3 1 Diseño de una línea de producción

Vista previa del material en texto

DISEÑO DE OPERACIONES
CICLO 2020 - I
UNIVERSIDAD DE PIURA
PROGRAMA ACADÉMICO DE IIS
LÍNEAS DE PRODUCCIÓN
Introducción
Las organizaciones que fabrican grandes volúmenes de un solo producto (o pocas variaciones del mismo) pueden obtener beneficios económicos con un proceso en línea (serie, masa o cadena). 
A principios del siglo XX, Henry Ford revolucionó la industria, a EE.UU. y a su economía produciendo automóviles de manera masiva.
Como cada coche era idéntico, la secuencia de construcción podía quedar predeterminada hasta detalles pequeños. Cada actividad fue estudiada minuciosamente por ingenieros y gerentes para encontrar la forma de hacerla más rápido y al menor costo posible. 
Introducción
La subdivisión del trabajo, equipo especializado y una capacitación intensiva de los operarios fueron las estrategias usadas para reducir los tiempos de realización de las operaciones.
Esto se convirtió en el concepto básico de la línea de ensamble de Ford. La distribución física por producto sigue tan vigente como en 1913.
4
El esfuerzo para diseñar una línea de producción es considerable (la división del trabajo, la especialización y el diseño de cada uno de los puestos o estaciones de trabajo consumen mucho tiempo y dinero).
Cuando una línea ha sido preparada para una capacidad de producción, la especialización de las máquinas, herramientas y operarios hacen que cambiar su capacidad sea caro y tome mucho tiempo (es inflexible).
Es por esto que las líneas se usan fundamentalmente para productos maduros, en los que el volumen de producción alto, la mínima variedad y el bajo costo son sus características esenciales.
Introducción
Técnicas de diseño
Las líneas de ensamble a menudo son diseñadas y realizadas por ingenieros industriales.
Históricamente han utilizado técnicas manuales basadas en el ensayo y error, planos y procedimientos gráficos para su diseño inicial y luego mejorarlo.
Para las grandes instalaciones, con muchas actividades y centros de trabajo, los procedimientos de optimización matemáticos (de optimización y heurísticos) y el criterio de los diseñadores experimentados aseguran el encontrar el mejor diseño posible. 
Definición del problema de diseño de una línea
El problema fundamental del diseño de las líneas de ensamble es encontrar el número de estaciones de trabajo (trabajadores) y las actividades a ser realizadas en cada estación, de manera que se pueda alcanzar el nivel deseado de producción, minimizando los recursos.
Si las actividades serán asignadas a las estaciones de trabajo, es necesario considerar su secuencia. ¿Cuáles trabajos deben de hacerse primero y cuáles después? 
No se debe perder de vista que se busca alcanzar la producción deseada de una manera eficiente.
Procedimiento para diseñar una línea de producción
El procedimiento para diseñar la línea tiene seis etapas:
Calcular el tiempo de ciclo.
Calcular el número mínimo de estaciones de trabajo necesario.
Definir las actividades elementales.
Identificar los requerimientos de la precedencia.
Aplicar una heurística de asignación para especificar el contenido de trabajo de cada estación.
Calcular la eficacia y la eficiencia.
Supongamos el montaje de un producto sencillo, como un lapicero. 
Si la capacidad debe ser de 10,000 unidades/día y en el día sólo se trabaja un turno (480 min/día), entonces:
	p = tasa de producción = 10,000 u/día
Tc = 1 / p = 480x60 / 10,000 = 28800 / 10,0000 = 2.88 seg/u
Esto quiere decir que de la línea debe salir un producto terminado cada 2.88 segundos como máximo. En ese sentido el Tc es el tiempo máximo de operación en cada estación de trabajo.
1. Tiempo máximo de ciclo
Continuando con el ejemplo anterior: 
Capacidad: 10,000 unidades/día. 
Tiempo total de Montaje: 1 minuto/unidad.
Se necesitarán 10,000 minutos/día, pero como sólo se cuenta con 480 min/día, entonces: 10,000/480 = 20.8 = 21 puestos de trabajo.
En conclusión, se requiere una línea con 21 estaciones de trabajo como mínimo, pues luego se verá que puede tener que ponerse más estaciones para asignar todas las actividades elementales en las estaciones sin exceder el Tc.
2. Número mínimo de estaciones de trabajo
Ejemplo:
Suponiendo una tasa de producción (p) de 6 unidades/hora, 
el tiempo de ciclo (tc= 1/p) = (60/6) es de 10 minutos/unidad.
De aquí se puede determinar el número de estaciones mínimo necesario.
