basan en la eficiencia normal según REFA, tomada como rendimiento de referencia. Con la ayuda de estos datos se calcula el número de operarios necesarios, utilizando la siguiente ecuación: N° de operarios = n = To x N = 61,1 x 130 = 14,7 = 15 Operarios. T x F x R 480 x 0,94 x 1,2 Con este dato calculamos el tiempo previsto provisorio, como partida para fijar la nivelación de rendimientos: Tpo. de compás previsto provisorio =
To = 61,1 = 4,07 = 4,0 min./ pieza y por puesto. n 15
Observando la figura, se ve que los tiempos de las operaciones 3, 5, 6, 11 y 12, ya corresponden aproximadamente al tiempo de compás real. Los tiempos restantes deben adaptarse a este tiempo de compás. Esta adaptación consiste en ajustar y conformar aquellas operaciones, cuyo tiempo no se aproxima al tiempo de compás provisorio. La operación de trabajo de cada puesto representa una secuencia de proceso cerrada en sí misma. La condición previa para la nivelación de rendimientos, consiste en analizar el proceso de las operaciones, operaciones, desglosándolas en intervalos de tiempos de la operación, con la ayuda de los sistemas de tiempos predeterminados, evaluados ó estimados. a) Se pueden trasladar trasladar intervalos de operación operación aislados a operaciones operaciones anteriores anteriores ó posteriores. En este caso se ha evidenciado que es posible transmitir intervalos de la operación N° 1 (1,1 min.) a la operación N° 2. b) Se puede mejorar el método de trabajo, la tecnología y el diseño del producto para conseguir reducir el tiempo de ejecución de intervalos aislados, por ejemplo en la operación N° 8 se pasa de 5,2 min. a 3,8 min. c) Se pueden instalar instalar puestos de trabajo trabajo iguales en en paralelo y para para una misma operación. operación. En este caso se aplicó esta solución a las operaciones N°7 y N°9. d) Se pueden instalan pulmones estáticos antes y después de cada puesto, y se cambian periódicamente periódicamente los operarios de puestos de trabajo.
Esta solución se aplica a los puestos N°4 y N°10, donde se instalan pulmones estáticos antes y después de los mismos. Como consecuencia del breve tiempo concedido al puesto N° 4 (2 min.), cuando el pulmón N°1 está vacío, el operario 4 se dirige al puesto N°13 donde trabaja en paralelo con el operario 13 y ejecuta la operación mientras mientras haya piezas en el pulmón pulmón N° 3. Se observa que el puesto N°10 fue desglosado en los puestos N°13 y N°14, pero el puesto N°13 es ocupado temporalmente por el operario 4, sin incrementar la cantidad de operarios del puesto N°10 original. El resultado de la nivelación realizada puede resumirse de la siguiente manera: La línea continua consta de 12 operaciones distintas, 16 puestos de trabajo y 15 operarios, de ellos tenemos dos puestos dobles, uno triple y un trabajador presta servicios en dos puestos distintos, el 4 y el 13.
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Los tiempos por unidad reproducidos en la figura, se basan en la eficiencia normal según REFA, tomada como rendimiento de referencia. Con la ayuda de estos datos se calcula el número de operarios necesarios, utilizando la siguiente ecuación: N° de operarios = n = To x N = 61,1 x 130 = 14,7 = 15 Operarios. T x F x R 480 x 0,94 x 1,2 Con este dato calculamos el tiempo previsto provisorio, como partida para fijar la nivelación de rendimientos: Tpo. de compás previsto provisorio =
To = 61,1 = 4,07 = 4,0 min./ pieza y por puesto. n 15
Observando la figura, se ve que los tiempos de las operaciones 3, 5, 6, 11 y 12, ya corresponden aproximadamente al tiempo de compás real. Los tiempos restantes deben adaptarse a este tiempo de compás. Esta adaptación consiste en ajustar y conformar aquellas operaciones, cuyo tiempo no se aproxima al tiempo de compás provisorio. La operación de trabajo de cada puesto representa una secuencia de proceso cerrada en sí misma. La condición previa para la nivelación de rendimientos, consiste en analizar el proceso de las operaciones, operaciones, desglosándolas en intervalos de tiempos de la operación, con la ayuda de los sistemas de tiempos predeterminados, evaluados ó estimados. a) Se pueden trasladar trasladar intervalos de operación operación aislados a operaciones operaciones anteriores anteriores ó posteriores. En este caso se ha evidenciado que es posible transmitir intervalos de la operación N° 1 (1,1 min.) a la operación N° 2. b) Se puede mejorar el método de trabajo, la tecnología y el diseño del producto para conseguir reducir el tiempo de ejecución de intervalos aislados, por ejemplo en la operación N° 8 se pasa de 5,2 min. a 3,8 min. c) Se pueden instalar instalar puestos de trabajo trabajo iguales en en paralelo y para para una misma operación. operación. En este caso se aplicó esta solución a las operaciones N°7 y N°9. d) Se pueden instalan pulmones estáticos antes y después de cada puesto, y se cambian periódicamente periódicamente los operarios de puestos de trabajo.
Esta solución se aplica a los puestos N°4 y N°10, donde se instalan pulmones estáticos antes y después de los mismos. Como consecuencia del breve tiempo concedido al puesto N° 4 (2 min.), cuando el pulmón N°1 está vacío, el operario 4 se dirige al puesto N°13 donde trabaja en paralelo con el operario 13 y ejecuta la operación mientras mientras haya piezas en el pulmón pulmón N° 3. Se observa que el puesto N°10 fue desglosado en los puestos N°13 y N°14, pero el puesto N°13 es ocupado temporalmente por el operario 4, sin incrementar la cantidad de operarios del puesto N°10 original. El resultado de la nivelación realizada puede resumirse de la siguiente manera: La línea continua consta de 12 operaciones distintas, 16 puestos de trabajo y 15 operarios, de ellos tenemos dos puestos dobles, uno triple y un trabajador presta servicios en dos puestos distintos, el 4 y el 13.
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Además se observa que el puesto 3 resulta ser un cuello de botella por su tiempo de 4,2 min., el cual deberá tenerse en cuenta para los cálculos siguientes.
Partiendo del tiempo por unidad del cuello de botella (4,2 min.) y un factor de rendimiento humano de 100 % (1), y considerando el factor de rendimiento de línea se puede calcular el tiempo de compás concedido: Tiempo de compás concedido =
Tiempo del cuello de botella Factor de rendimiento de la línea
=
4,2 = 4,47 min. / Pieza y puesto. 0,94 El tiempo concedido en la línea continua de 15 personas es la siguiente: Tiempo Concedido Concedido = n x Tpo. de compás compás concedido concedido = 15 x 4,47 = 67,05 67,05 min./pieza min./pieza Para determinar el tiempo de compás real, con el que ha de trabajar efectivamente el sistema en línea continua, se partirá del factor de rendimiento rendimiento humano R = 120% (1,2) y el tiempo por unidad del cuello de botella, de la siguiente forma: Tiempo de compás compás real = Tiempo Tiempo del del cuello cuello de de botella botella = 4,2 = 3,5min/pieza y puesto puesto Factor de rendimiento humano 1,2 Si el sistema en línea continua trabaja con el tiempo de compás de 3,5 min. y se considera el factor de rendimiento de línea F = 0,94 se obtiene la siguiente siguiente producción producción cuantitativa cuantitativa real: N cuantitativa real = Horas trabajadas x Factor de rendimiento de línea = Tpo de compás real = 480 x 0,94 = aprox. a 129 piezas / turno 3,5 La producción cuantitativa real corresponde de este modo a la prevista, de 130 piezas / turno que se desea alcanzar. Lo mismo ocurre con el tiempo de compás real, que también concuerda con el tiempo de compás previsto citado al comienzo. Tpo de compás previsto = Horas trabajadas x Factor de rendimiento de línea = Producción Cuantitativa Prevista = 480 x 0,94 = 3,47 min. / Pieza 130
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En el trabajo en línea continua el operario está obligado a permanecer en su puesto de trabajo y aportar el rendimiento esperado. Los puestos con menor tiempo compensatorio como: 2, 3, 10, 11, 12 y 16 deberán ser ocupados por operarios de mayor capacidad y rendimiento. De ser necesario se podrían intercambiar los puestos de compás más elevado con otros de compás menores. Mediante pausas breves de la línea, se puede disminuir la solicitación al operario. Por lo tanto, es conveniente que la línea sea de velocidad variable en forma continua, para que durante el inicio de tareas se tome el ritmo diario normal.
