Equation Chapter 1 Section 1

Trabajo Fin de Máster

Organización Industrial y Gestión de Empresas

Aplicación de Técnicas de Sistemas de Producción

“Pull / Push” - COBACABANA

Dep. Organización y Gestión de Empresas I

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Autor: Santiago Rodríguez Juste

Tutor: Antonio Plácido Moreno Beltrán

Sevilla, 2018

Proyecto Fin de Máster

Organización Industrial y Gestión de Empresas

Aplicación de Técnicas de Sistemas de Producción

“Pull / Push” - COBACABANA

Autor:

Santiago Rodríguez Juste

Tutor:

Antonio Plácido Moreno Beltrán

Profesor ayudante doctor

Dep. Organización Industrial y Gestión de Empresas I

Escuela Técnica Superior de Ingeniería

Universidad de Sevilla

Sevilla, 2018

Trabajo Fin de Máster: Aplicación de Técnicas de Sistemas de Producción “Pull / Push” - COBACABANA

Autor: Santiago Rodríguez Juste

Tutor: Antonio Plácido Moreno Beltrán

El tribunal nombrado para juzgar el Proyecto arriba indicado, compuesto por los siguientes miembros:

Presidente:

Vocales:

Secretario:

Acuerdan otorgarle la calificación de:

Sevilla, 2018

El Secretario del Tribunal

Agradecimientos

“A mis padres, a mis hermanos y a toda mi familia, gracias a quienes soy quien soy y hacia quienes sólo

puedo expresar mi sincero agradecimiento por apoyarme durante esta etapa académica que crece un peldaño

más.”

“A mi querido profesor Don Antonio Plácido por su paciencia, su energía y su apoyo durante esta fase. “

Sevilla, 2018

Resumen

Hoy día estamos sometidos a un entorno cambiante, en donde la oferta cada vez se ajusta de manera más personalizada a la demanda de los clientes. Debido a esta situación los entornos productivos se han tenido que adaptar a este cambio y, por tanto, adoptar medidas para controlar estas nuevas situaciones. Esta nueva tipología de talleres es la denominada como job-shop, y están caracterizados por su compleja gestión.

Uno de los artículos que nos pone en contexto del continuo cambio que se ha realizado en estos últimos tiempos es el realizado por Thürer et al (2011) donde se lleva a cabo una revisión de la literatura del control del workload. La metodología del WLC trata cuestiones como las reglas en el Pre-shop pool, reglas de liberación de trabajos, criterios de actuación y los análisis estadísticos que de ellos se pueden obtener. Para contrastar los resultados de cada uno de los artículos se comparan las características del shop floor donde se tiene en cuenta la secuencia, longitud, tiempo de proceso, tiempo de llegadas, número de estaciones de trabajo.

En este trabajo partiremos de los conceptos más básicos que se denominan en el entorno de los sistemas de producción donde tomamos como referencia el libro Diseño y gestión de sistemas productivos (Onieva et al (2017)). Se continúa explicando las características principales en los sistemas de control de workload de forma genérica viendo diferentes tipos de sistemas donde que implantan dichas normas. Pasando posteriormente a centrarnos en el sistema COBACABANA que resulta objeto del estudio práctico de este trabajo.

Abstract

Today we are close to a changing production environment, where the suppliers each time it adjusts in a more personalized way to the demand of customers. Due to this situation, productive processes have had to adapt to this change and, therefore, adopt measures to control these new situations. This new typology of workshops is the denomination of workshop-workshop, and they are characterized by their management complexity.

One of the articles that puts us in context of the continuous change that has been made in recent times is the one made by Thürer et al (2011) where a revision of the workload control literature is carried out. The WLC methodology deals with issues such as rules in the Pre-shop pool, rules for releasing jobs, performance criteria and the statistical analysis that can be obtained from them. To compare the results of each of the articles, the characteristics of the shop floor are compared, considering the sequence, length, process time, arrival time, number of work stations.

In this paper we will start from the most basic concepts that are denominated in the environment of production systems where we take as reference the book Design and management of productive systems (Onieva et al (2017)). It continues explaining the main features in workload control systems in a generic way by looking at different types of systems where they implement these standards. Later we will focus on the COBACABANA system that is the object of the practical study of this work.

As a result, we will obtain the different values of each of the performances which vary according to the applications of the law of little. Considering the approximation of the models of queue and the fundamental relationships between the variables of the production systems.

Índice

Resumen 9

Abstract 11

Índice 13

Índice de Tablas 16

Índice de Figuras 18

Índice de Conceptos ¡Error! Marcador no definido.

Glosario ¡Error! Marcador no definido.

1. Conceptos de sistemas de producción 12

1.1. Los Sistemas Básicos de Control de Producción 12

1.2. El Plan Maestro de Producción 15

1.3. Estructura de fabricación. Lista de materiales 16

1.4. El Estado de los Stock 17

1.5. Explosión de Materiales 19

1.6. Planificación de las cargas de trabajo 20

2. Sistemas de Control De Producción – Push / Pull 22

2.1. Introducción 22

2.2. Reglas de Liberación de Órdenes de Trabajo. 25

2.3. Cargas de Trabajo, Tiempos de Proceso y Equilibrado. 27

2.4. Tipología de talleres 30

2.5. Modelos de Implementación. 32

3. Sistema de Control De Producción- COBACABANA 36

3.1. Introducción 36

3.2. Órdenes de aceptación y fechas de entrega 37

3.3. Órdenes de liberación y control de planta 38

3.4. Mejoras del Sistema 39

3.5. Análisis del Sistema 41

4. Software de Simulación: Arena 42

1. Introducción Software Arena 42

2. Módulos del Software

5. Modelo de Simulación 51

6. Diseño Experimental 64

7. Discusión de los resultados 67

7.1. Resultados 67 7.2. Análisis de los resultados 72

8. Conclusiones 73

ÍNDICE DE TABLAS

Tabla 1. Datos de partida 65

Tabla 2. Datos de workload para cada estación 66

Tabla 3. Utilización Máquinas Simulación 67

Tabla 4. WIP, CT, TH. 68

Tabla 5. Máximo de piezas y tiempos de espera en cola 69

Tabla 6. Órdenes con retraso y saltarinas 69

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1. Infraestructura general del concepto de workload control 25

Figura 2. El circulo vicioso en el control de la producción 29

Figura 3. Shop floor sin (a) y con (b) balance de workload. 30

Figura 4. a) Rutas de Flujo no dirigido y b) Rutas de Flujo dirigido. 31

Figura 5. Sistema Kanban usado para coordinar dos estaciones 32

Figura 6. Sistema POLCA 33

Figura 7. Sistema ConWIP 34

Figura 8. Flujo de aceptación y liberación de tarjetas 37

Figura 9. Flujo de liberación de tarjetas 38

Figura 10. Display de carga de trabajos 39

Figura 11. Display de COBACABANA mejorado/original 40

Figura 12. Ventana principal de Arena 43

Figura 13. Módulos de Arena 43

Figura 14. Ruta de aceptación de Órdenes en el Sistema 51

Figura 15. Asignación de valor al atributo t_create. 52

Figura 16. Asignación de valor al atributo duedate. 52

Figura 17. Asignación de valor al atributo workload (workloadB). 53

Figura 18. Captura de valor al atributo Entity.Sequence (SetSecuencias). 53

Figura 19. Asignación de valor a la secuencia 1 53

Figura 20. Asignación de valor a la secuencia 2 53

Figura 21. Asignación de valor a la secuencia 3 54

Figura 22. Asignación de valor al atributo t_liberacion. 54

Figura 23. Asignación de valor al atributo Identidad. 54

Figura 24. Asignación de valor al atributo Saltarina. 55

Figura 25. Asignación de valor a la variable Identidad. 55

Figura 26. Asignación de valor a la ruta (Secuencia) 56

Figura 27. Asignación de pool de entrada (wait for signal) 56

Figura 28. Ruta de elección de rutas por secuencia. 57

Figura 29. Decisión de entrada en función de secuencia. 57

Figura 30. Comprobación del workload norm. 58

Figura 31. Ruta de búsqueda de orden para maquina starve. 58

Figura 32. Comprobación de máquina starve. 59

Figura 33. Ruta de entrada de orden de trabajo en el sistema. 59

Figura 34. Asignación de Rank a la entidad. 60

Figura 35. Ruta de asignación de carga agregada en función de la secuencia 60

Figura 36. Comprobación de secuencia para realizar la carga de trabajo. 61

Figura 37. Asignación valores al Workload norm. 61

Figura 38. Actualización de valores. 62

Figura 39. Estructura de procesado y liberación de trabajos 62

Figura 40. Actualización de valores a la salida de máquina. 62

Figura 41. Actualización de valores a la salida de máquina (2). 63

Figura 43. Tiempo de ciclo para órdenes de trabajo finalizadas. 68

Figura 44. Número de órdenes saltarinas por secuencias. 70

Figura 45. Número de órdenes retrasadas por secuencias. 71

12

1. CONCEPTOS DE SISTEMAS DE

PRODUCCIÓN

1.1. Los Sistemas Básicos de Control de Producción

El objetivo principal de estos sistemas es el control del proceso de producción en las empresas cuya actividad se desarrolla en un entorno de fabricación. La producción, en este entorno supone un proceso complejo, donde se desarrollan múltiples etapas intermedias, en las que tienen lugar procesos industriales que transforman los materiales empleados, se realizan montajes de componentes para obtener unidades de nivel superior, que a su vez pueden ser componentes de otras, hasta la terminación del producto final, listo para ser entregado a los clientes externos. La complejidad de este proceso es variable, dependiendo del tipo de productos que se fabriquen.

Los sistemas básicos para planificar y controlar estos procesos constan todos ellos de las mismas etapas, si bien su implantación en una situación concreta depende de las particularidades de esta. Pero todos ellos abordan el problema de la ordenación del flujo de todo tipo de materiales en la empresa para obtener los objetivos de producción eficiente: ajustar los inventarios, la capacidad, la mano de obra, los costes de producción, los plazos de fabricación y las cargas de trabajo en las distintas secciones a las necesidades de la producción. Sin excesos innecesarios que encubren gran parte de los problemas de producción existentes, ni rigideces que impidan la adecuación a los cambios continuos en el entorno en que actúan las empresas.

Una de las consecuencias del flujo de materiales es la generación de inventarios, los cuales siempre dan lugar a un coste financiero, ya que representan una parte de la inversión necesaria para obtener un volumen dado de producción. Así pues, el control de la producción conlleva tanto el control de los inventarios (para garantizar que el capital invertido en ellos sea utilizado de una forma eficiente) como el seguimiento de las órdenes de fabricación y aprovisionamiento (para garantizar el cumplimiento del calendario programado de fabricación).

" Sólo comprendemos aquellas preguntas que

podemos responder.”

- Friedrich Nietzsche -

El proceso de planificación y control de la producción de la producción se puede conceptualizar en tres grandes etapas:

En la primera se determina el plan maestro de producción, que consiste en las cantidades y fechas en que deben estar disponibles los inventarios de distribución de la empresa, es decir, aquellos productos sometidos a demanda externa.

La segunda etapa está formada por los módulos de cálculo que realizan la explosión de necesidades a partir del plan maestro, dando como resultado el programa detallado de fabricación y aprovisionamiento, y las cargas de trabajo en las secciones.

Por último, en la tercera etapa se realiza el control y seguimiento de las operaciones del taller y de los proveedores para que se cumpla el programa fijado en el paso anterior.

Por lo que respecta a la primera parte, la determinación del plan maestro se realiza escogiendo entre los posibles planes de producción el que dé lugar al mínimo coste de operación, considerando únicamente aquellos costes que sean incrementales (costes de preparación de las series, costes directos de producción y costes de posesión de inventario).

