Contexto
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?
Explicación
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.
Es el volumen de producción requerido por el cliente si bien existen valores de volumen pico es decir capacidad máxima y volumen promedio o capacidad nominal, el cliente normalmente solicita el diseño de la línea de producción o ensamble para satisfacer un volumen de demanda pico.
Es el total de días efectivos trabajados por año, calculados como los días del año descontando fines de semana, días festivos y días de paro técnico (por inventario, mantenimiento general, etcétera).
Dias efectivos año = 365 - dias de fines de semana - dias festivos - dias paro tecnico
Es el total de hora efectivas trabajadas, calculadas como las horas del día descontando los tiempos para actividades no productivas pero necesarias como: tiempo de comida, tiempo para junta de arranque, tiempo para limpieza y organización del área de trabajo (5S´s)
Horas efectivas día = 24 - hrs comida - hrs junta arranque - hrs 5s's
Es la eficiencia productiva, en este caso es un valor estimado en porcentaje y regularmente asociado a datos de desempeño histórico del sistema de producción, por ejemplo un up time = 85% significa que la línea produce solo el 85% del tiempo de producción efectivo el tiempo remanente para completar el 100% es considerado.
O tiempo de paro causado por múltiples problemas entre los que podemos listar: falla en el equipo, falta de material, accidente de trabajo, problemas de calidad, etcétera, el Down-time es considerado como un desperdicio que no agrega valor al proceso y siempre se busca reducir a un mínimo atreves de acciones preventivas (mantenimiento preventivo) y proyectos de mejora.
Es el porcentaje de la producción chatarra por motivos de: problemas de calidad, problemas de funcionalidad, inclusive por pruebas de calidad destructivas necesarias, este valor es expresada en porcentaje de la producción máxima, es importante considerar este factor dentro de las estimaciones del tiempo de ciclo ya que incrementa el volumen de producción pico requerida, por ejemplo un porcentaje de chatarra del 2% significa que el 2% de la producción pico o máxima es chatarreada por año.
Es el tiempo en segundos requerido para la fabricación de una pieza o ensamble en una estación de trabajo, este tiempo es calculado a partir del volumen de producción máximo requerido y del tiempo de producción efectivo afectado por el porcentaje de Up-time, calculado de acuerdo a la siguiente formula:
Tiempo de Ciclo de Diseño = (Días efectivos año * Horas efectivas día * % Up time * 3600) / (Volumen requerido al año ( 1 + % Chatarra))
Para fines prácticos nuestro tiempo de ciclo de diseño será igual al tiempo de tacto.
El tiempo de tacto nos define la velocidad de producción de diseño a la que debe operar una estación de trabajo o línea de ensamble para poder cumplir con la demanda de volumen del cliente
Producir más rápido que el tiempo de tacto significa sobreproducción e inventarios que no es recomendable, mientras que producir por debajo del tiempo de tacto significa riesgo de tener cuellos de botella en proceso que comprometen el cumplimiento de la demanda.
Una vez estimado el tiempo de ciclo podemos decidir si el volumen total de producción debe de ser cubierto por una o más de una estación de trabajo o línea de producción o también de forma inversa podemos estimar el número de líneas de líneas requeridas a partir de un tiempo de ciclo fijo y un volumen de producción variable, por ejemplo para cumplir con un tiempo de tacto de 30 segundos por ser tan rápido quizás resulte conveniente la implementación de 2 estaciones de trabajo más lentas con tiempo de tacto de 60 segundos cada una
Es la relación entre la capacidad real de un sistema de producción y la capacidad máxima de producción o de diseño del sistema expresado en porcentaje bajo la siguiente relación:
Utilización ( % ) = (Volumen o capacidad real * 100%) / (Volumen o capacidad máxima)
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:
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:
Tiempo de ciclo Estimado=Tiempo carga+Tiempo de clamp+Tiempo de Proceso+Tiempo de desclamp
Tiempo de ciclo Estimado=Tiempo de Proceso+2*Tiempo de indexado
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:
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:
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.
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 (11a ed.). EE.UU.: McGraw-Hill/Irwin
Cierre
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:
Asegúrate de comprender:
Referencias
P. Suh, N. (1998). Axiomatic design theory for systems. Research in Engineering Design. 10 (189-209)
Recuperado de http://link.springer.com/article/10.1007%2Fs001639870001#page-1