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2. ANALISIS DE LAS LINEAS DE PRODUCCION Las líneas de producción son sistemas de manufactura para realizar grandes cantidades de productos idénticos o similares. Son aconsejables para realizar trabajos en componentes o productos que requieren varios procesos separados de ejecución, como productos ensamblados (los automóviles y los aparatos eléctricos), partes mecanizadas producidas en forma masiva, que requieren operaciones múltiples de mecanizado (bloc de motores y cajas de velocidades). En una línea de producción, el trabajo total se divide en pequeñas tareas y se asignan a operarios o máquinas para realizarlos con gran eficiencia. Su desarrollo se debe a Henry Ford a principios del siglo XX. Se las puede dividir en dos tipos básicos: líneas de ensamble manual y líneas de producción automatizadas, aunque son frecuentes las líneas híbridas con operaciones manuales y automatizadas.
1. Fundamentos Una línea de producción esta formada por una serie de estaciones de trabajo ordenadas para que los productos pasen de una estación a la siguiente y en cada posición se le realice una parte del trabajo total. La velocidad de producción de la línea se determina por la velocidad de producción de su estación más lenta. Las estaciones de trabajo con ritmos más rápidos, están limitadas por la estación más lenta, que representa un cuello de botella. El desplazamiento del producto a lo largo de la línea se realiza mediante un dispositivo de transferencia mecánica o sistema de transporte, aunque algunas líneas manuales se pasan el producto a mano entre las estaciones. Si las cantidades del producto son muy grandes y el trabajo se va a dividir en tareas separadas que pueden asignarse a estaciones de trabajo individuales, una línea de producción es el sistema de manufactura más apropiado.
2. Variaciones de productos Las líneas de producción se pueden diseñan para contemplar pequeñas variaciones de diseño en los productos. Una línea de modelo único produce un sólo modelo y no hay variaciones en él. Por lo tanto, las tareas que se realizan en cada estación son iguales sobre todas las unidades de productos. Las líneas de modelo por lotes y de modelo mixto se diseñan para producir dos o más modelos del producto en la misma línea, pero usan diferentes enfoques para contemplar las variaciones. Una línea de modelo por lotes, produce cada modelo en grandes cantidades, y las estaciones de trabajo se preparan para producir la cantidad deseada del primer modelo y después se reconfiguran para producir la cantidad requerida del modelo siguiente. Este enfoque se usa cuando la demanda de cada producto es intermedia. En este caso el factor económico favorece el uso de una línea de producción para varios productos, en lugar de usar líneas separadas para cada modelo. Como existen diferencias entre los modelos, estos requieren una secuencia de tareas distintas, por lo tanto las herramientas usadas en algunas estaciones de trabajo no serán las mismas para el modelo siguiente. Además un modelo puede requerir más tiempo total que otro, lo que obliga a la línea a funcionar a un ritmo más lento.
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Por estas razones, se requieren cambios en la preparación de las estaciones de trabajo antes que empiece la producción de un nuevo modelo, y estas modificaciones producen descensos en los tiempos (tiempo de producción perdido) en una línea de modelos por lotes.
FIG. 1 Configuración general de una línea de producción. Una línea de modelo mixto también produce varios modelos; sin embargo, los modelos se entremezclan en la misma línea, en lugar de producirse por lotes. Mientras un modelo particular se trabaja en una estación, se procesa un modelo distinto en la siguiente. Cada estación está equipada con las herramientas necesarias y es capaz de realizar las tareas que se requieren para producir cualquier modelo que se solicite. Muchos productos de consumo se ensamblan en líneas de modelo mixto. Los ejemplos principales son los automóviles y los aparatos eléctricos, que se caracterizan por variaciones significativas entre los modelos y las opciones disponibles. Las ventajas de una línea de modelos mixtos sobre una línea de modelos por lotes son: 1. menor reducción del descenso de los tiempos entre modelos, 2. se evitan inventarios altos de algunos modelos cuando hay escasez de otros y 3. las velocidades de producción y las cantidades de los modelos aumentan y disminuyen de acuerdo a las variaciones de la demanda. Por otra parte, el problema de asignar tareas a las estaciones de trabajo para que todas compartan una carga de trabajo igual, es más complejo en una línea de modelo mixto. La programación (determinar la secuencia de modelo) y la logística (asignar las partes correctas a cada estación de trabajo para el modelo que se está procesando en esa estación) son más difíciles en este tipo de línea.
3. Métodos de transporte Hay distintas formas de mover las unidades de trabajo de una estación a la siguiente. categorías básicas son manuales y mecanizadas.
Las dos
Métodos manuales de transporte de trabajo: Los métodos manuales implican pasar las unidades de trabajo entre las estaciones en forma manual. Estos métodos se asocian con las líneas de ensamble manual. En algunos casos, el producto de cada estación se coloca en una caja de carga, y cuando la caja está llena, se mueve a la siguiente estación. Esta metodología puede producir una cantidad significativa de inventario dentro de los procesos, lo cual no es deseable. En otros casos, las unidades de trabajo se mueven en forma individual a lo largo de una tabla plana o un transportador sin energía (por ejemplo, un transportador de rodillos). Cuando se termina una tarea en cada estación, el trabajador simplemente empuja la unidad a la siguiente estación. En general se permite un espacio para recolectar una o más unidades entre las estaciones, con lo que se suaviza el requerimiento de que todos los trabajadores ejecuten sus respectivas tareas en forma sincronizada. Un problema asociado con los métodos manuales de transporte de trabajo es la dificultad para controlar el ritmo de producción de la línea.
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Métodos mecanizados de transporte de trabajo: Por lo general, se usan sistemas mecánicos que no usan energía para mover las unidades de trabajo a lo largo de una línea de producción. Pero también se incluyen sistemas de transportes que usan energía, como cadenas colgantes, cintas transportadoras, transportadores de cadena por piso y otros equipos de manejo de materiales de uso combinado en la misma línea. Se pueden identificar tres tipos de sistemas de transferencia de partes de trabajo que se usan en las líneas de producción: 1. continua, 2. sincrónica y 3. asincrónica. Estos sistemas de transferencia se implantan mediante distintos tipos de equipos.
Los sistemas de transferencia continua, consisten en un transportador que se mueve continuamente y opera a una velocidad Vc constante. El sistema de transferencia continua es más común en las líneas de ensamble manual, y se distinguen dos casos: 1. las partes se fijan al transportador o 2. las partes pueden retirarse del transportador. En el primer caso, el producto es generalmente grande y pesado como automóviles y lavadoras, y no puede sacarse de la línea. Por lo tanto, el trabajador debe rodear el transportador móvil para completar la tarea asignada en tal unidad mientras está en la estación. En el segundo caso, el producto es lo bastante pequeño para sacarse del transportador y facilitar el trabajo en cada estación. En este tipo de disposición, se pierden algunos de los beneficios del ritmo, dado que no se requiere que cada trabajador termine las tareas asignadas dentro de un periodo de tiempo fijo. Por otra parte, esta situación permite una mayor flexibilidad a cada trabajador para enfrentar los problemas técnicos que encuentre en una unidad de trabajo.
En los sistemas de transferencia sincrónica , las unidades de trabajo se mueven simultáneamente entre las estaciones con un movimiento rápido y de transferencia intermitente. La transferencia sincrónica incluye la colocación del trabajo en las estaciones, y es un requerimiento para las líneas automatizadas que usan este modo de transferencia. La transferencia sincrónica no es común para líneas manuales debido al ritmo tan rígido que implica. La tarea en cada estación debe terminarse dentro del tiempo de ciclo permitido o el producto saldrá de la estación como a una unidad incompleta. Esta disciplina rítmica rígida presiona a los trabajadores, lo cual no es conveniente. En contraste, este ritmo de trabajo se presta para una operación automatizada.