Si el contenido del trabajo (Ct) es de 72 minutos/unidad, entonces con un tiempo de ciclo de 10 minutos/unidad, el número de estaciones será:
Nº Et = Ct /tc = 72/10 = 7.2 estaciones de trabajo
Entonces se requieren 8 estaciones, como resultado de redondear 7.2 hacia arriba.
Tc y N°Et
Las actividades elementales, fruto de la subdivisión del proceso de producción, se asignan a los operarios, una o unas pocas a cada operario, partiendo de la premisa de que la especialización crea eficiencia.
Se eliminan los stocks intermedios sincronizando las diferentes actividades. Cuando un operario termina las tareas que tiene asignadas, la pieza en curso pasa al siguiente operario, que a su vez acaba de terminar su trabajo en la pieza anterior.
3. Definir las actividades elementales
El diseño de una línea de producción eficiente, requiere:
 división adecuada del trabajo, en actividades elementales,
 diseño del mejor método para cada actividad,
 determinar el tiempo estándar de cada actividad.
3. Definir las actividades elementales
3. Ejemplo de actividades elementales del ensamble de ventanas
Al agrandar se ve la raya izquierda del cuadro.
16
4. Identificar los requerimientos de precedencia
Ejemplo:
4. Identificar los requerimientos de precedencia
Diagrama de precedencia del ejemplo anterior:
5. Métodos de equilibrio de líneas
Una vez determinados los parámetros de la línea, hay que asignar las tareas a las estaciones para tener la mayor eficiencia. Este problema es muy complicado. Hasta hace unos años la única forma posible era por tanteo.
Recientemente, se han puesto a punto métodos matemáticos que se pueden procesar en computadoras personales y que logran equilibrar satisfactoriamente líneas complicadas.
Existen varios programas de cómputo para manejar la asignación de estaciones de trabajo en líneas de ensamble con 100 o más actividades de trabajo individuales. Dos rutinas de computo, COMSOAL (Computer Method for Sequencing Operations for Assembly Lines) y ASYBL (programa para la configuración de una línea de ensamble de General Electric), se usan con frecuencia en los problemas grandes para evaluar los miles (o millones de combinaciones de estaciones de trabajo posibles) con mucha mayor eficiencia de lo que podría lograrse haciéndolo a mano.
5. Heurísticas para diseñar líneas
Los métodos de optimización para equilibrar líneas toman mucho tiempo pues deben analizar todas las combinaciones posibles, sin embargo dan la distribución óptima.
Los modelos matemáticos de carácter heurístico pueden proporcionar ayuda para obtener un diseño de línea en menor tiempo de computación y en el entorno del óptimo.
Estas reglas se han obtenido por medio de la observación y por la experimentación. Una regla heurística es la de Tiempo de Operación más largo (TOL) que veremos a continuación.
5. EJEMPLO
Un fabricante está diseñando una planta que fabricará ventanas de aluminio reforzadas. La capacidad de producción mínima necesaria es de 320 ventanas por día. 
Es un buen diseño si:
1. Satisface la capacidad de producción deseada.
2. La secuencia es técnicamente factible.
3. Si es una línea eficiente.
5.1. Tc
Se calcula el tiempo del ciclo máximo permisible en el caso que se trabajara sólo un turno/día y 8 horas/turno.
Tiempo del ciclo máximo permisible = _Tiempo disponible/día__
				 Número deseado de u/día
= (28800 segundos/día) / (320 unidades/día) = 90 segundos/unidad
Es decir, cualquier diseño con un tiempo del ciclo con una duración de 90 segundos o menos, proporcionará la capacidad deseada.
Los diseños con tiempos del ciclo que excedan a los 90 segundos no seránde la capacidad adecuada.
5.2. N° de Et
Si el contenido total del trabajo es de 380 segundos/unidad, se puede calcular el número teórico mínimo de estaciones que se requieren:
Como se está tratando con estaciones completas, por lo menos se necesitan 5. El diseño final puede requerir más del número mínimo de estaciones; depende de los tipos de relaciones de precedencia que existen en el problema. 
5.3. Actividades elementales y 5.4. relaciones de precedencia
Al agrandar se ve la raya izquierda del cuadro.
24
A
B
C
D
E
F
G
H
70
80
40
20
40
30
50
50
5.5. Tiempo de operación más largo (TOL)
Se aplicará la heurística de tiempo de operación más largo para encontrar el equilibrio para el tiempo del ciclo de 90 segundos.
Los pasos para la regla del tiempo de operación más largo (TOL) son:
TOL 1. Asignar una actividad (no asignada aún) a la nueva estación; primero se asigna la actividad que tiene el tiempo de operación más largo pero manteniendo las relaciones de precedencia.
TOL 2. Después de asignar una actividad a una estación, determinar cuánto tiempo aún no ocupado queda en la estación (tiempo ocioso).
