Tema 14 Balance de Lineas No Maquinas

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ESTUDIO DEL 
TRABAJO
INGENIERIA INDUSTRIAL
ESTUDIO DEL TRABAJO
Sesión: 14
Tema: Balance de Línea
INGENIERÍA DEL TRABAJO
2
Contenido
Equilibrado de la línea de producción
Línea de fabricación
Línea de ensamblaje
Objetivos de aprendizaje
Cuando	haya	completado	este	capítulo,	debe ser capaz de:
Describir o explicar:
Cómo equilibrar el flujo de producción en una instalación repetitiva u orientada al producto
Balance de líneas de producción
El	problema
de	balance	de	líneas	de
producción consiste en distribuir físicamente
las	tareas
estaciones
procesos	individuales	entre
celdas	de	trabajo,	con	el
objetivo	(idealmente)	de	que	cada	estación de trabajo nunca esté ociosa.
Se	genera	en	organizaciones	orientadas	al producto.
Dispuesta para fabricar un producto específico.
Problema de balance de lines de producción 
Asignar tareas individuales a estaciones de trabajo tal que se optimice una cierta medida de desempeño definida para tal fin.
Existe un balance perfecto en una línea de producción, cuando todas sus estaciones de trabajo tienen la misma cantidad de labor y el producto fluye sin retrasos.
Objetivos
Su objetivo es minimizar el desbalance en la línea de fabricación o ensamblaje:
Balancear la salida de cada estación de trabajo
Reducir los desequilibrios entre máquinas o personal, al tiempo que se obtiene la producción deseada de la línea.
Objetivos
8
Crear un flujo suave y continuo sobre la línea de producción.
Mínimo de tiempo ocioso entre cada estación.
Maximizar la eficacia.
Minimizar	el	número	de	las	estaciones	de trabajo.
Ejemplo de balance de líneas
Una industria desea estructurar una línea de ensamblaje para producir un determinado producto, requeriendo para ello, la realización de 10 tareas.
9
	Tarea	Tiempo (segs)	Tarea Predecesora
	1	40	2,3
	2	30	4,5
	3	50	6,7
	4	36	8
	5	20	8
	6	25	9
	7	19	9
	8	10	10
	9	14	10
	10	30	-
Tareas y su precedencia
Tareas u Operaciones
10
Distribución posible
Estaciones de Trabajo
11
Distribución posible
120 segs.
12
88 segs.
66 segs.
Ejemplo
Las estaciones de trabajo
Trabajan en paralelo
Al	mismo	tiempo	se	efectúan	tareas	en cada estación de trabajo
13
trabajo	se	pasen	el	producto
La	idea	es	que	las	estaciones	de
en
proceso “in step”
todas a la vez
en el mismo momento
Ejemplo
WS1 le pasa a WS2
WS2 le pasa a WS3
WS3 le pasa a la próxima etapa en el proceso
WS1
WS2
WS3
120 segs.
14
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
88 segs.
66 segs.
Ninguna estación de trabajo puede pasar el producto hasta que la siguiente halla terminado su proceso (esté libre) (estrategia just-in time)
15
En la solución planteada, la línea de ensamblaje termina un producto cada 120 segs.
El sistema progresa a la velocidad de la estación de trabajo más lenta.
Ejemplos
Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin de tener al menos un producto cada 60 segs.
40 segs.
16
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
50 segs.
55 segs.
55 segs.
44 segs.
30 segs.
Ejemplos
17
Problemas de Balance de Línea
Asignación de n procesos a k estaciones de trabajo, minimizando el tiempo muerto (ocioso) sujeto a restricciones de precedencia y tecnológicas.
Se requiere asignar los n procesos o tareas necesarias para la elaboración de un cierto producto en k estaciones de trabajo.
k = número de estaciones de trabajo
n = número de procesos y tareas
k  n
El tiempo de ciclo
18
El tiempo de ciclo, c, es el tiempo que permanece cada pieza o producto en proceso en cada estación.
Tiempo de producción disponible por turno (d)
c =	-----------------------------------------------------------------------------------
Demanda por turno o Tasa de producción por turno o Volumen de producción deseado por turno (V)
Es el tiempo que marca la velocidad de procesamiento del producto.
Cada vez que se cumple el tiempo de ciclo, cada estación debe pasar el producto en proceso a la siguiente estación.
19
Ejemplo:
Se desean producir 1.000 unidades por turno de trabajo
V = 1000 unidades/turno
con una disponibilidad de 480 minutos por turno d = 480 minutos/turno
El ciclo de la línea será
c = d / V = 480 minutos/turno / 1000 unidades/turno c = 0,48 minutos/unidades
El tiempo de ciclo
20
c= Tiempo/unidad de producto.