Las condiciones que ha de cumplir un plan para ser candidato son de dos tipos:

• Las producciones de cada ítem cubren las demandas previstas del mismo

• Los recursos consumidos en la fabricación no superen la capacidad disponible en ningún periodo del horizonte de planificación.

A nivel operacional, las decisiones de producción de cada familia se desagregan en planes de producción de los distintos artículos que la componen.

Una vez fijado el plan maestro de producción se procede a calcular las órdenes de fabricación y aprovisionamiento que de él se derivan, teniendo en cuenta la estructura de los productos recogida en la lista de materiales.

A partir de este programa de producción y de la información relativa a las rutas de trabajo correspondientes a cada ítem, se determinan las cargas de trabajo de las diferentes secciones, las cuales han de ajustarse a la capacidad de estas. Cuando el programa sobrecargue algún centro de trabajo, será necesario modificar las correspondientes órdenes de fabricación de aquellos ítems procesados en el mismo. El adelanto de la fabricación en los cuellos de botella conlleva un incremento de los costes de inventario que como ya se ha comentado, interesa sean mínimos, ya que los materiales están disponibles en una fecha anterior a la programada para cumplir el plan maestro.

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Con respecto a la fase de ejecución, se puede decir que existen dos formas diferenciadas de llevarla a cabo. Una de tipo informal, en la que las prioridades son ordenadas de forma voluntariosa con la finalidad de cumplir las fechas de entrega, estableciéndose listas de órdenes de emergencia para aquellas que van retrasadas. Este caso corresponde a sistemas de control descentralizados en los que la demanda “tira” de la producción, denominados en la literatura como sistemas pull.

En cambio, en los sistemas en los que el lanzamiento de las órdenes está programado con antelación, ocurre, al contrario, ya que la demanda “empuja” a la producción para que se cumplan los calendarios de fabricación, denominados en la literatura como sistemas tipo push. Estos sistemas de control centralizado, debido a la cantidad de información que necesitan tener almacenada y actualizada, serían prácticamente imposibles de concebir sin ayuda del ordenador.

En estos sistemas integrados de planificación y control de producción e inventario se plantean como principales problemas:

En primer lugar, la determinación del plan maestro, en la fase de planificación, es un problema abierto para el que todavía no existe una forma de resolución adecuada. Esto es debido tanto a la complejidad del problema como al carácter agregado que de por si tiene esta etapa.

Una vez fijado el plan maestro, este suele hacer referencia a las cantidades que deben estar disponibles de los productos finales en unos periodos de tiempo que normalmente suelen ser imprecisos a la hora de referir a ellos las órdenes de fabricación. Así, por ejemplo, si el plan maestro se calcula una vez al mes, y en cambio se desea realizar la explosión de las necesidades para calcular los calendarios de fabricación y aprovisionamiento referidos a la semana, será necesario realizar una desagregación temporal de las cantidades indicadas por el plan maestro. Al igual que ocurriría en el caso anterior, no existe ninguna regla de probada eficiencia que permita resolver este problema.

A la hora de realizar la explosión de las necesidades de materiales, el problema de dimensionamiento del lote y del stock de seguridad son problemas aún no resueltos. Este módulo de cálculo presupone fijado el procedimiento por el que se determina el tamaño del lote de cada artículo, que suele ser por criterios de costes o conveniencia. Igualmente se considera el stock de seguridad de cada ítem, cuya finalidad es la misma que en la gestión clásica de inventarios, es decir, absorber la componente aleatoria del proceso productivo.

1.2. El Plan Maestro de Producción

El plan maestro de producción consiste en las cantidades y fechas en que deben estar disponibles los inventarios de distribución de la empresa. Al plan maestro de producción solo le conciernen los productos y componentes sujetos a demanda externa a la unidad productiva. Estos son los llamados productos finales que se entregan a los clientes, entendiendo este último concepto en un sentido amplio, clientes externos o internos. Así, son considerados clientes otras empresas que emplean dichos productos como componentes en su propio proceso productivo, otras plantas de la misma empresa, caso de que la gestión de los materiales de ambas empresas sea independiente, y los componentes de los productos que se venden como repuesto. Este es el sentido en el que debe interpretarse el concepto de los stocks de distribución.

El otro aspecto básico del plan maestro de producción es el calendario de fechas, que indica cuándo tienen que estar disponibles los productos finales. Para ello es necesario hacer discreto el horizonte de tiempo que se presenta ante la empresa en intervalos de duración reducida que se tratan como unidades de tiempo. Habitualmente se ha propuesto el empleo de la semana laboral como unidad de tiempo natural para el plan maestro. Pero debe tenerse en cuenta que todo el sistema de programación y control responde a dicho intervalo una vez fijado, siendo indistinguible para el sistema la secuencia en el tiempo de los suscesos que ocurran durante la semana.

Otra propuesta, es seleccionar como unidad de tiempo el dia laboral. Si bien la reducción del intervalo facilita la posterior adecuación de las órdenes de producción al mismo, esto requiere un sistema de programación más potente y sofisticada, pues será mucho más elevada la información que se haya de mantener actualizada, así como ampliar de forma sustancial el horizonte de planificación. Cualquier circunstancia que afecte a la ejecución práctica del programa maestro modificando el mismo (averías, roturas, rechazos de calidad, etc.) debe ser recogida inmediatamente, en el mismo dia, para evaluar sus consecuencias sobre el resto del programa de producción y adecuar el mismo. Si esta capacidad de respuesta inmediata del sistema no existe, se presenta uno de los grandes problemas de los sistemas de control de la producción al aparecer disparidad entre lo que el sistema propone y la realidad que se impone en la fábrica. Ante estas circunstancias se crea desconfianza en la programación y la fábrica tiende a regirse por métodos informales de funcionamiento aútonomos, sobre los que no tiene suficiente control la dirección de la empresa, perdiendo el sistema de programación y control de la producción toda su razón de ser.

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Y aun en el caso en que el sistema sea capaz de recoger con prontitud las modificaciones que la realidad impone, cuando éstas aparecen con mucha frecuencia nos encontramos con una programación que aparece ante los ejecutores como nerviosa e incoherente, debido a las continuas contraórdenes y modificaciones.

Cuanto más estable sea el programa maestro, más sencillo será reducir el intervalo básico de programación. En el caso límite se obtendría un programa de producción igual para todos los intervalos, por lo que no se presentarían grandes dificultades para descender al día laboral como intervalo de programación.

1.3. Estructura de fabricación. Lista de materiales

El despiece de cualquier conjunto complejo que se produzca en un instrumento básico de los departamentos de ingeniería de diseño para la realización de su cometido, tanto para la especificación de las características de los elementos que componen el conjunto como para los estudios de mejora de diseños y métodos en producción. Desde el punto de vista del control de la producción interesa la especificación detallada de las componentes que intervienen en el conjunto final, mostrando las sucesivas etapas de la fabricación. La estructura de fabricación es la lista precisa y completa de todos los materiales y componentes que se requieren para la fabricación o montaje del producto final, reflejando el modo en el que la misma se realiza.

Varios son los requisitos para definir esta estructura. En primer lugar, cada componente o material que interviene debe tener asignado un código que lo identifique de forma biunívoca: un único código para cada elemento y a cada elemento se le asigna un código distinto. En segundo lugar, debe realizarse un proceso de racionalización por niveles. A cada elemento le corresponde un nivel en la estructura de fabricación de un producto, asignado en sentido descendente. Así al producto final le corresponde el nivel cero. Los componentes y materiales que intervienen en la última operación de montaje con de nivel uno, etc.

1.4. El Estado de los Stock

Para el cálculo de las necesidades de materiales que genera la realización del programa maestro de producción se necesita evaluar las cantidades y fechas en que han de estar disponibles los materiales y componentes que intervienen, según especifican las listas de materiales. Estas necesidades se comparan con las existencias de dichos elementos en stock, derivándose las necesidades netas de cada uno de ellos.

Para que el sistema de programación y control de la producción sea fidedigno es imprescindible una descripción muy precisa de las existencias en cada instante de tiempo. Por ello, el sistema de información referido al estado del stock ha de ser muy completo, coincidiendo en todo momento las existencias teóricas con las reales y conociendo el estado de los pedidos en curso para vigilar el cumplimiento de los plazos de aprovisionamiento. Asimismo, en el caso de que algunas de las existencias en stock se encuentren compremetidas para otros fines, no deben ser contempladas para satisfacer el programa de producción, debe ser reconocido este hecho. En definitiva, debe existir un perfecto conocimiento de la situación en que se encuentran los stocks, tanto de los materiales adquiridos a los proveedores como de los productos intermedios que intervienen como componentes en la preparación de conjuntos de nivel superior. La información que debe mantenerse actualizada, en cada periodo, de todas las referencias que intervienen en la lista de materiales es:

• Existencias al principio de cada periodo del horizonte considerado en el programa maestro. Para el primer periodo estas existencias son las reales que físicamente se encuentran en los almacenes o depósitos que les corresponda. Para los periodos futuros son existencias programadas de acuerdo con el programa de fabricación que el sistema proponga.

• Cantidades comprometidas. Las listas inversas de materiales indican qué conjuntos intervienen cada una de las referencias. El lanzamiento de una orden de producción trae consigo la asignación de las cantidades adecuadas de las referencias que intervienenen la lista de materiales de dicho conjunto a esa orden. Estas cantidades quedan ya comprometidas en su caso, y como tal deben especificarse para que no sean tenidas en cuenta como disponible para otro conjunto.

• Cantidades y fechas de recepción de órdenes en curso. Al preparar el calendario de fabricación se programa el periodo en que se inicia cada orden, el intervalo de maduración y proceso de esta y el intervalo que estará disponible el resultado de ella. Tanto si son órdenes de producción internas como pedidos externos a los proveedores, debe conocerse con exactitud el momento en que las cantidades programadas se recepcionarán y podrán ser empleadas para sus fines: satisfacer la demanda externa o intervenir como elemento en la producción de un conjunto de nivel superior.

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• Stock de seguridad. Los productos que intervienen en el programa maestro están sujetos a demanda externa, usualmente prevista. Esta previsión suele tener habitualmente una componente probabilística, empleándose el concepto de stock de seguridad para cubrir la misma. Los niveles de seguridad se seleccionan de acuerdo con los criterios de calidad de servicio que ya se han analizado. Las razones para imponer stock de seguridad para los componentes y materiales que corresponden a niveles inferiores de las listas de materiales deben evitarse en lo posible, aumentando la eficiencia del sistema de programación y control al disminuir las existencias de productos intermedios. Éste es uno de los objetivos elementales de la implantación de un sistema básico de programación como el que estamos describiendo. Pero pueden darse circunstancias reales que hagan aconsejable la inclusión de algunos stocks de seguridad.

• Tamaño del lote. En los entornos de fabricación a los que fundamentalmente están dirigidos los sistemas de programación y control de la producción que comentamos, ésta se realiza por series, cuyo tamaño debe fijarse. La decisión de seleccionar el tamaño del lote de producción o aprovisionamiento de productos que participan en la fabricación de conjuntos con estructura multinivel es muy compleja.

• Plazos de aprovisionamiento y tiempos totales de fabricación. El establecimiento del calendario de fabricación requiere el conocimiento del intervalo de tiempo transcurrido desde que se inicia una orden hasta que el material esta disponible para ser empleado en los conjuntos de nivel superior o satisfacer la demanda externa.

El sistema de programación y control pretende que las cantidades requeridas estén disponibles exactamente en los instantes programados, y no antes, para no incurrir en costes asociados a la existencia de inventarios evitables, ni tampco después, para que no haya retrasos. Esta pretensión de exactitud trae consigo unas exigencias de control mayores, que deben estar presentes en todas las componentes del sistema.

1.5. Explosión de Materiales

La explosión de las necesidades de fabricación puede concebirse como un proceso cuyas entradas son:

El plan maestro de producción, el cual contiene las cantidades y fechas en que han de estar disponibles los productos de la planta que están sometidos a la demanda externa (productos finales fundamentalmente y, posiblemente, piezas de repuesto).