La transferencia asincrónica permite que cada unidad de trabajo salga de la estación cuando se termina el procesamiento, y cada unidad se mueve en forma independiente y no en forma sincrónica. Por lo tanto, en cualquier momento, algunas unidades en la línea se mueven entre estaciones, mientras que otras están colocadas en ellas. Con el sistema de transferencia asincrónica, se asocia el uso de colas entre las estaciones, ya que se permite la formación de pequeñas colas de unidades de trabajo en de cada estación, de modo que las variaciones en los tiempos de tareas de los trabajadores se promedien y las estaciones siempre tengan trabajo pendiente.
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4. Determinación de la cantidad mínima de estaciones de trabajo requeridas Las líneas de producción se usan fundamentalmente para satisfacer altas demandas de productos del mercado, en las que podemos desarrollar ecuaciones para poder determinar la cantidad de estaciones requeridas, con el propósito de cumplir con una demanda anual determinada. Supongamos para ello la necesidad de tener que diseñar una línea para satisfacer la demanda anual de un producto de modelo único. Primero se debe definir la cantidad de turnos de trabajadores semanales (Cts) que operarán la línea y la cantidad de horas de cada turno (H t). Si suponemos Sha semanas hábiles por año, entonces la velocidad de producción requerida por hora de la línea se determinará mediante la siguiente expresión de la producción media real, en unidades / hora (P mr ): Pmr =
Donde
Da Sha . Cts . Ht
(1)
Pmr = producción media real, en unidades / hora. Da = demanda anual del producto, en unidades / año. Sha = semanas hábiles / año. Cts = cantidad de tumos / semana. Ht = horas / turno. El tiempo unitario medio de producción Tump en minutos por pieza es: Tump = 60 Pmr
(2)
La línea no se puede utilizar durante todo el tiempo disponible calculado por la expresión: S ha . C ts . H t , debido a los problemas de fallas mecánicas, eléctricas, de mantenimiento y también humanas. En cambio la línea podrá operar a un tiempo menor que el tiempo unitario medio de producción T ump para compensar estos problemas. Si ηL es el rendimiento de la línea, el tiempo de ciclo ideal de la línea T c se obtiene mediante: Tc = Tump . ηL = 60 ηL Pmr
(3)
Cualquier producto posee cierto contenido de trabajo que representa la sumatoria de todas las tareas que se le van a realizar en la línea. Este contenido de trabajo se denomina: tiempo de contenido total de trabajo Tctt. Éste es el tiempo total que se requiere para hacer el producto en la línea. Si suponemos que el tiempo de contenido total del trabajo (T ctt) se divide en forma equitativa entre las estaciones para que cada una tenga una carga de trabajo igual, cuyo tiempo para realizarla es = T c la cantidad mínima posible de estaciones de trabajo Nmin en la línea se determina como: Nmín = entero mínimo > Tctt Tc
(4)
Esta cantidad mínima debe interpretarse como un valor ideal cuya obtención en la práctica es improbable por las siguientes razones: 1. Balance imperfecto : ya que es muy difícil dividir el tiempo del contenido total del trabajo en forma equitativa en los diferentes puestos de trabajo; por lo tanto se le asignará a algunos puestos una cantidad de trabajo mayor y otro menor al tiempo T c. 2. Variabilidad del tiempo de tarea: hay una variabilidad inherente e inevitable en el tiempo que requiere un trabajador para realizar una tarea de ensamble determinada.
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3. Pérdidas en tiempos para reubicación : se perderá tiempo en cada puesto debido a la reubicación del trabajo o del trabajador; por lo tanto, la cantidad de tiempo disponible en cada puesto será menor que T c. 4. Nivel de dotación de personal : algunos puestos en las líneas de producción manual pueden tener más de un trabajador y además, 5. Problemas de calidad: los componentes defectuosos y otros problemas de calidad producirán retrasos y repetición de los trabajos que se agregarán a la carga de trabajo. Exploramos algunos de estos aspectos en las secciones siguientes para los casos de las líneas manuales y automatizadas.
2. LINEAS DE ENSAMBLE MANUAL La línea de ensamble manual fue un descubrimiento importante en el crecimiento de la industria de E.U., en la primera mitad del siglo XX. Todavía es importante en E.U. y en todo el mundo en la manufactura de productos ensamblados, incluyendo automóviles y camiones, productos electrónicos de consumo, aparatos para la cocina y lavandería, aparatos pequeños, herramientas de corriente y otros productos hechos en grandes cantidades.
Nota histórica: Orígenes de las líneas de ensamble manual Las líneas de ensamble manual se basan principalmente en dos principios de trabajo fundamentales. El primero es la división de trabajo, planteada por Adam Smith en Inglaterra en su libro La riqueza de las naciones, publicado en 1776. Smith no inventó la división del trabajo, dado que se encuentran ejemplos de su uso en Europa varios siglos atrás. Pero fue el primero en señalar su importancia en la producción. El segundo principio es el de las partes intercambiables, basado en la obra de Eli Whitney y otros al principio del siglo XX. La alternativa de las partes intercambiables, que se practicaba antes de la época de Whitney, era el limado manual de partes individuales para obtener los ajustes de montaje. Se encuentran antecedentes de las líneas de producción modernas desde la industria de empaque de carnes en Chicago, Illinois y Cincinnati, Ohio, donde se usaban transportadores (sin energía eléctrica) para mover reses de un trabajador al siguiente. Más tarde fueron sustituidos por transportadores eléctricos de cadena para crear las "líneas de desensamble", antecesoras de la línea de ensamble. La organización de trabajo permitió a quienes cortaban la carne concentrarse en tareas individuales (división del trabajo). El magnate de la industria automotriz Henry Ford, observó la industria de empaque de carnes. Junto con sus colegas, y diseñó una línea de ensamble en 1913 en Highland Park, Michigan, para producir volantes de generadores eléctricos. El resultado fue un aumento que cuadruplicó la productividad. Estimulado por este éxito, Ford aplicó técnicas de líneas de ensamble a la fabricación de chasis. Usando transportadores impulsados por cadenas y estaciones de trabajo diseñadas para conveniencia y comodidad (primeras aplicaciones de la ergonomía), se aumentó la productividad en un factor de 8, en comparación con métodos de ensamble anteriores de una sola estación. El éxito de Ford Motor Company produjo reducciones drásticas en el precio del Ford modelo T, el principal producto de la compañía en esa época. El estadounidense común pudo adquirir su propio automóvil debido a los logros de Ford en la reducción de costos. Esto obligó a sus competidores y proveedores a imitar sus métodos y la línea de ensamble manual se integró a la industria de Estados Unidos. ……………….. Una línea de ensamble manual consiste en múltiples estaciones de trabajo ordenadas en forma secuencial en las cuales los operarios ejecutan operaciones de ensamble (ver Fig. 2). El procedimiento usual en una línea manual empieza con el lanzamiento de una parte base en el extremo inicial de la línea.
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Con frecuencia se requiere un transportador de trabajo que contenga la parte durante su movimiento a lo largo de la línea. La base viaja por cada estación, donde los trabajadores realizan tareas y construyen el producto en forma progresiva. En cada estación se agregan componentes a la parte base hasta que todo el contenido de trabajo se ha terminado cuando el producto sale de la estación final. Los procesos realizados en líneas de ensamble manual incluyen operaciones de ajuste mecánico, soldadura de puntos, soldadura blanda manual y juntas adhesivas.
FIG. 2 Parte de una línea de ensamble manual. Cada trabajador ejecuta una tarea en su estación de trabajo. Un transportador mueve las partes en portadores de trabajo de una estación a la s iguiente.