Es un dato dado previamente.
No tiene sentido establecer una distribución de estaciones para producir, por ejemplo:
90 unidades cada hora
(c=3600/90 = 40 segs/unidad)
si sólo requerimos
45 unidades por hora
(c=3600/45 = 80 segs/unidad)
El tiempo de ciclo
El tiempo muerto
21
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
El	tiempo	muerto,
TM,	es	la
desempeño	utilizada	en
un	problema
medida	de
de
n
balance de líneas de producción.
TM	 kc  ti
i1
ti
n
t
T	
t	 i i1
es el tiempo estándar de elaboración del proceso o tarea i , determinado por las técnicas de medición del trabajo
i = 1,2,...,n
es el tiempo estándar total de trabajo para terminar	una unidad del producto, si
-cada tarea o proceso se realiza secuencialmente
-sin tiempos de espera entre las tareas
Ejemplo
22
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
En el ejemplo anterior:
Tiempo de ciclo deseado Suponga d = 3600 segundos/hora
V = 60 unidades/hora
c = 3600 segs/hr / 60 unid/hr = 3600/60 = 60 segs./unidad
No. de estaciones de trabajo k = 6 estaciones
kc=60x6=360 sgs.
n
i 1
Tt	 ti	= 40 +50 + 55 + 55 +44 +30 = 274 segs.
n
TM	 kc  ti
i1
TM = 6x60 -274 = 360 - 274 = 86 segs.
Medidas de eficiencia
23
BALANCE DE LINEAS
Eficacia (Eficiencia) del ciclo =
/ kc x 100
EC = 274 / 360 x 100 = 76,11%
Idealmente debe ser 100%
Retraso del balance = TM / kc x 100 = 1 - EC
Es el porcentaje de la mano de obra ociosa
RB = 86 / 360 x 100 = 23,89%
Idealmente debe ser 0%
n
ti
i 1
Es el porcentaje real de utilización de la mano de obra	empleada en la línea. También se llama “Tasa de Utilización” (“Utilization Rate”)
Minimización del tiempo muerto
24
Si TM = 0, entonces,
el número de estaciones teórico es
c
Para tener un retraso mínimo
n
ti
kt	 i1	
n
Minimizar TM es equivalente a minimizar k
TM	 kc  ti
i1
25
Métodos exactos
Programación dinámica
Programación entera
Teoría de redes
Métodos heurísticos
Presentan problemas en cuanto al tamaño del	problema a resolver
Ayudan a dar una respuesta adecuada a problemas de mayor dimensión
Métodos de Resolución
Proceso normal de un equilibrado de la línea de ensamblaje
Calcular el tiempo de ciclo requerido dividiendo el tiempo productivo o disponible diario o por turno (d) entre las unidades de demanda diaria o por turno (o tasa de producción) (V).
Calcular	el	número	mínimo	teórico
de	estaciones	de
trabajo. Esto es, la duración total de las tareas dividida por
el tiempo de ciclo.
Equilibrar	la	línea,	asignando	tareas	de	montaje específicas a cada estación de trabajo.
V
26
d
c 
c	c
T 
n
ti
kt	
t	 i1	
min
Pasos del equilibrado de la línea de ensamblaje
27
Identificar una lista maestra de tareas u operaciones.
Estimar la secuencia, considerando las restricciones:
De secuencia de realización de las operaciones.
Tecnológicas, en cuanto a qué operaciones deben realizarse en la misma estación o por el contrario, no pueden realizarse en la misma estación.
Operarios: Nro. de trabajadores requeridos por operación (Oi)
Dibujar el diagrama de precedencia.
Calcular los tiempos de las tareas.
Calcular el tiempo del ciclo.
Calcular el número de estaciones de trabajo.
Asignar las tareas.
Calcular la eficacia u eficiencia.
Estimar el retraso en el balance (inactividad).
Operarios
28
En cuanto al Número de Operarios, Trabajadores u Obreros
Conviene que todas las operaciones de una misma estación tengan asignado el mismo número de obreros.
Si no es así, se presentarán problemas de inactividad.
Supondremos, que el número de trabajadores en cada puesto de cada estación de trabajo Oi es el mismo para cada operación.
Casos de Problemas
Ciclo	es	mayor	que los tiempos estándar
c  ti
Ciclo	es	menor	que los tiempos estándar
c  ti
ProblemasMixtos
División del Trabajo
Concentración del Trabajo
División del Trabajo
Concentración del Trabajo
29
Ciclo es mayor que los tiempos estándar
Con división del Trabajo
Supone una operación por cada estación
40 segs
30
30 segs
36 segs
25 segs
50 segs
20 segs
30 segs
14 segs
19 segs
 274 segs .