El estado del inventario, que recoge las cantidades de cada una de las referencias de la planta que están disponibles o en curso de fabricación. En este último caso ha de conocerse la fecha de recepción de estas.

La lista de materiales, que representa la estructura de fabricación en la empresa. En concreto, ha de conocerse el árbol de fabricación de cada una de las referencias que aparecen en el plan maestro de producción.

A partir de estos datos, la explosión de las necesidades proporciona como resultado la siguiente información:

• El plan de producción de cada uno de los ítems que han de ser fabricados, especificando cantidades y fechas en que han de ser lanzadas las órdenes de fabricación. Esta información es utilizada para calcular las cargas de trabajo de cada una de las secciones de la planta y posteriormente para establecer el programa detallado de fabricación.

• El plan de aprovisionamiento, detallando las fechas y tamaños de los pedidos a proveedores para todas aquellas referencias que son adquiridas en el exterior.

• El informe de excepciones, que permite conocer qué órdenes de fabricación retrasadas y cuáles son sus posibles repercusiones sobre el plan de producción y, en última instancia, sobre las fechas de entrega de los pedidos a los clientes. Se comprende la importancia de esta información con vistas a renegociar éstas si es posible o, alternativamente, el lanzamiento de órdenes de fabricación urgentes, adquisición en el exterior, contratación de horas extraordinarias u otras medidas que el supervisor o responsable de producción considere oportunas.

Así pues, la explosión de las necesidades de fabricación no es más que el proceso por el que las demandas externas correspondientes a los productos finales son traducidas en órdenes concretas de fabricación y aprovisionamiento para cada uno de los ítems que intervienen en el proceso productivo.

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1.6. Planificación de las cargas de trabajo

El siguiente paso a la explosión de necesidades a partir del plan maestro de producción es el cálculo de las necesidades de capacidad durante el horizonte del MRP. El MRP supone capacidad infinita. Aunque el carácter finito de la misma se tiene en cuenta a la hora de calcular el plan maestro de forma aproximada, debido al proceso de agregación, es conveniente analizar a posteriori el consumo de recursos que exige la solución obtenida por el módulo de cálculo del MRP. Dichas necesidades de recursos se contrastan con la capacidad disponible en cada sección, de forma que si la carga de trabajo excede a ésta han de considerarse las acciones pertinentes a tomar, entre las que se encuetran: subcontratar, hacer horas extaordinarias, introducir un nuevo turno, transferir trabajos de una sección a otra, adelantar la ejecución de tareas, etc.

Además de la carga de trabajo de las secciones, se calcula el nivel de ocupación de los distintos tipos de operarios asignados a cada sección, información que debe ser tenida en cuenta apropiadamente por el responsable correspondiente.

Las entradas necesarias para el módulo de cálculo de las cargas de trabajo son las siguientes:

• Programa de producción, obtenido por el módulo de cálculo del MRP.

• Los datos referentes a las sucesivas operaciones que se realizan sobre cada ítem: la sección en que se realiza la operación y los consumos de recursos correspondientes.

• Las capacidades disponibles en cada sección.

• El número de turnos de cada tipo de operarios asignados a cada sección.

A partir de la solución del MRP, y teniendo en cuenta las secciones involucradas en la fabricación o montaje de cada ítem, se establecen las cargas de trabajo o niveles de utilización de estas.

De la comparación con las capacidades disponibles de cada una de ellas se obtienen los llamados informes de carga de cada sección durante el horizontel del MRP.

Por último, teniendo en cuenta los operarios que trabajan en cada sección y la carga de estas, se calcula el nivel de ocupación de cada tipo de operación en cada sección.

Las salidas de este módulo son:

1. Las capacidades utilizadas por cada sección durante el horizonte del MRP versus la capacidad disponible de las mismas.

2. Niveles de ocupación de los operarios de cada sección.

Los informes sobre la carga en las secciones deben ser sometidos a la intervención humana, actuando el responsable de producción para modificar según su criterio las prioridades de las órdenes de producción que compiten por recursos escasos. En este sentido, el sistema de programación y control con realimentación debe poder emplearse a modo de simulador para analizar las consecuencias de la imposición de distintas reglas de prioridad sobre el cumplimiento del programa maestro de producción. A la vista de la información así recogida, debe ser el responsable de la producción el que establézcalas modificaciones, adelantando unas órdenes y retrasando otras. Siempre consciente de que las limitaciones de capacidad traen consigo retrasos en el calendario de entregas del plan maestro. El plan maestro corregido, cuya principal característica es que sea realizable, supone una actuación de la dirección de la producción sobre las capacidades asignadas estableciendo niveles realistas de inventario en curso de fabricación, identificando áreas congestionadas (cuellos de botella / bottleneck) o infrautilizadas e introduciendo medidas correctoras.

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2. SISTEMAS DE CONTROL DE

PRODUCCIÓN – PUSH / PULL

2.1. Introducción

El sistema básico de programación y control de la producción, MRP (Material Resource Planning), está concebido para responder al entorno de cualquier industria de tipo discontinuo. Como contrapartida a estas pretensiones de generalidad, se requiere realizar simplificaciones previas sobre elementos fundamentales de la producción que distorsionan el resultado.

Estas simplificaciones son:

• Lotes de fabricación constantes y predeterminados.

• Plazos de fabricación constantes y predeterminados.

Además, no ofrece propuestas concretas sobre el método de fijar prioridades con respecto al lanzamiento de órdenes de ejecución.

El resultado de un sistema de estas características, una vez implantado, supone el manejo de un importante volumen de información que se genera inicialmente de forma descentralizada, a partir de los datos que reflejan las contingencias cotidianas que se plantean en la ejecución. Estos datos han de ser procesados en el computador para adecuar el programa de producción (lanzamiento de órdenes, variaciones en las órdenes en curso, establecimiento de nuevas prioridades, etc.) a la última información disponible. El resultado ha de transmitirse de nuevo a los supervisores de las distintas secciones para ser aplicado corrigiendo al anterior programa.

"Las cosas escapaban a nuestro control antes de

que fuéramos capaces de definirlas. Aquellos de

nosotros que nos interesamos más por el cambio,

aquellos que consagramos nuestra vida a él, fuimos,

a mi juicio, los más engañados."

- John Irving -

Usando como base estos sistemas surge el concepto de sistemas push. Estos sistemas trasmiten la información de las órdenes de ejecución de forma centralizada. La idea es que, tras un análisis global de la situación, donde se controlan los elementos del sistema, este, “empuja” a la producción para que se realice. El mayor problema que se plantea es la gran dificultad de mantener actualizado el programa de producción. Cualquier retraso en el reprocesado de los datos sobre las variaciones en la ejecución del plan afecta negativamente al cumplimiento del programa maestro. Además, al depender de los listados de órdenes del sistema de computación central, se crea una tendencia a responsabilizar a éste de parte de las ineficiencias que se observan, principalmente exceso de inventarios y retrasos en el cumplimiento del calendario de ejecución. La incompresión y la inseguridad generada por esta dependencia del sistema de resolución traen consigo la aparición de mecanismos de funcionamientos paralelos y distintos a los que propone el sistema de programación y control “oficial”. Por tanto, se crean sistemas informales alternativos de prioridades, soslayando las propuestas del programa centralizado, al que no se le concede credibilidad.

Partiendo de la complejidad del sistema de información centralizado resulta imposible el funcionamiento ágil, que tome las decisiones inmediatas sobre la ejecución de las órdenes sin retraso y al nivel de responsabilidad en que debiera hacerse, se estudia que tipo de entorno permitiría una fabricación sincronizada y equilibrada, en que los propios trabajadores decidieran sobre las prioridades en la ejecución de las órdenes. La caracterización de estos entornos conduce a los sistemas de producción just in time o justo a tiempo, siendo el sistema de información descentralizado que lo implementa el de los “kanban” o tarjetas de información.

Si la producción JIT se consiguiera plenamente no sería necesaria la existencia de stocks. Ni de materias primas, ni de productos intermedios ni de productos finales, ya que el flujo de producción estaría en perfecto equilibrio, respondiéndose de forma instantánea a cualquier excitación, tanto para responder a la demanda de los productos finales a los clientes, como a las necesidades de componentes en las etapas intermedias de la producción o de materias primas al inicio de ésta. Sin duda, conseguir este objetivo es obviamente una utopía, debido a las incertidumbres que acompañan a los elementos que intervienen en el complejo e imcado sistema de producción, pero en lugar de renunciar completamente al mismo, es conveniente describir las características de un escenario de producción en el que pudiera llevarse a cabo, o bien aproximarse mucho a ello.

Desde hace un cuarto de siglo, académicos, han descrito incrementalmente los mecanismos de los sistemas pull, caracterizando sus beneficios, limitación del WIP, uso de la metodología lean para minimizar el coste de la variabilidad de la espera, etc…

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En estos últimos años se ha incrementado la confusión sobre como se definen los sistemas pull, (Wallace et al. 2004). La principal controversia ha partido del concepto en el que se parte de que pull significa realizar productos bajo pedido. Por oposición, hacer pedidos contra stock o teniendo una prevision de la demanda se considerará que son sistemas push.

Esto es rebatido de forma que debemos revisar problemas que ya se pensaban resueltos, pues, ¿qué constituye un sistema pull? ¿Qué hace un trabajo pull? ¿Qué es lean, y como se entiende pull?

Desde un punto de vista práctico, la integración de sistemas “make to order”, con fluctuaciones de producción y retrasos de entrega en periodos de alta demanda y “make to stock” teniendo en cuenta diferentes métodos (Beemsterboer et al. 2017):

• Fechas de vencimiento MTS fijas.

• Fechas de vencimiento MTS dinámicas

• MTS dinámicas con holguras

• MTS escalonadando operaciones por fecha de vencimiento

2.2. Reglas de Liberación de Órdenes de Trabajo.

Uno de los momentos más críticos dentro de los mecanismos de control de los sistemas de producción es el momento de la liberación de las órdenes. Como puede observarse en la figura la decisión inicial es la de aceptación o no de las órdenes de trabajo. Dicha decisión se basa en la capacidad que dispone el sistema para el cumplimiento de las fechas de vencimiento del trabajo. Una vez se procede a la aceptación de trabajo pasa al pool de entradas de órdenes donde espera a ser liberado. Una vez se toma la decisión de liberar la orden de trabajo por disponer de capacidad en el sistemaesta se envía a la primera estación de la ruta.

Figura 1. Infraestructura general del concepto de workload control. (Fuente Breithaupt et al.,

2002)

Las órdenes de trabajo llegan al “pre-shop pool” cuando el workload necesario en los centros de trabajo excede el nivel de control específico o “workload norm” y se considera la liberación por urgencia (Breithaupt et al., 2002). Esto se establece ordenando los trabajos conforme la planificación de tiempos de liberación los cuales serán especificados después junto con la planificación del comienzo de las operaciones.

De acuerdo con la elección del momento de lanzar las órdenes de trabajo, los métodos pueden ser clasificados en periódicos, continuos e híbridos, los cuales combinan los dos anteriores. El primer método, liberación periódica esta basada en observaciones periódicas del workload en el “shop floor”.

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En intervalos fijos de tiempo, el workload sobre el “shop floor” se calcula y toma la decisión de liberar uno o varios trabajos, no más liberaciones de las que permite el “workload norm”. Este método es descrito con mayor precisión en Oosterman et al. (2000) y requiere un ajuste en el tamaño de los intervalos de liberación.

El segundo método es la liberación continua (C), se basa en la monitorización continua del workload sobre el “shop floor”. La liberación se desencadena cuando las cargas de las estaciones de trabajos que están en la ruta de los trabajos están por debajo del “workload norm” después de ser liberadas desde el pool.