2.1 El problema del balance de línea Uno de los problemas técnicos más grandes en el diseño y operación de una línea de ensamble manual es el balance de la línea, en el cual se asignan tareas a trabajadores individuales para que todos tengan igual cantidad de trabajo. Recordemos que la totalidad del trabajo que se va a realizar en la línea se proporciona mediante el contenido de trabajo. Este contenido total de trabajo se divide en elementos mínimos de trabajo racional, donde cada elemento se relaciona al agregar un componente, unir varios o realizar alguna otra parte pequeña del contenido total de trabajo. La noción de un elemento mínimo de trabajo racional consiste en la cantidad de trabajo práctico más pequeño en la que puede dividirse el trabajo total. Elementos de trabajos distintos requerirán tiempos diferentes, pero cuando se agrupan en tareas lógicas y se asignan a los trabajadores, los tiempos de tareas no son iguales. Por lo tanto, por la naturaleza variable de los tiempos de elementos, algunos trabajadores tendrán más trabajo, en tanto que otros tendrán menos. El tiempo por ciclo de la línea de ensamble se determina mediante la estación que tiene el tiempo de tarea más largo. Se podría pensar que, aunque los tiempos de los elementos de trabajo son diferentes, debe ser posible encontrar grupos de elementos cuyas sumas (tiempos de tareas) sean casi iguales, o perfectamente iguales. Lo que dificulta encontrar grupos convenientes es que hay varias restricciones en este problema de combinación. Primero , la línea debe diseñarse para obtener cierta velocidad de producción deseada, la cual se
establece antes del tiempo por ciclo T c, en el cual debe operar la línea. Por lo tanto, la suma de los tiempos de los elementos de trabajo asignados a cada estación debe ser >T c. Segundo , hay restricciones en el orden en que deben ejecutarse los elementos de trabajo. Algunos
elementos deben hacerse antes que otros. Por ejemplo, debe taladrarse un orificio antes de poder hacer una rosca a través de él. Un tornillo que va a usar el orificio para agregar un componente no puede ajustarse antes de que el orificio haya sido taladrado y roscado.
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Esta clase de requerimientos en la secuencia del trabajo se denominan restricciones de precedencia, y hacen más complicado el problema de balancear la línea. No puede añadirse cierto elemento que se asignaría a un trabajador para obtener un tiempo de tarea = Tc, debido a que viola esta restricción de precedencia. Éstas y otras limitaciones hacen virtualmente imposible obtener un balance perfecto de la línea, lo que significa que algunos trabajadores necesitarán más tiempo para terminar sus tareas que otros. Los métodos para solucionar el problema de balancear la línea, o sea, de asignar elementos de trabajo a las estaciones, se analizan en otras referencias. La incapacidad de obtener un balance perfecto provoca cierta cantidad de tiempo ocioso en la mayoría de las estaciones. Debido a este tiempo, la cantidad real de trabajadores que se requieren en la línea será mayor que la cantidad de estaciones de trabajo que proporciona la ecuación (4). Una medida del tiempo ocioso total en una línea de ensamble manual se proporciona mediante la eficiencia del balance ηb , definida como el tiempo total de contenido de trabajo dividido entre el tiempo total de servicio disponible en la línea. El tiempo total de contenido de trabajo ya se ha definido: es la suma de todos los elementos de trabajo que se realizan en la línea. El tiempo total de servicio disponible en la línea se define como: Donde:
Tiempo total de servicio disponible en la línea = W . T s.max
W = cantidad total de operarios de la línea y Ts.max = al tiempo de servicio más largo de un puesto de la línea; O sea: Ts.max = máx (Tsi), para i = 1, 2,..., N Donde: Tsi = el tiempo de servicio (tiempo de tarea) en la estación i, en minutos. El alumno puede preguntarse por qué usamos un nuevo periodo T si en lugar del tiempo por ciclo T c definido antes. La razón es que hay otra pérdida de tiempo en la operación de una línea de producción, además del tiempo ocioso por el balance imperfecto. Llamémoslo el tiempo de reubicación Tr . Es el tiempo que se requiere en cada ciclo para que el trabajador, el trabajo o ambos se vuelvan a colocar. En una línea de transferencia continua donde se conectan unidades de trabajo a la línea y ésta se mueve a una velocidad constante, T t es el tiempo de traslado que necesita un trabajador para ir de la unidad que acaba de terminar a la siguiente unidad que llega a la estación. En todas las líneas de ensamble manual habrá un tiempo perdido debido a la reubicación. Supongamos que T t es igual para todos los trabajadores, aunque de hecho puede requerir tiempos distintos en diferentes estaciones. Relacionamos a Ts , Tc y Tr del siguiente modo: Tc = Ts + Tt
(5)
La definición de eficiencia del balance ηb ahora puede escribirse en forma de ecuación del modo siguiente: ηb = Tctt (6) W . Ts Un balance de línea perfecto produce un valor de en la industria varían entre 0,90 y 0,95.
ηb
= 1. Las eficiencias de balanceo de línea comunes
La ecuación (6) puede reordenarse para obtener la cantidad de trabajadores que se requieren en una línea de ensamble manual:
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W = entero mínimo >
Tctt Ts . ηb
(7)
La utilidad de esta relación se ve afectada porque la eficiencia del balance ηb depende de w (trabajo), según se define en la ecuación (6). Desafortunadamente tenemos una ecuación donde lo que se va a determinar depende de un parámetro, que a su vez depende de lo que se está calculando. A pesar de esta desventaja, la ecuación (7) define la relación entre los parámetros en una línea de ensamble manual. Usando un valor común de ηb basado en líneas similares anteriores, puede usarse para estimar la cantidad de trabajadores que se requieren para producir un ensamble determinado.
Ejemplo de línea de ensamble manual Hay una línea de ensamble manual para un producto cuya demanda anual es de D a = 90.000 unidades. Se usará un transportador de movimiento continuo con unidades de trabajo conectadas. El tiempo de contenido total del trabajo es de T ctt = 55 minutos. La línea funcionará S ha = 50 semanas/año, Cts = 5 turnos/semana y Ht = ocho horas/día. En base a experiencias anteriores, la eficiencia de línea es η L = 0,95, la eficiencia de balance de línea es ηb = 0,93 y el tiempo de reubicación o traslación T t = 9 seg. Determinar: a) La velocidad de producción por hora para cumplir la demanda (P mr ), b) la cantidad de trabajadores requeridos (w) y e) el valor ideal mínimo N min de estaciones de trabajo
Solución: a) La velocidad de producción requerida por hora, para cubrir la demanda anual se obtiene mediante la ecuación (1): Pmr =
Da = 90.000 = 45 unidades/hora Sha . Cts . Ht 50 . 5 . 8
b) Con una eficiencia de línea de η L = 0,95, el tiempo de ciclo ideal es Tc = ηL . Tmr = 60 ηL = 60 0,95 = Pmr 45
1,2667 minutos
Dado el tiempo de reubicación T t = 9 seg. = 0,15 mín., el tiempo de servicio es Ts = Tc – Tt = 1,2667 – 0,150 = 1,1167 mín. Los trabajadores que se requieren para operar la línea, mediante la ecuación (7), es igual a W = entero mínimo >
Tctt = 55 = 52,96 = 53 trabajadores Ts . ηb 1,1167 x 0,93
Suponiendo un trabajador por estación, N = 53 estaciones de trabajo c) Esto se compara con el mínimo ideal proporcionado por la ecuación (4): Nmín = entero mínimo > Tctt Tc
=
55 = 43,42 = 44 estaciones de trabajo 1,2667
Es claro que el tiempo perdido debido a la reubicación y al balance de línea imperfecto da como resultado una pérdida en el diseño y operación de una línea de ensamble manual.