TOL 3. Determinar si se pueden asignar otras actividades a la estación (en el tiempo ocioso):
si es posible, hacer la asignación eligiendo entre las actividades posibles la de TOL (manteniendo las relaciones de precedencia). Luego regresar al paso TOL 2.
si no es posible, añadir una nueva estación y regresar al paso TOL 1. Continuar con el proceso hasta que todas las actividades hayan sido asignadas a todas las estaciones de trabajo.
5.5. Tiempo de operación más largo (TOL)
Para aplicar la regla, primero se ordenan las actividades en orden descendente de tiempo de operación. La secuencia de las actividades con los tiempos de operación en segundos (dentro de paréntesis) es: B (80), A (70), G (50), H (50), C (40), E (40), F (30) y D (20).
En TOL 1 se trata de asignar B a la estación 1 por hecho de que B es la que tarda el mayor tiempo. Sin embargo, B es inelegible, pues debe de seguir a A (requerimiento de precedencia). De hecho, A debe de ser asignada a la estación 1 antes de elegir cualquiera otra actividad.
Después de que A ha sido asignada a la estación 1, se cuenta con un remanente de 20 segundos no ocupados (TOL 2). Usando TOL 3, se ve que D es la única actividad elegible que puede ser asignada a esta estación. B, C y E satisfacen los requerimientos de precedencia, pero sus tiempos de operación exceden al tiempo no ocupado (20 segundos) en la estación 1. Por tanto, la estación 1 comprenderá las actividades A y D para un total de 90 segundos de tiempo de operación (y el tiempo ocioso será de cero en esta estación).
Después se agrega la estación 2. B tiene el tiempo de operación más largo (80 segundos) entre las actividades posibles no asignadas. B es, por tanto, asignada a la estación 2. Usando TOL 2 encontramos que 10 segundos (90 – 80 = 10) de tiempo no ocupado permanecen en esta estación. Como todas las demás actividades requieren más de 10 segundos, ninguna se puede elegir para asignarla a la estación 2.
Para la tercera estación se pueden asignar C o E. Como ambas demoran lo mismo, se selecciona arbitrariamente a C, con un tiempo de operación de 40 segundos. El tiempo restante no ocupado a esta estación 3 es, por tanto, de 50 segundos (90 – 40 = 50). Entonces E y G se pueden agregar a esta estación.
Como G tiene el tiempo de operación más largo, queda asignada. Entonces la estación 3 tiene asignadas las actividades C y G con un tiempo total de 90 segundos (40 + 50 = 90).
Y así sucesivamente.
5.5. Tiempo de operación más largo (TOL)
5.5. Tiempo de operación más largo (TOL)
El proceso resultó, al final, con una línea de ensamblado de cinco estaciones, que comprende los elementos de trabajo que se mostrarán a continuación.
6. Calcular la eficacia y la eficiencia
El diseño funciona si satisface la capacidad deseada, o sea, si se alcanza la meta de producción. La eficiencia se calcula como el % de utilización de la capacidad de la línea.
1. ¿La línea satisface la capacidad de producción deseada? Sí satisface la capacidad ya que puede producir 320 unidades/día. 
2. ¿Es la línea de actividades factible? Sí es factible porque cumple con los requisitos de precedencia de las actividades. 
3. ¿La línea es eficiente? El diseño propuesto tiene 5 estaciones, en cada una de las cuales hay un obrero. La línea tiene una eficiencia del 84.4% lo cual es considerado bueno.
7. Comprobación
Otras reglas heurísticas
Algunas heurísticas ideadas para asignar tareas a las estaciones de trabajo en el Balanceo de líneas, son:
Tiempo de operación más largo (TOL).
Peso posicional mayor (PPM).
Más tareas subsecuentes (MTS).
Peso posicional mayor (PPM)
8. Mejoras ulteriores
En ocasiones, la capacidad de producción y la eficiencia se pueden incrementar mediante la desviación de los procedimientos que se presentaron. 
Por ejemplo, se denomina task sharing (actividad compartida) a la combinación de tres estaciones llevadas a cabo por tres trabajadores distintos, los que disfrutan de cierta inactividad en cada ciclo. Al eliminar un trabajador se puede reducir el ocio o inactividad, dejando que los dos restantes se turnen el trabajo en la tercera estación.
Se pueden lograr otras mejoras si más de una persona puede ser asignada a una estación sencilla. 
Finalmente, si el nivel de producción deseado excede a la capacidad de la línea, es útil hacer un análisis de trabajo más profundo. Las operaciones cuello de botella pueden ser re-analizadas mediante un estudio de tiempos, o bien pueden buscarse mejoras en los métodos para reducir el tiempo de actividad.
8. Mejoras ulteriores
Operación manual:
Mejorar el método. 