El tercer método se trata de liberaciones periódicas con liberaciones de órdenes que tiran del sistema de forma intermedia (PP) que se especifica en Thürer et al. (2012d) y combina la liberación periódica y continua. La liberación que empuja el sistema es llevada a cabo en tiempos de intervalo periódico y en cuanto alguna estación de trabajo esta ociosa (cae a cero), estás estaciones de trabajo tiran de la liberación de órdenes de forma continua. En este caso el método solo tiene en cuenta aquellas órdenes del pool cuya primera estación en la ruta es la estación de trabajo “hambrienta” sin que sea sometido a la comprobación del “workload norm”.

Los métodos de liberación de WLC se combinan con una aproximación correcta de la carga agregada. En el estudio de Fernandes et al. (2014) el cálculo se realiza siguiendo la actuación de Thürer et al (2012c). Esto significa que solo parte de los tiempos de proceso de los trabajos liberados es incluído en el workload de las estaciones de trabajo. Esto resulta de la multiplicación de los tiempos de procesos por un ratio dado entre la planificación de los tiempos de throughput considerados para cada estación de trabajo y la suma de los tiempos de throughput considerados en todas las estaciones de trabajo que tiene la ruta del trabajo. En el estudio se simplifica la fracción dividiendo el tiempo de throughput de cada estación de trabajo entre la posición que ocupa en la ruta.

Una de las reglas más comúnmente adoptadas en la literatura del WLC se trata de la secuencia de los trabajos, de acuerdo con la operación de planificación más temprana en tiempo de inicio (PST) que viene determinada como:

Donde Tw es la planificación del tiempo de throughput en la estación de trabajo w, Sjv es el conjunto de estaciones de trabajo restantes en la ruta de j incluyendo la estación de trabajo v y dj es la fecha de vencimiento de j.

En términos de conjunto y evalución de fechas de vencimiento se pueden indentificar dos tipos de trabajos:

• Trabajos donde la fecha de vencimiento se propone o estima por la compañía, es negociable.

• Trabajos donde la fecha de vencimiento es especificada por los clientes, es razonablemente fija.

Una fecha de vencimiento flexile (dj) es generalmente determinado por la programación que hay a continuación. Cuando llega un nuevo trabajo se suman los siguientes tres elementos al tiempo actual, t: una asignación αj para el tiempo que el trabajo espera en el “pre-shop pool” antes de ser liberada; βij por el tiempo de throughput de la operación en cada estación i en la ruta Rj, y una asignación externa γj que compensa la variabilidad entre el tiempo de elaboración estimado y el tiempo de entrega que finalmente se ha realizado (M. Thürer et al. (2017)).

2.3. Cargas de Trabajo, Tiempos de Proceso y Equilibrado.

Una de las características analizadas en los sistemas de producción es la variedad existente en la gama de productos, prácticamente en la actualidad, cada trabajo es diferente, esto es debido al alto nivel de personalización que el mercado está demandando. Es más, los trabajos son a menudo, liberados en piezas individuales en la etapa final. Al tener un espectro tan amplio donde elegir las diferentes especificaciones lo que provoca una reducción de la eficiencia de los recursos de producción disponible, incluyendo operadores, máquinas y equipamiento (Wojakowski, Warżołek (2017))

El “workload control” se fundamenta en la estimación del nivel de carga de trabajo a cada una de las estaciones del sistema. Esta estimación se puntualiza a continuación en la filosofía en la que se apoya el WLC, se basa en la creación de pequeños y predictivos tiempos de throughput para las estaciones críticas (Land 2009). Particularmente, en la mayoría de los trabajos hay falta de tiempos de throughput pequeños y predictivos por los tipos de variabilidad que caracterizan estos entornos.

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Es importante conocer los tiempos de throughput para una buena elección de liberación de las órdenes de trabajo, de forma que cuantifica tiempos de entrega realistas para un correcto ajuste de la capacidad. En pequeños tiempos de throughput de “shop floor” se incrementa la flexibilidad de entrega con los posibles cambios de órdenes de los clientes, cambios que son frequentes en la mayoría de trabajo (Land (2009)).

La carga de trabajo directa, LDst , en una estación de trabajo A en un instante de

tiempo t se define como la suma de los tiempos de proceso asociados a dicha máquina de todas las órdenes de trabajo que esperan se procesadas, es decir, sólo contribuyen aquellas órdenes que se encuentran en cola de la máquina en la estación A (M. Land 2004):

Donde,

pjs, es el tiempo de proceso del trabajo j en la estación s; siendo J el conjunto de trabajos existentes.

tQjs, es el tiempo de llegada del trabajo j a la estación s.

tCjs, es el tiempo de fin del trabajo j en la estación s.

I(t), es la función indicadora; se define con el valor 1 para el intervalo especificado y 0 en cualquier otro caso.

Prestando atención a la liberación del trabajo no afectará de forma directa a la carga de las estaciones sino a la actuación de la estación en la primera operación de la ruta para el trabajo. Con objeto de incorporar la aportación de carga de trabajo “aguas arriba”, surge el concepto de carga agregada de trabajo. Aquí, se tendrán en cuenta toda la carga de trabajo que espera ser procesado en cada una de las máquinas una vez son liberadas las órdenes de trabajo del pool de entradas.

tjR, es el tiempo de liberación de la orden de trabajo j.

La secuencia de liberación de trabajos se basa en el clásico planeamiento de fecha más tardía de liberación, t* j

R, que viene derivada de la fecha de vencimiento del trabajo δj y los tiempos de throughput de las estaciones planificadas T*s

D.

Siendo Sj el conjunto de estaciones en la ruta del trabajo j.

Prestando atención a la planificación de la fecha más tardía de liberación t* jR,

sólo será preciso cuando la media de los tiempos de throughput realizados para cada estación no exceda los valores planificados T*s

D y esto exactamente establecido para conservar dentro de la regla especificada del workload.

En los estudios de simulación del WLC se define esta regla específica del workload como un factor experimental. Como se menciona en, Fernandes (2014), es importante determinar si se debe aplicar el mismo nivel de norma para todas las estaciones de trabajo. Para esto, se modela usando diferentes índices de norma (NR) para estaciones con cuellos de botella y sin cuellos de botella definidos en la siguiente ecuación:

Donde WLNBN es la norma de workload en las estaciones con cuellos de botella y WLNNB es la norma de workload en las estaciones sin cuellos de botella.

Si NR = 1 significa que la norma de workload para las estaciones con cuellos de botella y sin cuello de botella es igual, mientras NR = ∞ significa que la norma del workload para las estaciones sin cuellos de botella no limita la liberación de las órdenes de trabajo.

Muchas aproximaciones de control para “job shop” de producción tienen el riesgo de ocurrencia de un circulo vicioso, resultado de incrementar los trabajos en marcha (WIP) lo que incrementa los tiempos de elaboración en el “shop floor”. El uso de “workload norm” en el WLC evita este síndrome, (Plossl 1988) describe este circulo vicioso.

Figura 2. El circulo vicioso en el control de la producción (Elaboración propia)

Fechas de vencimiento incumplidas

Incremento de la programación en los

tiempos de elaboración

Liberación temprana de ordenes de trabajo

Incremento del workload

Alargamiento de los tiempos en cola

Incremento de tiempo de elaboración actual

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2.4. Tipología de talleres

Dentro del contexto de los sistemas productivos, se clasifican permitiendo ordenar el análisis y sugiriendo proridades competitivas. Una de las clasificaciones es la que corresponde a los procesos productivos “job shop”. En este tipo de sistemas los trabajos siguen diferentes trayectorias y secuencias a través de los procesos y máquinas.

Estan enfocados a la alta variedad de productos ya que la flexibilidad del proceso permite adaptarse a distintos tipos de necesidades de clientes. Dado a que se enfrentan a requerimientos heterogéneos por parte de los clientes, la producción es en volúmenes relativamente bajos a diferencia de los procesos “flow shop”. Como se muestra en Guru et al (2017), la capacitación del capital humano de la empresa es fundamental en este tipo de sistemas, haciendo posible la sincronización en el control de los flujos de trabajo entre las estaciones.

Figura 3. Shop floor sin (a) y con (b) balance de workload. Fuente (R. Germs, J. Riezebos

(2010))

La mayoría de los modelos de ordenes de liberación encontradas en la investigación de la literatura son referidos a” job shop” y producción “make to order” (MTO) bajo los términos de input/output control o workload control. Esfuerzos de investigación en el área del control del workload para “flow shop” y producción “make to stock” son conducidos por el empuje en sistemas es bastante limitado. La perspectiva de “flow shop” desconecta el pensamiento de producción en línea en los sistemas, donde los productos son producidos por agrupación limitada de rutas identificadas e inventario que es construido entre las estaciones de trabajo. El “flow shop” general puede mostrar variedad de rutas con respecto a la longitud de rutas. En la práctica industrial, los siguientes dos escenarios de producción son característicos de un “flow shop”:

• Secuenciación de operaciones funcional organizada por departamentos. Muchas compañías producen una amplia gama de productos que realizarán unos procesos de producción más o menos estandarizados. Estos flujos de productos se mueven de un departamento a otro en una sola dirección. En algunas ocasiones, como resultado del programa, los tiempos de elaboración y el “work in process” expone peores características de inventario que con el “job shop” real. (McGee and Boodman, 1967).

• Producción por células. En este caso, una gama similar de productos fluye a través de la célula de producción. Aquí, el esfuerzo se realizaa y detalla en la programación de algoritmos. “Flow shop” puede ir en cualquiera de los dos tipos de sistemas de producción, MTO (Make to order) MTS (Make to stock). En ambos casos se centra el shop en la carga y liberación, de forma que debería ser desplazado desde el equilibrio individual de cada estación de trabajo en el equilibrado del flujo que atraviesa el “flow shop” como se menciona en Goldratt 1984.

Figura 4. a) Rutas de Flujo no dirigido y b) Rutas de Flujo dirigido. (Fuente (Martin Land, 2004))

Un avance realizado en los sistemas flow shop es el Flexible “flow shop” donde se encuentran máquinas intercambiables, lo que permite aumentar la eficiencia de las estaciones de trabajo en las actuaciones de operación para cada tipo de

trabajo.

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2.5. Modelos de Implementación.

En los sistemas de producción típicos, es común que el control de la disponibilidad y la reposición de las piezas sea obligación del operador de producción, sin embargo, este no es el camino adecuado para la reposición del inventario. Para prevenir el manejo frecuente de material, el operador intenta mantener altos niveles de inventario que almacena en las zonas de carga. No obstante, el agotamiento de las existencias en inventario puede ocurrir. Es por esto, que pueden producirse retrasos en la producción por falta de stock y exceso de inventario acumulado debido a un inefectivo y desordenado abastecimiento de materiales. (S.I. Satoglu, K. Ucan (2015)).

Con el fin de aplicar los sistemas Kanban y sus principios en otras industrias de entorno industrial se sugieren modificaciones que resultan de diferentes sistemas como Polca y Conwip. Algunos de estos progresos aplicados en entornos industriales han mostrado mayor variabilidad de tiempo de proceso y ruta. (J.Riezebos (2013))

Sistemas Kanban

Los sistemas Kanban fueron desarrollados para coordinar la confluencia en el flujo de diferentes productos. Esto podía ser, dentro de la propia empresa, “supply chain” interno, o sobre diferentes empresas, por ejemplo, las líneas de producción de piezas que, mediante subensamblajes, acaban uniéndose en un ensamblaje final, siendo normal encontrar un punto de separación entre cada línea. Cuando se describe la confluencia del flujo de productos, se parte desde la línea de producción inicial hasta el final siguiendo el flujo de material (Wallance (2004)). Sin embargo, las señales Kanban transmiten la información en dirección opuesta. Estas señales en Kanban irán unidas a tarjetas, las cuales indicarán el “work in progress” en el sistema ya que una de las reglas fundamentales en los sistemas Kanban es que ningún producto puede ser transportado o movido sin una tarjeta.

Figura 5. Sistema Kanban usado para coordinar dos estaciones (Wallance 2004)

Sistemas POLCA

POLCA nace cono una alternativa de la metodología Kanban, específicamente en un contexto de respuesta rápida de producción. POLCA usa un flujo de tarjetas entre cada par de estaciones, por ello, cada par de estaciones debe tener un tipo de tarjetas. Como ejemplo, en Thürer et al 2016 para mover una orden siguiendo la ruta A-B-C, cuando la orden llegue a la estación A, se deben cumplir tres condiciones:

-La estación A debe estar disponible.

-Debe llegar el momento más temprano de liberación de la orden.

-La tarjeta entre el par de estaciones A-B debe estar disponible, indicando la futura disponibilidad de la estación B.

Figura 6. Sistema POLCA (Fuente Thürer et al 2016)

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Características intrínsecas del sistema (Thürer et al 2016)

- Variabilidad de rutas: Cada paso de la ruta ha de ser representado por un flujo POLCA. Esto significa que la variabilidad debe ser baja para que POLCA sea efectivo. Además, POLCA se conduce al bloque si hay retroalimentación de flujo en la ruta. Entonces, los sistemas POLCA deberían aplicarse únicamente a líneas de producción simples o con rutas directas.

- Variabilidad de tiempos de proceso: los sistemas POLCA no incorporan equilibrado de carga, lo cual impide su aplicación si la variabilidad de los tiempos de proceso es elevada (Germs and Riezebos 2010).

- Control de inventario: Usando tarjetas de trabajo anónimas, las tarjetas POLCA tratan los elementos del trabajo eliminando el problema de control de inventario El flujo de los trabajos es coordinado mediante un sistema MRP. Mientras esto hace que el sistema tenga mayor aplicabilidad, introduce una debilidad en los sistemas MRP y puede ser bloqueado el sistema.

Sistemas ConWIP

ConWIP es un sistema de tarjetas de control simple. Cualquiera que sea el número de trabajos en la línea estará por debajo del límite establecido. La señal de que el trabajo ha finalizado va de la ultima estación a la primera usando la tarjeta. Hay dos diferencias cuando se compara con los sistemas Kanban:

- ConWIP es aplicado a líneas simples y no une diferentes líneas, la señal se manda desde la última estación de la línea.

- WIP usa tarjetas de trabajo anónimas. Las tarjetas ConWIP además de indicar que un cierto trabajo puede empezar indica cual es el trabajo. Esto permite a este tipo de tarjetas desplazar la decisión, y el trabajo empezará en la siguiente estación desde el final al principio de la línea.

Figura 7. Sistema ConWIP (Fuente Thürer et al 2016)

Características intrínsecas (Thürer et al 2016)

- Variabilidad de rutas: dado que hay una sola trayectoria, todos los

trabajos necesitan entrar y salir del shop por la misma estación. ConWIP esencialmente se aplica a “flow shop” puro donde todos los trabajos siguen la misma secuencia en la ruta.

- Variabilidad de tiempos de proceso: ConWIP no se aplica a shop con variabilidad de tiempos de proceso elevada dado que no se apoya en el equilibrado de carga. (Germs and Riezebos 2010).

- Control del inventario: ConWIP no limita el “work in process” de cada estación, únicamente limita el número de trabajos que se encuentran en el shop.

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3. SISTEMA DE CONTROL DE

PRODUCCIÓN- COBACABANA

3.1. Introducción

En cuestiones prácticas, los principios del “workload control” se apoyan en el número de trabajos que están siendo procesados en el “shop floor”, lo que se define como “work in progress” (WIP), de forma que las órdenes de aceptación del trabajo para la posterior liberación de este en el sistema regulará el inventario resultante en cada estación (Henrich et al., 2004).

Además de los métodos ya comentados, en la sección 2.5. Modelos de Implementación, existe otro modelo que, mediante tarjetas, al igual que los anteriores, mantiene el “workload control” en el “shop floor”.

El sistema COBACABANA se basa en los principios del WLC, haciendo uso de tarjetas para tomar decisiones respecto a las órdenes de aceptación y las órdenes de liberación (ver capítulo 2.2. Reglas de liberación de Órdenes de trabajo). Habitualmente los sistemas Kanban limitan la cantidad de WIP asociando a cada tarjeta un trabajo o conjunto de trabajos (contenedores). De esta manera se limita el WIP máximo en el sistema, ya que el número máximo de trabajos en el sistema tiene que ser inferior al número de tarjetas (Thürer et al.,2015).

La aplicación en entornos con múltiples tipos de producto, donde cada producto tiene asociado un tiempo de proceso, hace que la utilización de tarjetas en este sentido no sea del todo eficiente, ya que se asigna la misma importancia a los diferentes trabajos independientemente de su tiempo de proceso. Esto puede dificultar el control sobre el propio sistema, ya que falsea la carga real del sistema, al no existir una equivalencia real de ocupación de las máquinas con el número de tarjetas. Este hecho se agrava además cuando existen diferentes rutas para cada tipo de producto. En este sentido, el sistema COBACABANA está diseñado bajo la perspectiva de asociar a cada tarjeta un determinado valor de carga (tiempo en que la máquina estará ocupada con el trabajo).

"El control automático ha desempeñado una

función vital en el avance de la ingeniería y la

ciencia. Ademas de su extrema importancia en los

sistemas de vehículos espaciales, de guiado de

misiles, robóticos y similares; el control automático

se ha vuelto una parte importante e integral de los

procesos modernos industriales y de manufactura."

- Katsuhiko Ogata -

Cada centro de trabajo que ha de procesar un trabajo tomará del panel de control (display) las tarjetas equivalentes a la carga de trabajo. En el caso de no haber tarjetas disponibles para procesar el trabajo, en algún centro, dicho trabajo tendrá que esperar a que se liberen las tarjetas suficientes para que el trabajo pueda ser procesado. Obviamente el número de tarjetas disponibles en el panel de control está relacionado con la norma que limita la carga en dicho centro (emulando al sistema WLC).

3.2. Órdenes de aceptación y fechas de entrega

Inicialmente, COBACABANA es un sistema de liberación de órdenes que se extiende apoyado en la orden de aceptación en función de la fecha de vencimiento del trabajo. Una entrega de tiempo minima dj

min para una orden puede ser calculada añadiendo una estimación de tiempo de espera T*

jP en un

pool de órdenes antes de ser liberadas con el total de órdenes planificadas, T*

SD.

Dado que, el sistema COBACABANA, almacena el tiempo de throughput a un nivel constante, el tiempo de espera T*

jP antes de ser liberado es la única

componente variable del tiempo de entrega. Se estimará de los requisitos de las órdenes que ya esperan a ser liberadas. La estación con mayor número total de trabajos en el pool determinará el tiempo total al ser liberadas. Este tiempo se podrá apoyar en el flujo de tarjetas entre la planificación de las actuaciones de liberación y la aceptación de las órdenes.

Figura 8. Flujo de aceptación y liberación de tarjetas (Fuente M.J. Land (2009))

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Hasta que son liberadas, cada orden de aceptación requiere una tarjeta de aceptación Ajs para cada estación de trabajo s como:

El denominador especifica el máximo de salidas en unidades de proceso por día. Entonces, cada tarjeta representará una fracción de día de trabajo. Este cálculo asume que el primer trabajo que entra es el primero que debe ser tratado en la aceptación de órdenes. Reservando un cierto porcentaje diario a la salida de órdenes de trabajo urgentes, que pueden ser aceptadas sin esperar tiempo en el pool de entrada.

3.3. Órdenes de liberación y control de planta

El flujo de tarjetas entre la actuación de la planificación de liberación y todas las estaciones críticas implica que la autorización de la liberación de una tarjeta por la planificación libera una nueva orden. Al liberar la orden el planificador agrega cierto número de tarjetas para cada estación en función de la ruta a seguir por el trabajo. Las tarjetas, relacionan las estaciones de forma que estas son devueltas a la planificación una vez son completadas las operaciones en las estaciones de trabajo. El sistema equilibra el workload de forma que permite un número fijo de tarjetas que suma el 100% por estación. Cada tarjeta especifica una contribución planificada en función de su throughput. Una orden requiere, por lo tanto, una tarjeta para cada estación. La disponibilidad de las tarjetas muestra las diferentes posibilidades de nuevas liberaciones. Los cuellos de botella pueden ser identificados de forma sencilla, centrándose en la toma de decisiones en el “job shop”.

Figura 9. Flujo de liberación de tarjetas Fuente (Thürer, 2015)

También se debe tener en cuenta la prioridad de salida de las órdenes de trabajo Thürer (2015). Se consideran tres reglas de prioridad para controlar el flujo de trabajos sobre el “shop floor”: (i) “the operation due date” (ODD) rule; (ii) “the shortest processing time” (SPT) rule; y (iii) “the modified operation due date” (MODD) rule, la cual combina SPT y ODD.

La regla de prioridad ODD prioriza los trabajos con fecha de vencimiento más temprana. Mientras que, la regla de prioridad SPT selecciona aquellos trabajos con tiempo de proceso menor que se encuentran en cola. Por último, MODD prioriza aquellos trabajos de acuerdo con el menor número de prioridad el cual es dado por el máximo de la fecha de vencimiento y la fecha de finalización más temprana. En otras palabras, max (dij,t + pij) para una operación con tiempo de proceso pij, donde t se refiere al instante de tiempo cuando se toma la decisión. La regla de prioridad MODD se mueve entre el enfoque de ODDs para completar los trabajos a tiempo y la aceleración de los trabajos – efectos de SPT- cuando hay multiples trabajos que exceden su ODD.

Figura 10. Display de carga de trabajos Fuente (Thürer, 2015)

3.4. Mejoras del Sistema

Como mejora al sistema inicial planteado por Land (2009) se introduce en Land et al (2014) una mejora provista por el método de liberación de las tarjetas en los entornos de producción del “job shop”. Estas dos debilidades son identificadas por el diseño original de COBACABANA:

• Varias tarjetas son necesarias para representar el workload de una operación de una orden de trabajo, teniendo que viajar con la orden de trabajo atravesando el sistema.

• El workload usa liberaciones periódicas exclusivamente, dirigidos a una estación de trabajo ociosa de manera prematura.

Las mejoras en el sistema consisten en, por una parte, cambiar la carga que se le asigna a una tarjeta, de forma que esta carga se permita de forma variable. De este modo la tarjeta por si misma (y su color) representa una operación y su tamaño la contribución que representa en el sistema. Esto requiere replantearse el sistema original de COBACABANA, de forma que la representación en el display se representa por la disponibilidad de tarjetas y las posibilidades de liberación en el espacio.

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Figura 11. Display de COBACABANA mejorado/original

En segundo lugar, teniendo en cuenta la critica realizada por Kanet (1988) acerca de los métodos de liberación que restringen el workload en el “shop floor” para conducir a las estaciones de trabajo a una ociosidad prematura. A esto se refieren cuando la estación de trabajo puede asumir trabajos ya que se encuentra “starve” por la alta carga indirecta en los trabajos.

Como tratamos en la sección 2.3 Carga de trabajo, tiempos de proceso y equilibrado, COBACABANA sigue los principios del WLC en términos de carga de trabajo. Observando el comportamiento de COBACABANA, se comprueba que la contribución de workload se estandariza por un conjunto de “workload norm” como por ejemplo marcar el límite superior o regir la liberación por estaciones de trabajo, igual al 100%.

Además, COBACABANA incorpora un método continuo desencadenante de workload. Si la carga directa de alguna de las estaciones de trabajo de encuentra vacia entonces el primer trabajo del pool de entrada cuya primera operación se realice en dicha estación será liberado, sin importar si la liberación hace que se exceda algún “workload norm” de las estaciones de trabajo en la ruta. Esto evita el “hambre” en las estaciones de trabajo o la ociosidad prematura (Kanet (1988)) causada por la combinación de liberaciones periódicas con la aplicación de estrictas “workload norm”. Así, COBACABANA reconoce la necesidad de violar de forma temporal el 100% del limite de workload en ciertas estaciones de trabajo.

Figura 12. Integración de COBACABANA (Fuente M.J. Land, 2015)

3.5. Análisis del Sistema

Mientras la estructura de control de COBACABANA parece un sistema Kanban cuando el flujo de trabajos es controlado, se diferencia en dos aspectos importantes que permiten extenderlo más allá de los beneficios y alcance de los sistemas tradicionales Kanban:

• En primer lugar, la centralización del control, lo cual permite una mayor visión global de la situación de carga sobre el “shop floor”, apoyando el equilibrio de la carga que se encuentra en el “shop floor”.

• En segundo lugar, el uso de tamaño de tarjetas ajustable que representan la contribución del workload en cada estación, que se hace visible y en combinación con la pizarra centralizada de control simplifica los cálculos de equilibrado de carga.

Ningún efecto positivo se observa de los cambios que causan incrementar el inventario de carga para compensar el “hambre” causado por el pool de equilibrado de la capacidad original de los sistemas Kanban. COBACABANA se diferencia desde el uso del equilibrado de cargas para evitar el “hambre” mientras reduce y equilibra el nivel de work in process, entonces reduce el inventario en carga y alinea las entradas con las salidas.

Cabe concluir con tres factores del sistema:

- Variabilidad de rutas: COBACABANA usa en sus operaciones tarjetas direccionadas entre cada estación y centralizadas en un pool que precede a la línea de producción. Esto significa que cada trabajo puede entrar en el shop floor en cualquier estación y abandonarla en cualquier estación. Hay diferentes permutaciones para la secuencia de la ruta de los trabajos.

- Variabilidad de tiempos de proceso: COBACABANA crea un mix de trabajos sobre el shop que equilibra el workload a través de las estaciones; esto se apoya en la liberación de tarjetas sobre el tablero de planificación. Esto permite la variabilidad de los tiempos de proceso.

- Control del inventario: COBACABANA usa la función de liberación centralizada para eliminar el problema de control con la propagación de la información.

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4. SOFTWARE DE SIMULACIÓN: ARENA

El análisis del sistema de control COBACABANA implica la necesidad de realizar un modelo experimental, basado en la simulación de diferentes escenarios tipo job-shop, con objeto de obtener una serie de resultados que se analizaran a posteriori.

4.1. Introducción Software Arena

El software utilizado para desarrollar los modelos de simulación y hacer los experimentos es el simulador Arena Rockwell Automation. Este software es un programa de simulación que ha sido diseñado para su uso en las diferentes funciones que se pueden dar en una empresa, permitiendo el análisis de los procesos a llevar a cabo en una determinada función de la empresa (fabricación, logística, servicio al cliente), así como el análisis de procesos en los que intervienen varias áreas funcionales. Arena combina la facilidad de uso de los simuladores de alto nivel con la flexibilidad de los lenguajes de simulación. La cantidad de funciones es muy amplia como, por ejemplo: fabricación, logística y distribución, hasta la gestión administrativa y el servicio de atención al cliente. Un escenario característico incluye:

• Análisis detallado del tipo de sistema de producción, incluyendo el transporte manual de componentes.

• Análisis de cadenas de suministro, incluyendo almacenamiento, transporte y sistemas logísticos.

• Predicción del funcionamiento de sistemas en función de medidas clave, como costes, tasa de salida de piezas, tiempos de ciclo y utilización.

• Identificación de cuellos de botella en estaciones de trabajo y cantidad de recursos en cola, esperando a ser procesados.

• Planificación de recursos, humanos y materiales.

"No entender lo que quieres es un problema de

conocimiento. No tratar de obtener lo que quieres es un

problema de motivación. No lograr lo que quieres es un

problema de persistencia."

- John Maxwell -

A continuación, la Figura muestra la ventana principal de Arena. Es ahí donde se diseñará el modelo de simulación basado en la colocación y unión gráfica de distintos módulos del proceso.

Figura 13. Ventana principal de Arena

Aparecen indicadas:

• Ventana de diagrama de flujo del modelo. (Model window flowchart view).

En esta ventana se contruye el diagrama de bloques que conforman el modelo de simulación del proceso. A su vez, se podrán observar en la simulación elementos gráficos y animaciones.

• Ventana de hoja de cálculo (Model window spreadsheet view)

En esta ventana se pueden comprobar y modificar los parámetros correspondientes a los bloques (procesos) y a las entidades.

• Barra de Proyectos (Project Bar)

Este espacio tiene varios paneles desplegables que permiten diseñar el modelo. Dichos paneles contienen los módulos necesarios para construir el sistema, así como otros elementos.

Figura 14. Módulos de Arena

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4.2. Módulos del Software

Los módulos más representativos de este software que utilizaremos son:

Módulo Create

Este módulo representa la creación, o también se puede entender como llegada de entidades al modelo de simulación. Las entidades se crean usando una planificación previa, o programando el tiempo entre llegadas. En este módulo se especifica también el tipo de entidad de que se trata.

Posibles usos: comenzar una pieza de producción, llegada de documentos en un proceso de negocio, y llegada de un cliente al servicio de proceso.

Módulo Dispose

Módulo Dispose: Este módulo representa el punto final de entidades en un modelo de simulación dónde se recogen los datos de las entidades que van entrando en el mismo. Las estadísticas de la entidad se registrarán antes de que la entidad se elimine del modelo.

Posibles usos: abandono de piezas del sistema, finalización de procesos de negocio, y salidas de clientes.

Módulo Process

Este módulo corresponde al principal método de procesamiento en simulación. El módulo consta de opciones para ocupar y liberar un recurso. Además, existe la opción de especificar un “submodelo” y especificar el orden del proceso que elija el usuario, es decir, se puede establecer una prioridad a la hora de procesar los elementos. El tiempo del proceso se le añade a la entidad y se puede considerar como valor añadido, valor no-añadido, transferencia, espera, u otros.

Posibles usos: fabricación de piezas, revisión de documentos, órdenes satisfechas, servicios a clientes.

Módulo Decide

Este es un módulo de decisión que permite a los procesos tomar decisiones en el sistema. Consta de la opción de tomar decisiones basándose en una o más condiciones, o basándose en probabilidades. Las condiciones también se

pueden basar en los valores de los atributos, valores de variables, el tipo de entidad o una expresión a introducir por el usuario.

El módulo consta de dos puntos de salida cuando se especifica el tipo 2-way chance o 2-way condition. Hay un punto de salida para las entidades “verdaderas” y otro para las entidades “falsas”.

Posibles usos: envío de piezas con fallo para rehacerlas, control de calidad, prioridad de envio a clientes dedicados a un proceso.

Módulo Batch

Este módulo realiza una función de agrupamiento dentro del modelo de simulación. Los lotes de elementos pueden estar agrupados durante todo el modelo o sólo temporalmente. Los lotes temporales deben ser divididos posteriormente usando el módulo Separate.

Los lotes se pueden realizar con un número específico de entidades de entrada o se pueden unir a partir del valor de un determinado atributo. Las entidades que van llegando a un módulo Batch se van colocando en una cola hasta que se han acumulado el número necesario de entidades, una vez acumuladas, se crea una nueva entidad.

Se puede entender este módulo como el ensamblaje de una serie de elementos para dar otro elemento nuevo.

Posibles usos: acumular un número de piezas antes de comenzar un proceso, traer juntos a un paciente y su análisis, antes de comenzar la cita.

Módulo Separate

La función de este módulo es separar la entidad entrante en múltiples entidades o dividir una entidad previamente agrupada mediante un módulo Batch. Se especifican también las reglas de asignación de atributos para las entidades miembro.

Cuando se segmentan lotes existentes, la entidad temporal que se había formado se destruye y las entidades que la formaban se recuperan. Las entidades saldrán del sistema secuencialmente en el mismo orden en que se agregaron al lote en el origen de este. Cuando se duplican entidades, se hacen el número de copias especificado.

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Posibles usos: enviar entidades individuales, como cajas sacadas de un container, separación previa a unir un conjunto de documentos, enviar una orden para la realización y facturación en procesos paralelos.

Módulo Assign

La función de este módulo es asignar valores nuevos a las variables, a los atributos de las entidades, tipos de entidades, ilustraciones de las entidades, u otras variables del sistema. Se pueden hacer varias asignaciones con un único módulo Assign.

Posibles usos: establecer prioridad del cliente, cambio en el tipo de entidad a representar, acumulación de número de subensamblajes añadidos a la pieza.

Módulo Record

Este módulo se usa para recoger estadísticas del modelo de simulación. Se dispone de varios tipos de estadísticas observables, incluyendo el tiempo entre salidas a través del módulo, estadísticas de entidad (tiempo, costes, etc.), observaciones generales, y estadísticas de intervalo.

Posibles usos: recopilar el número de trabajos completados por hora, contabilizar cuantas órdenes han sido retrasadas, estadísticas del tiempo empleado en clientes prioritarios.

Módulo Entity

Este es un módulo de datos donde se definen los diversos tipos de entidades y el valor inicial que van a tomar en la simulación.

Módulo Queue

Este es un módulo de datos que se suele usar para cambiar la prioridad de las entidades para una determinada cola.

La regla que define el orden de la cola por defecto es First In, First Out, salvo que se indique otra cosa en este módulo. Hay un campo adicional que permite definir la cola como compartida.

Módulo Resource

Este es un módulo de datos donde se definen los recursos de un sistema de simulación, incluyendo información de costes y disponibilidad del recurso.

Los recursos pueden tener una capacidad fija que no varía durante la simulación, o pueden funcionar en base a una planificación. Los fallos y estados del recurso se pueden definir también en este módulo.

Módulo Schedule

Este es un módulo de datos que se suele usar en conjunción con el módulo Resource para definir la planificación de un recurso del sistema, o con el módulo Create para definir una planificación de llegada de entidades. Además, una planificación se puede usar y referir a factores de retardos de tiempo basados en el tiempo de simulación.

Módulo Set

Este es un módulo de datos donde se define varios tipos de conjuntos, incluyendo recursos, contadores, cuentas, tipos de entidad e ilustraciones de entidades.

Los conjuntos de recursos se pueden usar en los módulos Process (Seize, Release, Enter y Leave en el panel Advanced Transfer). Los conjuntos Counter y Tally se pueden usar en el módulo Record.

Los conjuntos Queue se pueden usar con Seize, Hold, Access, Request, Leave, y Allocate de los paneles Advanced Process y Advanced Transfer.

Módulo Variable

Este es un módulo de datos que se usa para definir una variable y su valor inicial. Las variables se pueden referenciar en otros módulos del modelo, se les puede asignar un valor nuevo y se pueden usar en cualquier expresión.

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Otros módulos utilizados están incluidos en el Panel de Procesos Avanzados:

Módulo Delay

Este módulo se encarga de retrasar a las entidades que lleguen a él por el tiempo especificado. Retiene las entidades conforme llegan al módulo, es capaz de retener varias entidades a la vez. Se puede usar para simular un desplazamiento.

Posibles usos: realizar una comprobación en el banco, setup en una máquina, transferencia de un documento a otro departamento.

Módulo Hold

Este módulo retendrá una entidad en una cola para esperar a una señal o que una condición llegue a ser verdadera (scan) o sea detenida infinitamente, para que sea anulada después con el módulo Remove. Si la entidad está detenida esperando una señal, el módulo Signal se utiliza en otro lugar en el modelo para permitir que la entidad pase al siguiente módulo. Si la entidad está esperando que una condición dada sea verdadera, la entidad permanecerá en el módulo, hasta que la condición/es llegue a ser verdadera. Cuando la entidad es un Hold infinito, el módulo Remove se utiliza en algún lugar del modelo para permitir que la entidad continúe procesándose.

Posibles usos: espera en un semáforo hasta que cambia a verde, espera la autorización de la pieza, comprobación del estado de la máquina u operador para continuar el proceso.

Módulo ReadWrite

Se utiliza para leer los datos de un fichero de entrada o del teclado y asignar los valores de los datos a una lista de variables o cualidades. Este módulo también se utiliza para escribir datos en un dispositivo de salida, una pantalla o un archivo.

Posibles usos: Lectura en una aerolínea de información de llegadas/salidas, escribir información de ordenes en un fichero de datos (órdenes de llegadas, tiempo de llenado, tiempo de realización).

Módulo Release

Se encarga de liberar un recurso.

Posibles usos: finalizar una orden del cliente, abandonar el hospital.

Módulo Remove

Quita una sola entidad de una posición especificada en una cola y la envía a un módulo señalado. El ranking de la entidad significa la localización de la entidad dentro de la cola.

Posibles usos: llamada a pacientes que están en lista de espera, pasar una orden de la cola que debe ser completada la próxima.

Módulo Search

Busca el conjunto de entidades que cumplan con las condiciones especificadas.

Maneja tres opciones:

- Search a queue.

- Search a batch.

- Search an expresión.

Retorna, dentro de la variable Global J., la posición en la cola de la primera entidad que cumple con las condiciones especificadas.

Posibles usos: buscar un número de orden particular en una cola, determinar que proceso entra basado en la disponibilidad de recursos.

Módulo Signal

Envia un valor de señal a cada módulo hold del modelo en el Set Wait for Signal y libera el máximo de número de entidades especificado.

Posibles usos: señalizaciones de un operador al completar una orden que estaba esperando para una pieza, analizar el tráfico en las intersecciones.

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Módulo File

Debe ser incluido cada vez que se acceda a un archivo externo usando el módulo Read-Write.

Se ha utilizado otro módulo denominado Station que se encuentra en el Panel de Traslados Avanzados de Arena, visible en la Figura Módulos de

Arena:

Módulo Route

Transfiere una entidad a una estación específica o la próxima estación a visitar en función de la secuencia definida, puediendo definir un tiempo de retraso debido al transporte.

Si en la estación destino se entra By Sequence, la siguiente estación vendrá determinada por la secuencia de la entidad y paso de set (definido por atributos de proposición especial Entity.Sequence y Entity.Jobstep, respectivamente).

Posibles usos: enviar una pieza a la próxima estación de la ruta, enviar a un cliente de un restaurante a una mesa específica.

Módulo Station

Es un bloque usado para diferenciar las partes de nuestro sistema. Su uso hace más manejable el modelo y facilita la definición de los movimientos entre las distintas partes del sistema.

Posibles usos: definir un área de tornear, definir un área de preparación de comida.

5. MODELO DE SIMULACIÓN

En la aplicación del Sistema COBACABANA en el software de simulación cabe destacar diversos puntos que resultan de interés. Se trata del estudio de la respuesta del Sistema, en función de la variabilidad de tiempos de proceso, carga en las diferentes estaciones y distribución de llegada de órdenes de trabajo.

En este punto en concreto se estudiarán los diferentes procesos del Sistema COBACABANA desde el modelado de las entidades de trabajo hasta la salida de las mismas del Sistema.

1. Modelado de la Entidad de Trabajo

En nuestro Sistema la llegada de órdenes de trabajo (entidades) seguirá una distribución exponencial, de diferentes valores del estudio, a estas órdenes se les asignará una serie de atributos que definirán su ruta a través del Sistema.

Figura 15. Ruta de aceptación de Órdenes en el Sistema

"Las cosas buenas suceden solamente si se planean, las

cosas malas suceden solas."

- Phil Crosby -

52

Estos atributos que se le asignan a la orden de trabajo serán:

T_create: instante de creación de la orden de trabajo.

En el software Arena se asigna el instante actual mediante el comando TNOW, dicho comando asigna el valor que en ese instante tiene el reloj de la simulación.

Figura 16. Asignación de valor al atributo t_create.

La fecha de entrega se determina en función del instante de entrada y a una asignación aleatoria del tiempo de proceso definido a partir de una variable aleatoria UNIF (2,0.5), variable utilizada en la experimentación de referencia sobre la que se realizarán las comparaciones.

Se considera la prioridad para que la orden de trabajo entre en el Sistema, esto significa que cuanto menor sea la fecha de vencimiento (duedate) antes debe entrar la orden al Sistema.

.

Figura 17. Asignación de valor al atributo duedate.

El workload o carga de trabajo, se crearán tantos atributos como estaciones se encuentren en el Sistema y su valor vendrá referido de manera porcentual de unidades temporales. Su valor variará dentro del Sistema teniendo en cuenta los diferentes escenarios que se propongan.

Figura 18. Asignación de valor al atributo workload (workloadB).

La secuencia que seguirá el trabajo es otro atributo que se tendrá en cuenta al comenzar, de forma que definirá la ruta a seguir por la orden.

Figura 19. Captura de valor al atributo Entity.Sequence (SetSecuencias).

Se tendrán en cuenta tres secuencias para nuestro modelo tales que:

Figura 20. Asignación de valor a la secuencia 1

Figura 21. Asignación de valor a la secuencia 2

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Figura 22. Asignación de valor a la secuencia 3

Una vez se acepta la órden de trabajo y comienza su procesado a través del Sistema captaremos el momento de liberación para calcular el tiempo de ciclo de las órdenes de trabajo.

Figura 23. Asignación de valor al atributo t_liberacion.

Para identificar en que momento se crearon las órdenes de trabajo definimos la Identidad, de esta manera se puede ver la alteración del orden debido a la prioridad al liberar las órdenes de trabajo.

Figura 24. Asignación de valor al atributo Identidad.

Otro atributo que resulta de interés para el análisis es el atributo que identifica aquellas órdenes que salen del pool de entrada directa a las máquinas, para cubrir estas una vez quedan libres. Esta es una de las características del COBACABANA mejorado.

Figura 25. Asignación de valor al atributo Saltarina.

2. Variables de Análisis

La variable que tendremos en cuenta en este Sistema será unicamente aquella que identifica el orden en el que se crean las órdenes de trabajo que será nombrada como Identidad.

La identidad nos indica en que lugar ha entrado la orden de trabajo en el Sistema, a posteriori se podrá estudiar si órdenes creadas de manera más tardía salen del Sistema antes que otras creadas previamente.

Figura 26. Asignación de valor a la variable Identidad.

El resto de las variables las calcularemos a posteriori con los datos obtenidos de la simulación. Estas variables serán: el retraso y el tiempo total de throughput.

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3. Definición de Rutas

Añadiendo el set de secuencias lo que se consigue que a los trabajos se les asigne una ruta diferente en función de una distribución de probabilidad. De este modo, el Sistema se convierte en un flow shop dirigido.

Al añadir estaciones y rutas, será más facilmente escalable el Sistema para añadir nuevas secuencias según las necesidades.

Figura 27. Asignación de valor a la ruta (Secuencia)

4. Zona de espera

El pool de entradas es el lugar donde esperan las órdenes para entrar. Una vez se comprueba que el Sistema tiene capacidad para admitir órdenes de trabajo, se emite una señal y se libera una orden de trabajo.

Figura 28. Asignación de pool de entrada (wait for signal)

5. Comprobación y actualización de entradas al Sistema

1. ∑ Workload𝑡 < Workload norm𝑡

El workload norm lo que nos ayuda es a restringir las entradas en el Sistema de forma que no se incumplan las restricciones de carga sobre las máquinas. Para ello, en función de la secuencia se deberá tener en cuenta la carga agregada correspondiente.

Figura 29. Ruta de elección de rutas por secuencia.

En función de la secuencia de la órden se comprueba si cumple la restricción del workload y pasa al siguiente proceso, que es el que libera la orden, definitivamente, en el Sistema.

Figura 30. Decisión de entrada en función de secuencia.

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Figura 31. Comprobación del workload norm.

((AQUE(POOL ENTRADA.Queue,1,NSYM(workloadA))+WorkloadNormA) <= 100)&&((AQUE(POOL ENTRADA.Queue,1,NSYM(workloadB))+WorkloadNormB) <= 100)&&((AQUE(POOL ENTRADA.Queue,1,NSYM(workloadC))+WorkloadNormC) <= 100)

2. Recurso de máquina útil = 0

Una de las mejoras introducidas en COBACABANA es la alimentación de la máquina starve. Si alguna de las máquinas que hay en nuestro Sistema se queda en desuso se comprueba que en el pool de entradas se encuentre alguna orden de trabajo cuya primera estación de la ruta sea la máquina que esta sin utilizar.

Figura 32. Ruta de búsqueda de orden para maquina starve.

Figura 33. Comprobación de máquina starve.

Una vez se ha encontrado una orden de trabajo que cumple que su primera estación en la secuencia es la máquina que se encuentra libre entonces se introduce en el Sistema sin importar que se cumpla el workload norm.

Figura 34. Ruta de entrada de orden de trabajo en el sistema.

60

El módulo remove da el rango de la entidad de forma que la elimina de la cola y hace que se introduzca en el Sistema.

Figura 35. Asignación de Rank a la entidad.

6. Carga agregada de trabajo

Una vez liberadas las órdenes de trabajo tras ser comprobado que no incumplen el workload norm, se procede a incrementar la carga de trabajo de las órdenes que son liberadas sobre el Sistema.

Figura 36. Ruta de asignación de carga agregada en función de la secuencia

Figura 37. Comprobación de secuencia para realizar la carga de trabajo.

Debemos tener en cuenta que en este modelo nos basamos en la carga agregada de trabajos según la sección 2.3., de este modo, se tendrá en cuenta que posición ocupa la estación en la ruta para actualizar la carga sobre el workload norm, a su vez, el instante en el que se libera la orden se tiene en cuenta para calcular el throughput time sobre el shop floor.

Figura 38. Asignación valores al Workload norm.

62

Figura 39. Actualización de valores.

7. Actualización del display a la salida de las estaciones de trabajo.

Una vez han pasado por las estaciones de trabajo se procede a actualizar el workload norm de forma que se disminuye en la cantidad en la que se cargo al entrar en el Sistema.

Figura 40. Estructura de procesado y liberación de trabajos

Para ver que tiempos de espera hay entre que un trabajo sale de una estación hasta que es procesado acumularemos los tiempos de salida de cada estación y en función de la secuencia podremos comprobar los tiempos de espera.

Figura 41. Actualización de valores a la salida de máquina.

Figura 42. Actualización de valores a la salida de máquina (2).

64

6. DISEÑO EXPERIMENTAL

Introducción

En la mayoría de los sistemas de producción no se satisface la suposición del modelo de colas M/M/1, que se caracteriza por tener tiempos de llegada al sistema de forma aleatoria y con tiempos de proceso exponenciales. Cuando las estaciones de trabajo son alimentadas aguas arriba, los tiempos de proceso no siguen una distribución exponencial, por tanto, los tiempos de llegada tampoco seguirán esta distribución. Los sistemas que no siguen una distribución exponencial en el intervalo de llegada y de procesos se rigen por el modelo de colas G/G/1.

Para este tipo de modelo de colas son importantes dos momentos de aproximación en la estimación. Se trata de la desviación estándar de los tiempos de intervalo de llegadas y la distribución de tiempos de procesos. Un ajuste razonable de estos factores en los sistemas típicos de producción sería una u no mayor de 0.95 o una desviación de tiempos de proceso menor de 0.1.

Si desarrollamos la expresión para los tiempos de espera en cola CTq

obtendremos la aproximación investigada por Kingman (1961):

𝐶𝑇𝑞(𝐺 𝐺⁄ 1⁄ ) = (𝑐𝑎

2 + 𝑐𝑒2

2) (

𝑢

1 − 𝑢) 𝑡𝑒

Esta puede ser dividida en tres factores, variabilidad, utilización y tiempo de espera.

(𝑐𝑎

2 + 𝑐𝑒2

2) = 𝑣 ; (

𝑢

1 − 𝑢) = 𝑢 ; 𝑡𝑒 = 𝑡

“Lo que no se define no se puede medir. Lo que no se

mide, no se puede mejorar. Lo que no se mejora, se

degrada siempre.”

- William Thomson Kelvin -

Relaciones fundamentales

Antes de considerar el sistema específico, se debe tener en cuenta importantes relaciones que se consideran para sistemas con estaciones simples. La primera, es la expresión para la utilización, que es la probabilidad que la estación este ocupada y viene dado por:

𝑢 = 𝑟𝑎

𝑟𝑒=

𝑟𝑎𝑡𝑒

𝑚

La segunda, es la relación entre el tiempo en la estación que viene dado por el tiempo de proceso y el tiempo de espera en cola:

𝐶𝑇 = 𝐶𝑇𝑞 + 𝑡𝑒

La tercera, se deriva de la aplicación de la ley de Little y es la relación a lo largo del sistema entre el WIP y CT:

𝑊𝐼𝑃 = 𝑇𝐻 𝑥 𝐶𝑇

La cuarta, aplicando la ley de Little para sistemas de una cola se relaciona el WIPq, CTq y el ratio de llegada.

𝑊𝐼𝑃𝑞 = 𝑟𝑎 + 𝐶𝑇𝑞

Descripción del modelo de estudio

Para analizar el sistema, por tanto, como hemos introducido en el punto anterior se debe tener en cuenta estos tres factores, utilización, variabilidad y tiempo de espera. Así realizaremos la combinación de estos en diferentes escenarios.

La utilización la relacionaremos con las entradas de órdenes de trabajo en el sistema, la variabilidad de los tiempos de proceso de cada orden de trabajo y, por último, los tiempos de espera que vendrán definidos por el desequilibrio que encontremos en las estaciones de trabajo.

Tabla 1. Datos de partida

Variable Abreviación Signo Valor

Utilización U expo(3)

Utilización U expo(8)

Variabilidad V 0.2

Variabilidad V 0.005

Tiempo de espera te *(1)

Tiempo de espera te *(2)

66

Los tiempos de espera vendrán del desequilibrio de las estaciones de trabajo.

Tabla 2. Datos de workload para cada estación

Teniendo en cuenta la combinación de cada una de estas variables obtendremos los siguientes escenarios:

• Escenario 1 – U , V , te

• Escenario 2 – U , V , te

• Escenario 3 – U , V , te

• Escenario 4 – U , V , te

• Escenario 5 – U , V , te

• Escenario 6 – U , V , te

• Escenario 7 – U , V , te

• Escenario 8 – U , V , te

Metodología experimental para la comparación de resultados

El objetivo del trabajo es analizar el comportamiento del sistema de control COBACABANA para diferentes escenarios donde se variarán los factores fundamentales que influyen en los sistemas.

Tal y como se expone en el capítulo 3, analizaremos los elementos clave de este sistema como es la restricción de carga en las estaciones (workload norm), y las mejoras introducidas en el sistema (véase sección 3.4).

Para cada uno de estos escenarios, se realiza una simulación de forma que estudiaremos si hay retraso en las órdenes de trabajo, la cantidad de órdenes que alimentan a máquinas libres y el tiempo total de flujo.

El tiempo de de estudio del sistema para cada uno de los escenarios será de 8.00 horas.

Workload A Workload B Workload C

*(1) 5 7 3

*(2) 5 5 5

7. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS

En este capítulo introduciremos los resultados obtenidos para nuestro modelo

de simulación, conforme a lo introducido en los escenarios descritos en el

capítulo 6., para ello se tendrán en cuenta las variables de análisis que

consideramos que deben ser estudiadas; como el retraso en las órdenes de

trabajo, el número de órdenes de trabajo que se mandan directamente a la

máquina, como consecuencia de su disponibilidad, el porcentaje de utilización

de las máquinas y, por último, el número de órdenes de trabajo en función de la

secuencia.

7.1. Resultados

En primer lugar, observamos el estudio porcentual, de la utilización para cada

una de las máquinas del sistema en función de los diferentes escenarios, en la

tabla que se muestra a continuación.

Tabla 3. Utilización Máquinas Simulación

A B C

Escenario 197,23% 97,21% 56,27%

Escenario 251,62% 70,86% 30,15%

Escenario 397,09% 97,29% 57,47%

Escenario 451,06% 71,44% 30,61%

Escenario 597,06% 96,85% 97,87%

Escenario 651,62% 50,44% 50,57%

Escenario 797,08% 96,87% 97,92%

Escenario 851,06% 51,03% 51,03%

UTILIZACIÓN Máquinas (%)

“Los resultados que consigues serán directamente

proporcionales al esfuerzo que aplicas.”

- Denis Waitley -

68

En segundo lugar, veremos los datos característicos de los sistemas de

producción, para cada uno de los escenarios. El WIP (work in progress), CT

(cycle time) y TH (thoughput) aquí expuestos, representan la media de los

datos obtenidos.

Tabla 4. WIP, CT, TH.

El trabajo en proceso (WIP) será mayor para los escenarios cuyo porcentaje de

utilización de máquinas es mayor. Teniendo en cuenta que siempre que la

carga de trabajo de cada una de las estaciones este equilibrada presentará un

menor WIP. A su vez, cuanto mayor es el WIP más afectará la variabilidad del

procesado en las máquinas al sistema, siendo más importante esta diferencia

cuando las cargas de trabajo estén desequilibradas.

Figura 43. Tiempo de ciclo para órdenes de trabajo finalizadas.

WIP CT (h) TH

Escenario 1 17,755 2,120 8,375

Escenario 2 1,993 0,325 6,125

Escenario 3 17,151 2,079 8,250

Escenario 4 1,985 0,324 6,125

Escenario 5 16,751 1,787 9,375

Escenario 6 1,795 0,293 6,125

Escenario 7 16,735 1,785 9,375

Escenario 8 1,792 0,293 6,125

Como se aprecia en la gráfica, las primeras órdenes de trabajo siguen un

tiempo de ciclo similar, pero conforme se va saturando el sistema de llegada de

órdenes de trabajo el tiempo de ciclo aumenta.

Tabla 5. Máximo de piezas y tiempos de espera en cola

Cuanto mayor es la carga de trabajo sobre una máquina mayor será la

utilización, como se puede observar, para los escenarios con cargas

desequilibradas será mayor el número máximo de piezas en cola, influyendo la

variabilidad solo en una pieza de oscilación, como máximo, cuando se trate de

los casos de mayor utilización.

Tabla 6. Órdenes con retraso y saltarinas

A B C Max average

Escenario 110 29 2 3,570 0,273

Escenario 22 3 2 0,167 0,032

Escenario 38 30 2 3,678 0,305

Escenario 42 3 2 0,167 0,032

Escenario 522 15 20 1,412 0,135

Escenario 62 2 2 0,167 0,032

Escenario 721 16 21 1,329 0,118

Escenario 82 2 2 0,167 0,032

MAX QUEUE ( uds ) te pool de entrada (h)

Ots Saltarinas % Ots retrasadas %

Escenario 1 23 34,33% 48 71,64%

Escenario 2 18 36,73% 0 0,00%

Escenario 3 22 33,33% 48 72,73%

Escenario 4 18 36,73% 0 0,00%

Escenario 5 3 4,00% 47 62,67%

Escenario 6 21 42,86% 0 0,00%

Escenario 7 3 4,00% 47 62,67%

Escenario 8 21 42,86% 0 0,00%

70

Como podemos ver, cuando la utilización es alta, el número de órdenes de

trabajo que alimentan las máquinas hambrientas se mantiene en el mismo

orden de magnitud, sin influir la carga de trabajo sobre las máquinas. Sin

embargo, para los escenarios de utilización media, sin saturación del sistema,

tiene gran influencia el equilibrado de las cargas de trabajo.

Con respecto a las órdenes con retraso, solo se producen en escenarios cuyo

sistema esta saturado.

Figura 44. Número de órdenes saltarinas por secuencias.

Cuando vamos al detalle, podemos comprobar que la máquina que más

órdenes de trabajo reclama para procesar es la máquina C, siendo esta, la

primera máquina de la secuencia 2 de órdenes de trabajo.

Figura 45. Número de órdenes retrasadas por secuencias.

El retraso en la fecha de entrega de las órdenes de trabajo se producirá para

los escenarios de alta utilización. Siendo las órdenes de trabajo de la secuencia

2 las más afectadas.

72

7.2. Análisis de los resultados

A la vista de los resultados obtenidos en la simulación cabe destacar:

1) Cuanto mayor es el trabajo en proceso del sistema mayor será la

utilización del sistema. Sin embargo, una vez alcanzada la máxima

utilización de las máquinas del sistema por cualquiera de las mismas, el

resultado de este proceso tendrá como consecuencia el aumento de

trabajo, que desembocará en la saturación el sistema. De esta forma se

aumentará el tiempo de ciclo de las órdenes de trabajo, ya que la salida

de piezas una vez se llega a la utilización máxima deberá mantenerse

constante por la ley de Little.

2) Cuando el sistema no se encuentra saturado, el desequilibrio en las

cargas de trabajo provocará que aumenten las ocasiones en que las

máquinas de trabajo requieran órdenes.

3) Los tiempos de espera en cola en los escenarios no saturados son

iguales para los sistemas equilibrados y desequilibrados, esto es debido

a que el sistema COBACABANA hace una llamada al pool de órdenes

para que entre en el sistema en cuanto una máquina se encuentre libre.

4) Por último, analizando los datos de salida, podemos deducir que lo

máximo que podrá ser procesado en el sistema para una carga de

trabajo equilibrada, supuesta para cada estación de 5 unidades

temporales, será de 75 unidades. Por tanto, el WIP óptimo será entorno

a tres unidades

8. CONCLUSIONES

La necesidad de adaptación inmediata de la producción a la demanda, junto

con la escasez de métodos de control de la producción, implementados

actualmente en los entornos de fabricación, motiva a la realización de este

trabajo.

Durante este trabajo se ha avanzado desde una introducción de los conceptos

básicos de la producción, tal y como se tratan en el capítulo 1, el plan maestro

de producción, la estructura de fabricación, el estado de los inventarios, la

explosión de materiales y la planificación de carga de materiales.

En el año 2014, M. Land, analiza el sistema de control de la producción, ya

teorizado anteriormente por el mismo en 2009, para implementar dos mejoras

significativas que se han introducido en el trabajo actual.

La primera mejora, es la llamada desde las máquinas que se encuentran libres

al pool de órdenes, para la entrada directa de estas, el workload norm o

restricción de carga en las estaciones puede ser violado en este caso. La

segunda mejora, es la estructura en la que se controla el sistema “planner”, de

forma que el sistema se actualiza de 0 a 100 con la carga agregada de las

órdenes de trabajo.

Al implementar este sistema con diferentes escenarios, en los cuales nos

podemos encontrar, debido a la situación actual, en la que la mayoría de las

empresas tienden a la sobreutilización de sus máquinas, se decide tratar dos

tipos de situaciones, estudiando diferentes variantes para el sistema.

Escenarios saturados y sin saturar, para analizar un total de ocho escenarios.

A la vista de los resultados cabe concluir que si se hubiese restringido más el

workload norm de los escenarios saturados, obtendríamos mejores resultados

de WIP, ya que las órdenes de trabajo se mantendrían en el pool de entrada.

Para líneas futuras de investigación se deberían tener en cuenta las reglas de

prioridad de dispatching rule.

"La conclusión es que sabemos muy poco y, sin

embargo, es asombroso lo mucho que conocemos. Y

más asombroso todavía que un conocimiento tan

pequeño nos puede dar tanto poder."

- Bertrand Russell -

74

REFERENCIAS

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