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2.2 Otros factores en el diseño de una línea de ensamble La cantidad de estaciones de trabajo en una línea de ensamble manual no es necesariamente igual a la cantidad de trabajadores. Para productos grandes, es posible asignar a más de un trabajador por estación. Esta práctica es común en plantas de ensamble final que construyen automóviles y camiones. Por ejemplo, dos trabajadores en una estación pueden realizar tareas de ensambles en lados opuestos del vehículo. La cantidad de trabajadores en una estación determinada se denomina nivel de dotación de personal Mi. Promediando los niveles de dotación de personal en toda la línea se tiene: M = W N
(8)
Donde: M = nivel de dotación personal promedio para la línea de ensamble, W = cantidad de trabajadores en la línea, y N = cantidad de estaciones. Naturalmente, W y N deben ser enteros. Una dotación de personal múltiple conserva el valioso espacio en la fábrica, debido a que reduce la cantidad de estaciones requeridas. Otro factor que afecta el nivel de dotación de personal en una línea de ensamble es la cantidad de estaciones automatizadas en la línea, incluyendo estaciones que emplean robots industriales. La automatización reduce el personal requerido en la línea, aunque aumenta la necesidad de personal técnico capacitado para dar servicio y mantener las estaciones automatizados. La industria automotriz utiliza ampliamente estaciones de trabajo robóticas para ejecutar soldadura de puntos y pintura por aspersión en las carrocerías metálicas. Los robots realizan estas operaciones sin cesar, lo que se traduce en una calidad de producción más alta. El uso de estaciones intermedias de inventario (colas de unidades de trabajo) en una línea de producción ya se ha analizado. Las estaciones intermedias de inventario ayudan a compensar las variaciones en el tiempo de servicio dentro de una estación determinada. Se asocian principalmente con los sistemas de transferencia asincrónica.
3. LINEAS DE PRODUCCION AUTOMATIZADAS Las líneas de ensamble manual utilizan normalmente un sistema de transferencia mecanizado para mover las partes entre las estaciones de trabajo, pero las estaciones también son operadas por trabajadores. Una línea de producción automatizada consiste en estaciones de trabajo automatizadas conectadas a un sistema de transferencia de partes que las coordina. En una situación ideal, no hay trabajadores en la línea, excepto para realizar funciones auxiliares tales como cambiar herramientas, cargar y descargar partes, reparación y mantenimiento. Las líneas automatizadas modernas son sistemas integrados que operan bajo el control de una computadora. Las operaciones que ejecutan las estaciones automatizadas tienden a ser más simples que las que ejecutan personas en líneas manuales. La razón es que las tareas más sencillas son más fáciles de automatizar. Las operaciones que son difíciles de automatizar son las que requieren varios pasos, así como la aplicación de juicio o capacidad sensorial humana.
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Las tareas fáciles de automatizar consisten en elementos de trabajo únicos, movimientos de funcionamiento rápido y movimientos de alimentación en línea recta, como en el maquinado.
3.1. Tipos de líneas automatizados Las líneas de producción automatizada se dividen en dos categorías básicas: 1. las que realizan operaciones de procesamiento tales como el maquinado, y 2. las que realizan operaciones de ensamble. Un tipo importante en la categoría de procesamiento es la línea de transferencia.
Líneas de transferencia y sistemas de procesamiento similares Una línea de transferencia es una secuencia de estaciones de trabajo que ejecutan operaciones de procesamiento, con una transferencia automatizada de unidades de trabajo entre las estaciones. El maquinado es la operación de procesamiento más común, ver Fig. 3. Existen sistemas de transferencia automática para trabajo y ensambles para laminado metálico. En el maquinado, la pieza de trabajo empieza generalmente como un componente fundido o forjado metálicos, y se le realizan una serie de operaciones de maquinado para obtener detalles de alta precisión (por ejemplo, orificios, roscas y superficies con acabado liso). El desarrollo de las líneas de transferencia fue una extensión natural de las líneas de producción manual. En general, las líneas de transferencia son partes de equipo costosas, que en ocasiones llegan a valer millones de dólares; se diseñan para trabajos que requieren grandes cantidades de piezas. Puede ser significativa la cantidad de maquinado que se realiza en la pieza de trabajo, pero dado que el trabajo se divide entre muchas estaciones, las velocidades de producción son altas y los costos por unidad son bajos, en comparación con los métodos de producción alternativos. Generalmente se usa transferencia sincrónica en líneas de maquinado automatizados.
FIGURA 3. Una línea de transferencia de maquinado, un tipo importante de línea de producción automatizada.
Nota histórica: Líneas de transferencia. Se hicieron intentos de ampliar el principio de líneas de ensamble manual construyendo líneas capaces de operación automática o semiautomática. Gran parte del trabajo de desarrollo fue motivado por la creciente industria automotriz en Estados Unidos y Europa.
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La primera línea de producción completamente automática se debió a L. R. Smith en Milwaukee, Wisconsin, alrededor de 1920. Esta línea producía carrocerías de automóviles a partir de láminas metálicas, usando cabezas remachadoras propulsadas por aire que rotaban a una posición en cada estación para unir la parte de trabajo. La línea ejecutaba un total de 550 operaciones en cada carrocería. La primera línea con estaciones múltiples para corte en metal fue desarrollada por Archdale Company en Inglaterra para Morris Engines, Ltd. en 1923 para maquinar bloques de motores de automóviles. Tenía 53 estaciones, realizaba 224 minutos de maquinado en cada parte y tenía una velocidad de producción de 15 bloques/hora. No era una verdadera línea automática porque requería la transferencia manual de trabajo entre las estaciones. No obstante, se considera un importante antecedente de la línea de transferencia automatizada. La primera línea de maquinado en usar la transferencia automática del trabajo entre estaciones fue construida por la Archdale Company para Morris Engines en 1924. Las dos compañías habían obtenido beneficios obvios de su colaboración anterior. Esta línea ejecutaba 45 operaciones de maquinado en cajas de velocidades. Algunos problemas de confiabilidad hicieron que esta primera línea de transferencia no fuera completamente exitosa. …………………………………. Una variante de la línea de transferencia automatizada es la máquina de calesita (Fig. 4), en la cual se ordenan las estaciones alrededor de una mesa de trabajo circular denominada calesita. En cada ciclo de trabajo se hace girar la mesa de trabajo mediante un mecanismo que proporciona rotaciones parciales. La cantidad de posiciones de rotación está diseñada para coincidir con la cantidad de estaciones de trabajo en la periferia mesa. La rotación angular de la calesita se proporciona mediante α
= 360 N
(9)
Donde: α = ángulo de rotación de la calesita, en grados, y N = cantidad de estaciones de trabajo ó cantidad de posiciones de detención. Aunque la configuración de una máquina de calesita es muy diferente a la de una línea de transferencia, su operación y aplicación son muy similares.
FIGURA 4. Configuración de una máquina de calesita.
Sistemas de ensamble automatizado. Los sistemas de ensamble automatizado consisten en una o más estaciones de trabajo que ejecutan operaciones de ensamble, como agregar componentes y fijarlos a la unidad de trabajo. Los sistemas de ensamble automatizado se dividen en celdas de estación única y sistemas de estaciones múltiples.
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Las celdas de ensamble de estación única con frecuencia se organizan alrededor de un robot industrial programado para realizar una secuencia de pasos de ensamble. Un solo robot no puede trabajar tan rápido como una serie de estaciones automáticas especializadas, por lo que las celdas de estación únicas se usan para trabajos en un rango intermedio de producción. Los sistemas de ensamble de estaciones múltiples son convenientes para producción alta. Se usan
ampliamente para la producción masiva de partes pequeñas tales como bolígrafos de punta rodante, encendedores, lámparas manuales y artículos similares con una cantidad limitada de componentes. La cantidad de componentes y pasos de ensamble es limitado porque la confiabilidad del sistema disminuye rápidamente cuando aumenta la complejidad. Existen sistemas disponibles de ensamble con estaciones múltiples en varias configuraciones, mostradas en la Fig. 5: (a) en línea, (b) rotatorio y (c) de carrusel. La configuración en línea es la línea de transferencia convencional adaptada para realizar trabajo de ensamble.
Estos sistemas no son tan masivos como sus contrapartes para maquinado. Los sistemas rotatorios generalmente se instrumentan como máquina de calesita. Los sistemas de ensamble de carrusel están ordenados como un ciclo. Pueden diseñarse con una cantidad mayor de estaciones de trabajo que un sistema rotatorio. Debido a la configuración del ciclo, el carrusel permite que los portadores de trabajo regresen automáticamente al punto inicial para su reutilización, una ventaja que comparte con los sistemas rotatorios, pero no con las líneas de transferencia.
FIGURA 5. Tres configuraciones comunes en los sistemas de ensamble de estaciones múltiples: (a) en línea, (b) rotatorio y (c) de carrusel.
3.2. Análisis de las líneas de producción automatizados El balance es un problema en una línea automatizada, ocurre lo mismo que en una línea de ensamble manual. El contenido de trabajo total debe asignarse a estaciones individuales. Sin embargo, debido a que las tareas asignadas a las estaciones automatizadas generalmente son más sencillas y a que la línea con frecuencia contiene menos estaciones, el problema para definir qué trabajo debe hacerse en cada estación, es más fácil en una línea automatizada que en una línea manual.
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Un problema más importante en las líneas automatizadas es la confiabilidad. La línea consiste en estaciones múltiples interconectadas mediante un sistema de transferencia de trabajo. Opera como un sistema integrado y cuando un componente no funciona bien, todo el sistema se ve afectado. Para analizar la operación de una línea de producción automatizada, supongamos que un sistema que ejecuta operaciones de procesamiento usa transferencias sincrónicas. Este modelo incluye líneas de transferencia, así como una máquina de calesita. No incluye líneas de ensamble automatizadas, las cuales requieren una adaptación del modelo. Nuestra terminología tomará prestados símbolos de las dos primeras secciones: N = cantidad de estaciones de trabajo en la línea; Tc = tiempo de ciclo ideal en la línea; Tt = tiempo de reubicación, que aquí se llama el tiempo de transferencia; y Tsi = el tiempo de servicio en la estación i. El tiempo de ciclo ideal T c, es el tiempo de servicio (tiempo de procesamiento) para la estación más lenta en la línea, más el tiempo de transferencia esto es, Tc = máx (Tsi) + Tt
(10)
En la operación de una línea de transferencia, las averías periódicas producen pérdida de tiempo en toda la línea. Supongamos que F = frecuencia con la que ocurren averías y producen una detención de la línea, y T d = tiempo promedio que se detiene la línea cuando ocurre una avería. El tiempo Td muerto incluye el tiempo para que el equipo de preparaciones realice su trabajo, diagnostique la causa de la falla, la arregle y restablezca la línea. En base en estas definiciones, podemos formular la siguiente expresión para el tiempo de producción promedio real Tp: Tp = Tc + F . Td (11) Donde: F = frecuencia de tiempo muerto, en detenciones de línea/ciclos; y Td = tiempo muerto en minutos por detención de línea. F . Td = tiempo promediado por ciclos. La producción media real es la recíproca de T p: Pmr = 60 TP Como se obtuvo previamente de la ecuación (2). Es interesante comparar esta velocidad con la velocidad de producción ideal proporcionada mediante Pc = 60 Tc
(12)
Donde Pmr y Pc se expresan en piezas por hora, porque T p y Tc se expresan en minutos. En base a esta relación, podemos definir la eficiencia de línea ηL para una línea de transferencia. En el contexto de los sistemas de producción automatizada, ηL se refiere a la proporción de tiempo de funcionamiento de la línea y en realidad es una medida de contabilidad más que de eficiencia: ηL
=
Tc = Tc+ F.Td
Tc Tp
(13)
Ésta es la misma relación que la ecuación 3 anterior, dado que T p = Tc+ F.Td.
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Debe señalarse que se aplica la misma definición de eficiencia de línea a las líneas de ensamble manual, excepto que las averías tecnológicas no son un problema en las líneas manuales (los trabajadores son más confiables que el equipo electromecánico, al menos en el sentido que analizamos aquí). En general el tiempo muerto de línea se asocia con fallas en los puestos individuales. Entre las razones por las que ocurre el tiempo muerto están los cambios de herramientas programados y no programados, las averías mecánicas y eléctricas, las fallas hidráulicas y el desgaste normal del equipo. Suponga que pi = probabilidad o frecuencia de una falla en el puesto i; entonces: i=N
F =
Σ i=1
pi
(14)
Si suponemos que todos los P i son iguales, o se calcula un valor promedio de p i, llamándolo en ambos casos p, entonces: F = p.N (15) Estas dos ecuaciones indican claramente que la frecuencia de detenciones de línea aumenta con la cantidad de puestos N en la línea. Planteado de otro modo, la contabilidad en la línea disminuye conforme se agregan estaciones.
Ejemplo de línea de transferencia automatizada Una línea de transferencia automatizada tiene N = 20 estaciones y un tiempo por ciclo ideal de T c = 1 min. La probabilidad de falla en una estación es p = 0,01 y el tiempo muerto promedio cuando ocurre una avería es de Td = 10 min. Determinar: a) la velocidad de producción P p promedio y b) la eficiencia de línea ηL.
Solución: La frecuencia de averías en la línea se proporciona mediante F = p.n =0,01 x 20 = 0,20. Por lo tanto, el tiempo de producción promedio real es: Tp = Tc + F . Td = 1,0 + 0,20 x 10 = 3 min a) En tal caso la velocidad de producción es: Pp = 60 = Tp
60 = 20 piezas/hora 3
Obsérvese que es mucho menor que la velocidad de producción ideal: Pc = 60 = 60 = 60 piezas/hora Tc 1 b) La eficiencia ηL de línea se calcula como ηL
= Tc = 1 = 0,333 (ó 33,3%) Tp 3
En este ejemplo observamos que si una línea de producción opera de esta forma, pasa más tiempo detenida que activa. Obtener altas eficiencias es un problema real en las líneas de producción automatizada. El costo de operación en una línea de producción automatizada es el costo de inversión del equipo de instalación, más el costo de mantenimiento, de los repuestos y del personal asignado a la línea.
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Estos costos se convierten a un costo anual uniforme equivalente y se dividen entre el número de horas de operación por año para obtener una razón por hora. Esta razón de costo por hora se usa para calcular el costo unitario al procesar una pieza de trabajo en la línea: Cp = C0 . TP (16) 60 Donde: Cp = costo de procesamiento unitario, en $/pieza; Co = razón por hora al operar la línea, como se señaló antes, en $/hora; Tp = tiempo de producción promedio real por parte de trabajo, en min/pieza; y la constante 60 convierte la razón de costo por hora a $/min para tener consistencia en las unidades.
4.- DISEÑO ERGONOMICO Y PROGRAMACION DE PUESTOS DE TRABAJO MANUALES DE UNA LÍNEA DE MONTAJE (EJEMPLO) Para poder realizar este estudio, vamos a considerar un producto que tenga una demanda media dentro del mercado de los diferentes electrodomésticos que son ofrecidos por parte de varios fabricantes, como por ejemplo las cafeteras eléctricas. Estos productos que pertenecen a una demanda independiente por parte del mercado comprador, requieren para que el control de la temperatura sea preciso, un conjunto multicomponentes denominado “termostato”. De aquí en más nos ocuparemos en realizar un análisis parcialmente detallado, para definir en función de la lista de componentes correspondiente, todas las materias primas y los componentes fabricados internamente o comprados, que son requeridos para la fabricación y el montaje de estos conjuntos destinados al control térmico de las cafeteras. Para ello consideraremos el producto multicomponentes que debemos fabricar, el cual es de demanda dependiente en función de las ventas de cafeteras y cuyo conjunto se encuentra representado en la siguiente figura:
Analizando su composición podemos crear y obtener así el documento más importante, que es la lista de componentes, la cual mostramos a continuación, y nos permite recabar información muy importante: 1. Identificar todos los componentes que serán Fabricados internamente, Comprados a los proveedores o Importados. Para los que tendremos que definir detalladamente en forma individual sus características físicas y la forma de entrega. 2. Confeccionar todos los planos y especificaciones requeridos (para cada renglón de la lista de componentes le corresponderá un plano). 3. Para realizar el despiece de los conjuntos o subconjuntos principales, primero se deberán detallar los componentes unitarios o elementales y luego los subconjuntos que puedan surgir con su despiece correspondiente. 4. Observando el nivel de despiece, se identifican los componentes unitarios o elementales respecto de los subconjuntos principales y/o secundarios.
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5. Cada nivel o cambio de nivel indica la necesidad de un puesto de transformación (nivel) o de ensamble o de montaje (cambio de nivel). 6. Cada componente unitario o elemental que sea Fabricado internamente, requiere la implementación de su puesto (o puestos) de transformación. 7. Para la implementación de cada puesto de ensamble o de montaje, será necesario disponer en dicho puesto todos los componentes que figuran en el nivel inmediato superior (los componentes unitarios simples mas los subconjuntos allí indicados), así como la definición de la tecnología a utilizar 8. Para el ensamble o montaje del conjunto (nivel 1), son requeridos simultáneamente todos los componentes unitarios simples más los subconjuntos indicados en el nivel 2, en cada puesto que le corresponde en la línea de montaje final.
Lista de componentes:
Para una mejor comprensión, a continuación se indica en forma explosiva todos los componentes y subconjuntos que corresponden al conjunto del termostato de corte lento en cuestión.
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Vista explosiva del conjunto:
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Algunos componentes vistos en planta:
Luego de un profundo y exhaustivo análisis del mercado, se ha podido pronosticar la correspondiente cantidad de cafeteras que serán necesarias suministrar a dicho mercado independiente. De acuerdo a este análisis previo, se ha conformado para este producto el correspondiente plan maestro de producción (MPS), el cual indica que deberán fabricarse 600.000 unidades en el próximo año. Es decir: 50.000 u/mes o 12.500 u/semana o 2.500 u/día o 313 u/hora. Considerando que cada una de estas cafeteras lleva incluido como subconjunto un termostato conjunto, consideraremos para la implementación necesaria de este sector de la fábrica, las cantidades previstas que se indican en el plan maestro de producción (MPS). A partir de este momento todos los
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componentes del termostato corresponden a una demanda dependiente que esta indicada en el plan maestro de producción. Para la organización e implementación del sector se utilizaran los conceptos de análisis de los sistemas de inventario de demanda dependiente o plan de Requerimiento de Materiales (MRP) y los sistemas de producción Justo a Tiempo (JIT), así como también los conceptos ergonómicos propuestos por REFA para definir los diferentes puestos requeridos para el montaje de los subconjuntos y para el montaje final del producto. Se definirá también la distribución interna del sector de montaje.
ANALISIS DE LOS INVENTARIOS: Componentes comprados: 1. ELE 21: PORCELANA DE REGULACION: Cantidad por conjunto: 1 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 1 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 12.500 u/sem. x 1 sem.x (1+0,2) / 5.000u = 3 Kanban
2. ELE 22: PORCELANA AISLANTE: Cantidad por conjunto: 2 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 1 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 25.000 u/sem. x 1 sem.x (1+0,2) / 10.000u = 3 Kanban
3. ELE 24: BUJE DE PORCELANA: Cantidad por conjunto: 1 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 1 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 12.500 u/sem. x 1 sem.x (1+0,2) / 5.000u = 3 Kanban
4. ELE 38: TOPE DE PORCELANA: Cantidad por conjunto: 1 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 1 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 12.500 u/sem. x 1 sem.x (1+0,2) / 5.000u = 3 Kanban
5. ELE 33: CONTACTO DE PLATA: Cantidad por conjunto: 1 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 2 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 12.500 u/sem. x 2 sem.x (1+0,2) / 5.000u = 6 Kanban
6. ELE 35: CONTACTO DE PLATA: Cantidad por conjunto: 1 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 2 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 12.500u/sem. x 2 sem.x (1+0,2) / 5.000u = 6 Kanban
7. ELE 37: ARANDELA DE PRESION: Cantidad por conjunto: 1 Tiempo de giro del proveedor: Tg = 1 semana. Coeficiente de seguridad: α = 0,2 K = D . L (1+α) / C = 12.500 u/sem. x 1 sem.x (1+0,2) / 5.000u = 3 Kanban
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Componentes fabricados: 8. ELE 23: TERMINAL PALA: Cantidad por conjunto: 2 Material: Fleje en rollos de acero SAE 1010 pre cincado. Espesor: 0,8 mm Ancho: 30 mm Paso de la matriz: 22 mm Cantidad de bocas: 2 Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 45 min. Tiempo de fabricación: Tf = 64 min. (ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 30 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 169 min. = 2,82 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 Volumen neto por pieza = 0,8x30x22 / 2 = 264 mm 3 = 0,264 cm3 Peso neto por pieza = Pe . Vol. = 7,9x0,264 = 2,086 gr/u Se utilizara un rollo de Dint. = 150 mm, cuyo peso es de 10.600 gr, el cual representa la necesidad diaria considerando además por seguridad un pequeño descarte, el cual se procesa en un balancín equipado con una matriz que trabaja a 40 ciclos/min. de la que se obtiene: 2x2,086 gr. – 1 ciclo 10.600 gr. – x ciclos / rollo = 10.600/2x2,086 = 2.540 ciclos/rollo o sea que el tiempo de fabricación Tf de las necesidades diarias será: Tf = (2540 ciclos/rollo) / 40 ciclos/min. = 64 min. Entonces considerando que se usan 313 u/hora, como son 2 unidades por conjunto, se usaran 626 u/hora. Por lo tanto: K = D . L (1+α) / C = 626u/h x (2,82h)x (1+0,1) / 500u = 3,88 = ~ 4 Kanban
9. ELE 25: REMACHE BUJE: Cantidad por conjunto: 1 Material: Barra trefilada redonda de acero SAE 1112 Diámetro: 12 mm Longitud de barra: Lb = 6.000 mm Longitud utilizada por pieza: 22 + 2 (corte y desperdicio) = 24 mm Cantidad de barras utilizada por día: n = (6.000mm/barra)/(24mm/u) = 250 u/barra N = (Demanda u/día)/n (u/barra) = 2.500/250 = 10 barras/día Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 25 min. Tiempo de fabricación: Tf = 300 min. (ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 20 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 375 min. = 6,25 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 Para la obtención de este componente se utilizara un torno automático con CNC marca Camporesi cuya puesta a punto permite una fabricación de 500u/hora, por lo tanto: Tf = 2.500u/día/500u/hora = 5 horas/día = 300 min/día Entonces considerando que se usan 313 u/hora, la cantidad de Kanbans necesarios son:
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K = D . L (1+α) / C = 313u/h x (6,25h) x (1+0,1) / 500u = 4,3 = ~ 5 Kanban
10. ELE 31: TORNILLO DE CALIBRACION: Cantidad por conjunto: 1 Material: Barra hexagonal trefilada de latón Dimensión entre caras: 6 mm Longitud de barra: Lb = 2.500 mm Longitud utilizada por pieza: 8,5 + 1,5 (corte y desperdicio) = 10 mm Numero de piezas por barra: n = (2.500mm/barra)/(10mm/u) = 250 u/barra Cantidad de barras utilizada por día: N = (Demanda u/día)/n (u/barra) = 2.500/250 = 10 barras/día Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 20 min. Tiempo de fabricación: Tf = 200 min. (Ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 20 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 270 min. = 4,5 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 Para la obtención de este componente se utilizara un torno automático con CNC marca Camporesi cuya puesta a punto permite una fabricación de 750u/hora, por lo tanto: Tf = 2.500u/día/750u/hora = 3,33 horas/día = 200 min/día Entonces considerando que se usan 313 u/hora, la cantidad de Kanbans necesarios son: K = D . L (1+α) / C = 313u/h x (3,33h) x (1+0,1) / 500u = 2,29 = ~ 3 Kanban
11. ELE 32: SOPORTE SUPERIOR: Material: Fleje en rollos de acero SAE 1010 para embutido profundo. Espesor de la tira: 2 mm Ancho de la tira: 41 mm Paso de la matriz: 18 mm Cantidad de bocas: 1 Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 55 min. Tiempo de fabricación: Tf = 85,33 min. (ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 35 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 205,33 min. = 3,42 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 Volumen neto por pieza = 2x41x18 = 1.476 mm 3 = 1,476 cm3 Peso neto por pieza = Pe . Vol. = 7,9x1,476 = 11,66 gr/u Se utilizara un rollo de Dint. = 250 mm, cuyo peso es de 30.000 gr, el cual representa la necesidad diaria considerando además por seguridad un pequeño descarte, el cual se procesa en un balancín equipado con una matriz que trabaja a 30 ciclos/min. de la que se obtiene: 11,66 gr. – 1 ciclo 30,000 gr. – x ciclos / rollo = 30,000/11,66 = 2.560 ciclos/rollo o sea que el tiempo de fabricación Tf de las necesidades diarias será: Tf = (2560 ciclos/rollo) / 30 ciclos/min. = 85,33 min. Entonces considerando que se usan 313 u/hora. Por lo tanto: K = D . L (1+α) / C = 313u/h x (3,42h)x(1+0,1) / 500u = 2,36 = ~ 3 Kanban
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12. ELE 34: SOPORTE PORTA CONTACTO SUPERIOR: Material: Fleje en rollos de acero inoxidable para resortes Inconel. Espesor de la tira: 0,15 mm Ancho de la tira: 11,5 mm Paso de la matriz: 34 mm Cantidad de bocas: 1 Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 15 min. Tiempo de fabricación: Tf = 101,68 min. (ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 10 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 156,68 min. = 2,61 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 Volumen neto por pieza = 0,15x11,5x34 = 58,65 mm 3 = 0,05865 cm3 Peso neto por pieza = Pe . Vol. = 8,05x0,05865 = 0,472 gr/u Se utilizara un rollo de Dint. = 150 mm, cuyo peso es de 2.400 gr, el cual representa la necesidad para 2 días considerando además por seguridad un pequeño descarte, el cual se procesa en un balancín equipado con una matriz que trabaja a 50 ciclos/min. de la que se obtiene: 0,472 gr. – 1 ciclo 2.400 gr. – x ciclos / rollo = 2.400/0,472 = 5.084 ciclos/ rollo o sea que el tiempo de fabricación Tf será: Tf = (5,084 ciclos/ rollo) / 50 ciclos/min. = 101,68 min. = 1,69horas Entonces considerando que se usan 2.500 unidades por día, resultara: K = D . L (1+α) / C = (313 u/hora x 2,61 horas)x(1+0,1) / 500u = 1,8 = ~ 2 Kanban
13. ELE 35: SOPORTE PORTA CONTACTO INFERIOR: Material: Fleje en rollos de acero inoxidable para resortes Inconel. Espesor de la tira: 0,25 mm Ancho de la tira: 11,5 mm Paso de la matriz: 30,5 mm Cantidad de bocas: 1 Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 15 min. Tiempo de fabricación: Tf = 102 min. (Ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 10 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 157 min. = 2,62 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 Volumen neto por pieza = 0,25x11,5x30,5 = 87,69 mm 3 = 0,08769 cm3 Peso neto por pieza = Pe . Vol. = 8,05x0,08769 = 0,7059 gr/u Se utilizara un rollo de Dint. = 150 mm, cuyo peso es de 3.600 gr, el cual representa la necesidad para 2 días considerando además por seguridad un pequeño descarte, el cual se procesa en un balancín equipado con una matriz que trabaja a 50 ciclos/min. de la que se obtiene: 0,7059 gr. – 1 ciclo 3.600 gr. – x ciclos / rollo = 3.600/0,7059 = 5.100 ciclos/ rollo o sea que el tiempo de fabricación Tf será: Tf = (5.100 ciclos/ rollo) / 50 ciclos/min. = 102 min. = 1,7horas Entonces considerando que se usan 2.500 unidades por día, resultara: K = D . L (1+α) / C = (313 u/hora x 2,62 horas)x(1+0,1) / 500u = 1,8 = ~ 2 Kanban
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14. ELE 39: BIMETAL: Material: Fleje en tiras rectas de dos aceros especiales soldados entre si, de 1700 mm de longitud. Espesor de la tira: 0,6 mm Ancho de la tira: 10 mm Paso de la matriz: 34 mm Cantidad de bocas: 1 Tiempo de giro o demora interna: Tg = 30 min. Tiempo de alistamiento: Ta = 15 min. Tiempo de fabricación: Tf = 100 min. (Ver mas abajo) Tiempo de desalistamiento: Td = 10 min. Tiempo total: Tt = Tg + Ta + Tf + Td = 155 min. = 2,58 hs. Coeficiente de seguridad: α = 0,1 34 mm/unidad – 1 ciclo 1.700 mm/tira. – x ciclos / tira o sea que n = 1.700/34 = 50 unidades/tira N = (Demanda u/día)/n (u/tira) = 2.500/50 = 50 tiras/día Como se utiliza un balancín equipado con una matriz que trabaja a 25 ciclos/min. se obtiene: Tf = 50 tiras/día x 50 u/tira / 25 ciclos/min = 100 minutos/día Entonces considerando que se usan 2.500 unidades por día, resultara: K = D . L (1+α) / C = (313 u/hora x 2,58 horas)x(1+0,1) / 500u = 1,78 = ~ 2 Kanban ------------------------------------------De esta forma se han establecido: • • •
los inventarios requeridos de los componentes comprados. los inventarios requeridos de los componentes fabricados. los inventarios requeridos y sus características de las materias primas necesarias.
A continuación se detallaran los diferentes puestos diseñados según lo propuesto por REFA que cumplan además con los requerimientos indicados en el plan maestro de producción.
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Puesto de armado del soporte superior con tornillo de calibración (vistas lateral y superior)
Como esta configuración e implementación permite lograr una producción de 600 unidades por hora, se podrá lograr la producción diaria requerida de 2.500 subconjuntos en un tiempo total de 4,1666 horas netas continuas.
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Puesto de armado de subconjuntos porta contactos superior e inferior Vista superior): Este puesto permite el montaje simultáneo de 2 conjuntos, utilizando para ello un carro móvil que permite ubicar las piezas a remachar debajo de una prensa neumática que es accionada con el pie.
Como esta configuración e implementación permite lograr una producción de 960 unidades por hora, la mitad por cada mano, se podrá lograr la producción diaria requerida de 2.500 subconjuntos en un tiempo total de 2,69 horas netas continuas. 960u/h . 7h / 2.500sub/dia = 2,60 horas
Dispositivo para remachado de contactos en porta contactos superior e inferior
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Puesto de armado de subconjunto porta contacto superior e inferior (vista lateral)
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Puesto de armado de subconjunto bimetal (vista superior) Este puesto permite el montaje simultáneo de 2 conjuntos, utilizando para ello un carro móvil que permite ubicar las piezas a remachar debajo de una prensa neumática que es accionada con el pie.
Como esta configuración e implementación permite lograr una producción de 720 unidades por hora, la mitad por cada mano, se podrá lograr la producción diaria requerida de 2.500 subconjuntos en un tiempo total de 2,69 horas netas continuas. 720u/h . 7h / 2.500sub/dia = 2,02 horas
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Análisis de las áreas de armado de los 4 subconjuntos considerando el movimiento de los materiales
Esta última solución es la mas adecuada por ocupar menos espacio superficial (9,36 m 2)
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Puesto de armado del termostato conjunto y las distintas ubicaciones de los componentes: Remache buje. Buje de porcelana aislante. Terminal pala. Subconjunto porta contacto superior. Soporte superior con tornillo. Porcelana de regulación. Porcelana aislante. Subconjunto porta contacto inferior. Subconjunto bimetal.
De ambas versiones se elige la B. Con cada uno de estos puestos tenemos una capacidad de producción de 130 conjuntos por hora, con lo cual se puede alimentar sin inconvenientes el único puesto de remachado final con el uso de solamente 3 puestos idénticos, para lograr abastecer a este ultimo con un ritmo de 390 conjuntos armados por hora. Si la capacidad real de producción del puesto de remachado es de 400 conjuntos por hora (o sea 2800 conjuntos por dia), el cuello de botella son los 3 puestos de armado final, con una capacidad diaria equivalente a 2.730 conjuntos por dia. A pesar de existir un desbalanceo en esta línea de montaje final, se lo puede considerar medianamente aceptable, con lo cual se lograría una producción máxima mensual de 54.600 termostatos en un horario normal de 8 horas (7 útiles) y 20 días por mes (5 dias por semana).
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Configuración de la línea de armado final del termostato