Dar mejores herramientas.
Elegir al operario más rápido para esa operación.
Pasar parte del trabajo a los puestos anterior y posterior.
Poner dos operarios en paralelo.
Disminución del tiempo en una operación cuando el ti>tc
Máquina:
Acelerar la máquina (probablemente no más de 5%).
Hacer que esa máquina haga horas extra.
Poner dos máquinas en paralelo.
Reemplazar por una de más capacidad.
36
Ejercicio
Diseñar la línea de producción del componente de ala de la Boeing, en base al diagrama de precedencia y los tiempos de las actividades dados abajo. Considerar además que se dispone de 480 minutos productivos por día y que el programa de producción de aviones requiere de 40 unidades diarias del componente .
Solución
Cálculo del tiempo de ciclo:
Tc =(480 minutos/día)/(40 unidades/día)= 12 minutos/unidad
Cálculo del número mínimo de estaciones de trabajo:
Tiempo total de las tareas / tiempo de ciclo = 66 / 12 = 5.5 ó 6 estaciones
Solución propuesta:
2
3
4
5
Cálculo de la eficiencia:
Líneas de ensamble manual
Líneas de conformación
Tipos de líneas
Líneas mixtas
41
Disposición en planta de las líneas de producción
Continuos e intermitentes.
Por pieza y por lote.
Permanece o es retirado de la faja.
Sistemas de acarreo
Sistemas de acarreo
Consideraciones de operación
 Control de calidad.
 Mantenimiento.
 Abastecimiento (compras).
 Motivación y personal.
Capacidad con demanda estacional
Prever la demanda de cada mes a lo largo del año.
Determinar los turnos que deberían trabajar en cada mes.
Calcular la demanda por turno.
Calcular la demanda por hora útil (explicado en clase).
Aspectos de comportamiento humano
en la línea de producción
Las principales cuestiones sobre comportamiento en las líneas de producción giran alrededor de la satisfacción, motivación, aburrimiento y productividad del trabajador. Históricamente, la suposición ha sido que la creciente especialización en el puesto conducía a un incremento de la productividad en la mano de obra.
La experiencia muestra que esta suposición es cierta hasta determinado punto. Algunas veces el trabajo rutinario conduce a insatisfacción en el puesto, errores, ausentismo y a una mayor rotación de la fuerza de trabajo. 
A menudo los trabajadores piensan que a medidaque los puestos son más específicos algo “se pierde”, el trabajo tiende a carecer de significado. Las respuestas a estos problemas incluyen: la rotación en los puestos, la asignación de más actividades sencillas, el enriquecimiento del trabajo y los círculos de calidad.
Ventajas
Menor área de planta.
Menor acarreo de materiales.
Menos tiempos de cambio o preparación.
Mayor utilización de maquinaria e instalaciones.
PPCP más fácil.
Menores costos de proceso.
Más fácil control de calidad.
Menos inventarios en proceso.
Desventajas
Inflexibilidad.
Mayor inversión.
Máquinas específicas.
Mayor riesgo.
Videos
Video 1: Chocolates.
http://www.youtube.com/watch?v=rdTpA0luD2U&feature=related
Video 2: Jeans
http://www.youtube.com/watch?v=5DzEpOp2Jy8&feature=related
Video 3: Ford Focus (planta Alemania)
https://www.youtube.com/watch?v=hkJf53EO-U8
Bibliografía
HAIZER, Jay y RENDER, Barry. Principios de Administración de Operaciones. México. Pearson Education de México S.A. de C.V., 2009. 
KRAJEWSKI y RITZMAN: Administración de Operaciones - estrategia y análisis. 2000.
GAITHER y FRAZIER: Administración de Producción y Operaciones. 2000.
MAYNARD, HAROLD. Manual del ingeniero industrial. México. McGraw Hill, 1996.
ADAM y EBERT: Administración de la producción y las operaciones. 1991. 
Programa entero para equilibrio de líneas
Visto en clase.
SIMULACIÓN: Línea de ensamble de hamburguesas de McDonald’s
Ver tesis de Javier Rosales García (1996). Simulación discreta de una línea de conservas de pescado.
1-AEnsamblado del marco-70
21BInstalar molduras de huleA80
CIntroducir pijas o tornillos en el marcoA40
DInstalar seguro en el marcoA20
EInstalar manija en el marcoA40
FInstalar cristalB, C30
54GCubrir tornillos en el marcoC50
65HEmpacar la unidad ventanaD, E, F, G50
Total380
Debe de seguir 
a 
(predecesores)
Duración de 
la actividad 
(segundos)
32
43
Estación de 
trabajo 
precedente
Estación de 
trabajo
Actividad por 
realizar en la 
actividad de 
trabajo
Definición de la actividad