Para un sistema de manufactura asegurar el cumplimiento de la capacidad de producción requerida por el cliente o mercado es una demanda crítica. En particular producir por arriba o por debajo del volumen requerido trae problemas de sobrecostos, es por esta razón que el diseño de los sistemas de manufactura considera esta tarea dentro de sus análisis.

La estimación del tiempo de ciclo para el sistema de manufactura permite asegurar el cumplimiento del volumen o demanda requerida por el cliente. Este cálculo considera diferentes variables como la disponibilidad de horas trabajadas por año y la eficiencia de producción asociada al porcentaje de producción sin demoras durante la jornada de producción disponible.

El cálculo del tiempo de ciclo estimado para el cumplimiento del volumen de producción es apenas el primer paso que permite definir un tiempo objetivo para el tiempo de ciclo real o medido para cada una de las estaciones de la línea de producción. Los valores de tiempo de ciclo para cada estación se calculan a partir de los valores estándares de velocidades de proceso y de los tiempos estándar que aplican para cada una de las tareas de la secuencia de operación de la estación de trabajo.

La complejidad para procesar un producto o ensamble normalmente demanda más de una estación de trabajo, por lo que es necesario para el diseño de un sistema de producción visualizar el número total de estacione, así como los procesos que se aplican en cada estación y la secuencia que sigue el producto desde el inicio hasta la última estación de la línea de producción. En este sentido los diagramas de árbol y de flujo permiten desglosar la complejidad de un producto para poder detallar el flujo de proceso que tendrá que seguir para su fabricación.

Preguntas detonadoras o de reflexión:

¿Sabes que los porcentajes de eficiencia, la utilización y la velocidad de proceso tienen una alta influencia en la cantidad de estaciones requeridas de una línea de ensamble?

5.1 Calculo del tiempo de ciclo de un sistema de producción

Una vez decidido qué producto se va a fabricar, así como las herramientas, tipos de robot y paradigmas a utilizar, uno de los pasos siguientes es planear la capacidad de producción del sistema de manufactura. Con base en esta capacidad de producción requerida y en la complejidad del producto o ensamble se estará diseñando la línea de ensamble. La capacidad de producción requerida es el dato de referencia para la estimación del tiempo de ciclo de la estación o línea de ensamble, mientras que el análisis de la complejidad del producto asociada a la cantidad de componentes y procesos será la referencia para definir el flujo de proceso o la secuencia de ensamble del producto dentro de la línea de ensamble.

La estimación de la capacidad considera los requerimientos de demanda actuales y futuros. Para este análisis sólo se reconocerá la importancia de una acertada estimación de la capacidad de producción, sin embargo no es parte del actual estudio estimar los pronósticos de demanda de producto requerida, siendo el volumen de producción un dato ya establecido para los cálculos del diseño del tiempo de ciclo de la estación de trabajo.

A continuación se definen algunos términos o indicadores de producción importantes para la estimación del tiempo de tacto de una línea de ensamble o estación de trabajo:

Haz clic en cada elemento para ver su descripción.

5.2 Desglose de los tiempos de ciclo de un sistema de producción

Mientras que el tiempo de tacto o tiempo de ciclo de diseño es un valor calculado, el tiempo de ciclo real es un valor medido o estimado y describe el tiempo requerido para completar una secuencia de principio a fin en una estación de trabajo. El tiempo de ciclo real puede ser medido por un reloj o estimado por medio de estándares de tiempos y movimientos asignados a diferentes tipos de tareas (estándares de tiempo de ciclo). El tiempo de ciclo real de una estación o línea de ensamble tiene que ser igual o ligeramente menor al tiempo de tacto o tiempo de ciclo de diseño para garantizar el cumplimiento a la demanda del cliente sin riesgos de sobreproducción o cuellos de botella.

Una de las tareas críticas en el diseño de los sistemas manufactura es la estimación del tiempo de ciclo para cada una de las estaciones de trabajo. En este caso el diseñador asigna valores de tiempo estándar o histórico para cada una de las tareas que ocurren en una estación de trabajo. A continuación se describen las tareas más importantes que ocurren durante el tiempo de ciclo de una estación de trabajo:

• Tiempo de carga de pieza o componentes en estación de trabajo: es el tiempo requerido para cargar la pieza o los componentes que se procesaran en los dispositivos o herramentales de la estación de trabajo. El método de carga puede ser manual o automático.
• Tiempo de clamp o sujeción de la pieza o componentes en el dispositivo de sujeción o herramental de la estación de trabajo. Está asociado al tiempo requerido para sujetar la pieza o componentes antes de que se ejecute un proceso sobre ella. Esta tarea también puede ser manual o automática.
• Tiempo de proceso: es el tiempo asociado con la ejecución del proceso que transforma o agrega valor a la pieza de trabajo o subensamble; por ejemplo, soldadura, maquinado, corte, etcétera. Como ya se explicó previamente esta tarea puede ser aplicada de forma manual o automática y es normalmente la que consume mayor parte del tiempo de ciclo. Una de las variables más importantes en esta tarea es la velocidad de proceso, que junto con la cantidad o contenido de proceso a realizar define el tiempo de proceso requerido.
• Tiempo de liberación unclamp de la pieza o subensamble: es el tiempo requerido para liberar la pieza de trabajo o el subensamble una vez terminado el tiempo del proceso, dejando la pieza de trabajo o subensamble libre para ser transferido a la próxima estación de trabajo de la línea de producción.
• Tiempo de transferencia: es el tiempo requerido para transferir la pieza de trabajo o subensamble a la siguiente estación de trabajo con el propósito de continuar con la siguiente operación marcada en el flujo de proceso. Esta tarea puede ser realizada de forma manual o automática.
• Tiempo de indexado: en algunos diseños de estaciones se utilizan dispositivos de indexado que consisten en mesas giratorias con espacio para montaje de 2 o más dispositivos de sujeción, ofreciendo la ventaja de realizar la operación de carga y descarga de piezas de trabajo o subensamble en un dispositivo de sujeción A, de manera simultánea a la ejecución de la tarea de proceso en un dispositivo de sujeción B.