10 segs
Tt	  ti
i
Ciclo mayor que los tiempos estándar
y división del trabajo
	45 ,67 %
274		274
kc	10 x 60	600
E		Tt	
40 segs
31
30 segs
36 segs
25 segs
50 segs
20 segs
10 segs
30 segs
14 segs
19 segs
i
Tt	  ti	 274 segs .
Si k = 10 y c = 60 segs/unid.
RB  100%  45,67%  54,33%
Medidas de Eficiencia
Ciclo mayor que los tiempos estándar
y división del trabajo
40 segs
36 segs
30 segs
25 segs
20 segs
10 segs
30 segs
14 segs
50 segs
19 segs
Medidas de Eficiencia
E = 45,67% y RB = 54,33%
Resulta en extremo ANTIECONOMICO
Concentración Mínima del Trabajo
Buscar combinaciones de operaciones cuyos ti sumen c o menos
32
Combinación de operaciones cuyos ti
sumen c o menos
i
t	i
T	 t	 274
40 segs.
50 segs.
55 segs.
Distribución	con	6	estaciones	de	trabajo	a	fin	de	tener	al menos un producto cada 60 segs.
55 segs.
44 segs.
30 segs.
Si k = 6 y c = 60
E  Tt		274	 76,11%
kc	6x60
RB  23,89%
33
Heurísticas de distribución física que pueden utilizarse para asignar tareas en un equilibrado de línea de ensamblaje
34
Tiempo de tarea más largo. Elegir la tarea que tenga el tiempo más largo.
Más tareas siguientes. Elegir la tarea que tenga más tareas siguientes.
Mayor peso en secuencia. Elegir la tarea que, sumando los tiempos de las tareas siguientes, tenga mayor peso.
Tiempo de tarea más corto. Elegir la tarea que tenga el tiempo más corto.
Menor número de tareas siguientes. Elegir la tarea que tenga el menor número de tareas siguientes.
Ejemplo: relaciones de precedencia
Considere nueve tareas cuya relación de precedencia se ilustra en la figura y se cuantifica en la tabla siguiente:
8
9
V
|	3	|	|	|
|		|		|		| 1	|	4	 |	5	 |	7	 |
|	|	|	|
2	|	|	6	|	|
|	|	|	|
|		|		|		| I	|	II	 |	III	|	IV		|
|	|	|	|
35
Tiempo de procesamiento
36
2	3
3	6
4
5
6
7
8
9
8
10
7
1
5
3
Tarea	Tiempo de procesamiento ( ti	) 1		5
 ti ( max )
9
i1
i
t	 48
Valores máximos y mínimos para c
37
El	ciclo	c	se	calcula	empíricamente,	su	valor oscila entre una cota inferior y una cota superior.
9
 10  c  48  ti
ti ( max )
c
ti
9
k  i1	
i1
El número de estaciones de trabajo, debe ser
un número entero.
Se estiman alternativas de valor de c
c	puede	tomar	cuatro	valores	diferentes	de modo que la relación resulte un número entero
9
i1
 i
t	 48  24  3
1
c	 24  3  48
2
c	 23  3  24
3
c	 22  3  12
4
c	 24	 16
48
48
1
9
1
 1
c
t
k	 i1	
 i
24
48
9
2
c
k
ti
 i1	
48
2
9
3
c	12
k
ti
 i1	
3 9
38
4
4
c	16
k	 i1	 48  3
ti
 2
estaciones de trabajo
 4
Se selecciona el valor de c y con ese valor se
construye la siguiente tabla
 	Seleccionando c=16
)
	Orden de precedencia			Tarea			ti			ti ( parcial)
i			ti (acumulado
i
	I			1			5						
				2			3			8			8
	II			3			6						
				4			8			14			22
	III			5			10						
				6			7			17			39
	IV			7			1			1			40
	V			8			5						
				9			3			8			48
39
4
Se asignan tareas a las estaciones
40
valor de
Se busca en el grupo II si cualquier combinación de procesos proporciona 8 unidades de tiempo. Esto ocurre con el proceso 4. Se asigna el proceso 4 a la estación 1.
Ahora el valor de c es nulo para la estación 1. No se deben asignar más procesos a esta estación.
Se asignan trabajos a la estación 1 hasta encontrar en la columna que corresponde a ti (acumulado) la primera fila mayor o igual a c = 16 (ocuirre en la cuarta fila con un
valor de 22 e incluye las relaciones de precedencia I y II).
Se asignan los procesos del grupo I (que requieren 8 unidades de tiempo) a la estación 1, lo que reduce el
c  16  8  8	.
Asignación de tareas a la estación 1
Seleccionando c=16
	Estación k			Orden de
precedencia			Tarea			ti			ti ( parcial
i	)		ti (acum.)
i
				I			1			5						
	1						2			3			8			8
				II			4			8			8			16
				II			3			6			6			22
	sin			III			5			10						
	asignación						6			7			17			39
				IV			7			1			1			40
				V			8			5						
							9			3			8			48
41
4
42
Se sigue el mismo procedimiento para el
resto de las estaciones 
De manera análoga, para la estación 2 se utiliza un ciclo c
= 16 unidades. Al revisar la tabla, concluimos que el proceso 3 debe asignarse a la estación 2.
El ciclo se reduce a . Buscando en el grupo III, se concluye que el proceso 5 se puede asignar a la estación 2.
c = 0. No se asignan más procesos a la estación 2.
Repitiendo el mismo procedimiento, se obtiene que la estación 3 estará integrada por los procesos 6,7,8 y 9.
E = 48/(3x16) = 100%
Estaciones de trabajo para c=16
Asignación de 3 estaciones de trabajo
3
4
8
9
V
|
|
1	|
|
2	|
|
|
I	|	II
|
|
|
|	5
|
|
|
|
|	III
|
|	|
|	|
|	7	|
|	|
6	|	|
|	|
|	|
|	IV	|
|	|
Estación 1
43
Estación 2
Estación 3
kc	6x60	300
E  Tt		274	 274  91,33%
40 segs
25 segs
50 segs
20 segs
30 segs	10 segs
30 segs
14 segs
19 segs
t	i
T	  t	 274 segs .
i
Si c = 60 segs/unid.
RB  100%  91,33%  8,67%
Con concentración máxima del trabajo
Todas las operaciones se asignan a una sola estación
Medidas de Eficiencia
36 segs
Se requieren varios puestos de trabajo:
Se tendría una sola estación con 5 puestos de trabajo, cada uno realizaría las 10 operaciones.
c	60
44
274
 4,56  5 puestos
pi  i	
ti
Ciclo mayor que los tiempos estándar y concentración de trabajo
45
Con concentración máxima del trabajo
Todas las operaciones se asignan a una sola estación
En la teoría, la concentración máxima es superior.
En la práctica, no es posible, por cuanto:
Resulta antieconómica si cada operación requiriera un número diferente de trabajadores para su realización.
Por	restricciones	tecnológicas,	algunas	operaciones	no	se pueden realizar en el mismo lugar de las demás.
Conduce a una duplicidad innecesaria de equipos, cuando las operaciones no son todas manuales.
La	variedad	excesiva	del	trabajo	puede	reducir	la productividad de la mano de obra.
Ciclo mayor que los tiempos estándar y concentración del trabajo
46
c  ti
La secuencia de realización de las operaciones no interfiere en la solución del problema.
Se	deben	tener	en	cuenta	las	restricciones tecnológicas.
Ciclo menor que los tiempos estándar
1
8
7
0,82
3
1,68
1,10
2
2,69
5
0,67
1,87
0,80
6
6
0,86
4
4
Requerimientos de producción V = 1000 unidades/turno
d = 480 minutos/turno
El ciclo de la línea será
c = d / V = 480 / 1000 unid/turno c = 0,48 minutos/unidades
47
Ciclo menor que los tiempos estándar y división del trabajo 
Cálculos
Puestos
de	trabajo	por
operación
Asignado	por
2.	Tiempo
operación
3.	Eficiencia de la línea
c
48
p
iteorico
 ti
teórico
real
pi
 EnteroSuperior( pi	)
ta	 p	c
i	ireal
i	i
t o
E i	
tai oi
i
Ciclo menor que los tiempos estándar y división del trabajo 
Cálculos
4.	Ciclo individual por tarea
5.	Ciclo mínimo
6.	Volumen	máximo producción por turno
real
pi
t
ci	i	
c'  CicloMínimo  maxci 
de
d
maxci 
49
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
4
V '  VolumenMáximo 
Ciclo menor que los tiempos estándar y división del trabajo 
8.	Eficiencia
50
BALANCE DE LINEAS
4
_
Cálculos
Eficiencia del Ciclo Mínimo
7.	Tiempos asignados del ciclo mínimo
t'a	 p	c'
i	ireal
ti oi 
(t'ai oi )
i
E' i	
Ciclo menor que los tiempos estándar y división del trabajo 
51
	Operación	Precedencia	ti	Oi	piteórico	pireal	tai	ci	t´ai
	1	-	0.82	1	1.71	2	0.96	0.410	0.94
	2	1	1.10	1	2.29	3	1.44	0.367	1.40
	3	1	1.68	1	3.50	4	1.92	0.420	1.87
	4	2	2.69	2	5.60	6	2.88	0.448	2.81
	5	3	0.67	1	1.40	2	0.96	0.335	0.94
	6	4, 5	0.86	2	1.79	2	0.96	0.430	0.94
	7	6	1.87	1	3.90	4	1.92	0.468	1.87
	8	6	0.80	1	1.67	2	0.96	0.400	0.94
	Total		10.49	10	21.85	25	12.00	-	11.69
Ciclo menor que los tiempos estándar y división deltrabajo 
52
E = 14,04/15,84 = 88,64% RB = 11,36%
E’ = 14,04/15,4275 = 91,01% RB’ = 8,99%
		ti x Oi	tai x Oi	t'ai x Oi
	1	0.82	0.96	0.935
	2	1.1	1.44	1.4025
	3	1.68	1.92	1.87
	4	5.38	5.76	5.61
	5	0.67	0.96	0.935
	6	1.72	1.92	1.87
	7	1.87	1.92	1.87
	8	0.8	0.96	0.935
	Total	14.04	15.84	15.4275
Ciclo menor que los tiempos estándar y división del trabajo 
Añadimos restricciones tecnológicas
Las operaciones 1, 2 y 3 se unen en la misma estación.
Igual con las operaciones 4 y 6.
Las operaciones 1,
2 y 3 se unen en una sola operación. Igual con las operaciones 4 y 6.
CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO
53
Ciclo menor que los tiempos estándar y división del trabajo 
54
	Operación	Estación	ti	Oi	piteórico	pireal	tai	ci	t´ai
	1, 2, 3	I	3.60	1	7.50	8	3.84	0.450	3.74
	5	II	0.67	1	1.40	2	0.96	0.335	0.94
	4, 6	III	3.55	2	7.40	8	3.84	0.444	3.74
	7	IV	1.87	1	3.90	4	1.92	0.468	1.87
	8	V	0.80	1	1.67	2	0.96	0.400	0.94
	Total		10.49	6	21.85	24	11.52	-	11.22
Ciclo menor que los tiempos estándar y concentración del trabajo 
55
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
4
		ti x Oi	tai x Oi	t'ai x Oi
	1	3.6	3.84	3.74
	5	0.67	0.96	0.935
	6	7.1	7.68	7.48
	7	1.87	1.92	1.87
	8	0.8	0.96	0.935
	Total	14.04	15.36	14.96
E = 14,04/15,36 = 91,41% RB = 8,59%
E’ = 14,04/14,96 = 93,85% RB’ = 6,15%
Ciclo menor que los tiempos estándar y concentración del trabajo 
Problemas Mixtos
56
USB PS4161 GESTION DE LA PRODUCCION I
BALANCE DE LINEAS
4
	Operación	Precedencia	ti	Oi
	1	-	0.25	1
	2	1	0.12	1
	3	1	0.15	1
	4	2	0.08	1
	5	2	0.07	1
	6	5, 7	0.08	1
	7	3	0.20	1
	8	7	0.19	1
	9	4, 6, 8	0.18	1
	10	9	0.80	2
	Total		2.12	-
 	_
Resolver el siguiente problema:
Por restricciones tecnológicas, las siguientes operaciones deben realizarse en la misma estación:
1, 2, 5
3, 6, 7
4, 8, 9
Suponga un c = 0,45
57
	Operación	Estación	ti	Oi	piteóric
o	pireal	tai	ci	t´ai
	1, 2, 5	I	0.44	1	0.98	1	0.45	0.440	0.45
	3, 6, 7	II	0.43	1	0.96	1	0.45	0.430	0.45
	4, 8, 9	III	0.45	1	1.00	1	0.45	0.450	0.45
	10	IV	0.80	2	1.78	2	0.90	0.400	0.90
	Total		2.12	5	4.71	5	2.25	-	2.25
PROBLEMAS MIXTOS
58
		ti x Oi	tai x Oi	t'ai x Oi
	1	0.44	0.45	0.45
	5	0.43	0.45	0.45
	6	0.45	0.45	0.45
	7	1.6	1.8	1.8
	Total	2.92	3.15	3.15
E = E’ = 2,92/3,25 = 92,70% RB = RB’ = 7,30%
PROBLEMAS MIXTOS
¡Gracias!