El desglose de tareas para el tiempo de ciclo no es general, es decir que para cada tipo de estación de trabajo, producto o proceso, hay variantes que requieren sólo algunas de las tareas presentadas o demandarán agregar mayor detalle en alguna de las tareas mencionada. Sin embargo esta clasificación de tareas sirve como una referencia de partida para el diseño y análisis de una estación de trabajo. A continuación se listan algunas fórmulas para el cálculo del tiempo de ciclo estimado en algunos tipos de estaciones de trabajo o layout:

• Para una estación de ensamble con aplicación de proceso automático y manejo manual entre estaciones: en este caso el tiempo de transferencia ocurre mientras se ejecuta el proceso automático.

Tiempo de ciclo Estimado=Tiempo carga+Tiempo de clamp+Tiempo de Proceso+Tiempo de desclamp

• Para una estación de ensamble con aplicación de proceso automático y con dispositivo de indexado: en este caso las tareas de carga, clamp, unclamp y descarga ocurren en el lado A de la estación, mientras la tarea de proceso se ejecuta de forma automática y simultánea en el lado B del dispositivo de indexado.

Tiempo de ciclo Estimado=Tiempo de Proceso+2*Tiempo de indexado

• Para una línea de ensamble con manejo automático entre estaciones y aplicación de proceso automático: en este caso el tiempo de carga es igual al tiempo de transferencia. La carga de componentes pude ocurrir en paralelo al tiempo de transferencia; la tarea de transferencia ocurre de forma sincronizada para cada una de las estaciones de la línea de ensamble, por ese motivo se contabiliza sólo una vez.

Tiempo de ciclo Estimado=Tiempo de transferencia+Tiempo de clampeo+Tiempo de proceso+Tiempo de desclampeo

Un aspecto relevante a tomar en cuenta es que dentro de todas las tareas que componen el tiempo de ciclo de una estación de trabajo, la relacionada con el proceso es la única que agrega valor; por tal motivo es importante diseñar el sistema en un arreglo, layout o configuración, que permita reducir al máximo los tiempos o tareas que no agregan valor al producto. El intento de maximizar el valor agregado en una estación de trabajo está relacionado con el enfoque de diseño de sistemas de manufactura lean o esbeltos. Para una estación de trabajo el porcentaje de valor agregado queda definido así:

Valor agregado (%)=(Tiempo de proceso*100)/(Tiempo de ciclo estimado)

Otra práctica importante asociada al diseño de un sistema de manufactura esbelto es la maximización del tiempo de utilización de la estación de trabajo. Para la estación de trabajo el porcentaje de utilización queda definido de la siguiente forma:

Utilización (%)=(Tiempo de ciclo estimado*100)/(Tiempo de ciclo de diseño)

5.3 Introducción al desarrollo de diagramas de flujo de proceso

Una vez que ha concluido la etapa del diseño y análisis de un producto o ensamble se tienen los siguientes documentos de soporte para el desarrollo del sistema de producción:

• Los dibujos de dimensionamiento y tolerancias del producto (GD &T).
• Los dibujos con la cantidad y tipo de proceso requerido para el ensamble del producto.
• Los dibujos a detalle de cada uno de los componentes del producto con sus especificaciones dimensionales, de material y de proceso.
• La lista de componentes y materiales (BOM).

A partir de la información del producto anterior el ingeniero de proceso o manufactura procede al diseño del proceso de producción. Para cumplir con este objetivo algunas de las herramientas que ayudan a desarrollar la secuencia de operaciones requeridas para conseguir el ensamble del producto son las siguientes:

• El árbol de ensamble es una herramienta que permite visualizar y representar la relación entre los subensambles y componentes que forman el ensamble completo. Este diagrama permite simplificar la complejidad de un producto o ensamble ofreciendo una visión temprana de las posibles estaciones que compondrán al sistema de producción y la relación entre las mismas para fabricar el producto completo.





Figura 1. Ejemplo de un árbol de ensamble
Imagen obtenida de
http://www.buyplm.com/application-notes/pdxpert-bill-of-materials-tree-for-visio.aspx
Sólo para fines educativos.

• Los diagramas de flujo son una representación visual de la secuencia de operaciones de ensamble de un producto. Las operaciones de proceso son representadas como rectángulos, el flujo del producto es representado por flechas y los almacenes de producto en proceso o componentes como triángulos. Los diagramas de flujo de proceso facilitan la comprensión de la secuencia del proceso y su comunicación o explicación a terceros. También a documentar el proceso y buscar alternativas de mejora en el proceso o línea de ensamble. La figura 2 muestra el diagrama de flujo para una máquina tragamonedas.










Figura 2. Ejemplo de un diagrama de flujo para una máquina tragamonedas
Fuente: Richard B. Chase y Nicholas J. Aquilano. (2006). Operations Management for Competitive Advantage (11^a ed.). EE.UU.: McGraw-Hill/Irwin

Pudiste ver qué tiempo de ciclo para un sistema de manufactura requerido corresponde al tiempo en segundos que se necesita para ensamblar un producto y que este tiempo se calcula para garantizar el cumplimiento de la demanda de producción anual de un producto.

A nivel de estación de trabajo, el tiempo de ciclo de diseño es calculado a partir de los tiempos estándar considerados para carga, proceso y descarga del producto.

Revisa a continuación el Checkpoint: