Celdas de manufactura Curso Planeaci贸n y Dise帽o de Instalaciones Ing. Rafael Guti茅rrez Brenes
Sesi贸n 11
Objetivos de Aprendizaje 1. Comprender las fases importantes para realizar una localizaci贸n de la Planta.
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Índice Celdas de manufactura.............................................................. 1 Objetivos de Aprendizaje....................................................... 2 Las celdas de fabricación...................................................... 4 Ejemplo 3.1........................................................................... 6 Ejemplo 3.2........................................................................... 10 Las celdas de fabricación...................................................... 14 Celdas de manufactura......................................................... 14 Resumen capítulo 3. Tompkins. El flujo, el espacio y las relaciones de las actividades................................................ 15 Las celdas de fabricación..................................................... 15 Ejemplo................................................................................. 17 Solución................................................................................ 18 El flujo, el espacio y las relaciones de las actividades....... 21 Referencias............................................................................. 23
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Las celdas de fabricación Los departamentos de familia de productos o de tecnología de grupos agregan piezas de volumen-variedad medianos en familias basadas en operaciones de fabricación o en atributos de diseño similares. Las máquinas se necesitan para fabricar la familia de piezas se agrupan para formar una “celda”. La fabricación celular [1,2,3,10,31,46] implica el empleo de celdas de fabricación las cuales se forman de diversas maneras, la más popular conlleva agrupar máquinas, empleados, materiales, herramientas y manejo de materiales y equipo de almacenamiento para producir familias de partes. La fabricación celular se volvió muy popular a fines del siglo XX y a menudo se asocia con conceptos y ténicas justo a tiempo (JIT) [19,39,40,45], de administración de la calidad total (TQM) [8,13,21,22,23,24,32,38,52,53,54] y de manufactura esbelta [37,51,55]. (Para información adicional sobre manufactura esbelta, visite el sitio Web, del Lean Enterprise Institute, http://www.lean.org/.)
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La implementación exitosa de las celdas de fabricación requiere abordar aspectos de selección, diseño, operación y control. La selección alude a la identificación de 2 tipos de máquinas y piezas para una celda específica. El diseño de celdas se refiere a la disposición y a las necesidades de producción y de manejo de materias. La operación de una celda implica establece los tamaños de los lotes, la programación, la cantidad de operarios, el tipo de operarios y el tipo de control de producción (push o pull). Por último, el control de una celda hace referencia a los métodos empleados para medir el desempeño.
Se han propuesto varios enfoques para abordar los aspectos de seleción de las celdas de fabricación. Los más populares son la clasificación y la codificación, el análisis del flujo de producción, las técnicas de agrupamiento (clustering), los procedimientos heurísticos y los modelos matemáticos [1,2,5,14,16,17,25,26,28,30,31,44,46,58].
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Ejemplo 3.1 Considere la matriz máquina-parte de la figura 3.2 para una situación relacionada con 6 partes que se van a procesar; se necesitan 5 máquinas. Como se señaló, las entradas en la matriz indican la combinación máquina-parte que se requiere; por ejemplo, la parte 1 requiere maquinado mediante las máquinas 1 y 3. Al aplicar el paso 1 del algoritmo de agrupamiento directo, tal como se observa en la figura 3.3, las filas se clasifican en orden descendente de la cantidad de 1s y los empates se rompen en un orden numérico descendente. La secuencia ordenada por filas de los números de partes es {3,6,4,1,5,2}. Asimismo, las columnas se clasifican en orden ascendente de la cantidad de 1s y los empates se rompen en un orden numérico descendente; la secuencia ordenada por columnas resultante de los números de las máquinas es {5,4,3,2,1}. La matriz máquinaparte ordenada aparece en la figura 3.3 en la siguiente página.
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El paso 2 implica ordenar las columnas para mover a la izquierda todas las columnas que tengan un 1 en la primera fila, la cual representa la parte 3. Debido a que las columnas para las máquinas 5 y 4 ya están ubicadas a la izquierda de la matriz, solo puede correr la columna para la máquina 2. Éste es el único corrimiento de la columna requerido para este ejemplo. La matriz máquina-parte resultante ordenada por columnas se presenta en la figura 3.4. El paso 3 consiste en ordenar las filas al mover hacia arriba las que tengan un 1 en la primera columna que todavía no esté ubicado lo más alto posible en la matriz. Debido a que ninguna fila puede correrse más para las máquinas 5 ó 4, la primera fila que se moverá es la parte 5, con base en su requerimiento de procesamiento con la máquina 2. La matriz máquina-parte resultante ordenada por filas aparece en la figura 3.5. En este caso, como se observa en la figura 3.6, las máquinas se agrupan en 2 celdas y las partes 3, 5 y 6 se procesan en una celda formada por las máquinas 2, 4 y 5 mientras que las partes 1, 2 y 4 se procesan en una celda formada por las máquinas 1 y 3. Por desgracia, no siempre se pueden formar celdas sin que existan conflictos, tal como se observa en el ejemplo 3.2. 9
Ejemplo 3.2 Analice la matriz máquina-parte de la figura 3.7. La aplicación de la metodología DCA produce la matriz máquina-parte ordenada de la figura 3.8. Observe que ya no ocurrirán mejoramientos al efectuar los pasos 2 ó 3. Asimismo, observe que existe un conflicto, debido a que se necesita la máquina 2 para las partes 3 y 5; o bien, podemos decir que debido a que las partes 5 requiere las máquinas 2 y 3, existe un conflicto. Como se aprecia en la figura 3.9a, se pueden formar dos celdas, una integrada por las máquinas 4 y 5 y la otra por las máquinas 1, 2 y 3, y se deja por resolver el maquinado que se necesita para la parte 3 en la máquina 2. En la opción que se representa en la figura 3.9b, las máquinas 2, 4 y 5, pueden construir una celda y las máquinas 1 y 3 pueden formar otra; en este caso se debe resolverse el maquinado de la parte 5 en la máquina 2. Por último como se representa en la figura 3.9c, se puede usar la formación celular dela figura 3.9b, pero la parte 5 se asigna a la celda formada por las máquinas 2, 4 y 5; como se deduce, para esta formación celular es necesario resolver el procesamiento de la parte 5 en la máquina 3.
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Al examinar la figura 3.9a, se advierte una solución posible. Dependiendo de la planta, si las máquinas 2 y 3 estarán relativamente cercanas entre sí, aunque en celdas diferentes, la parte 5 puede procesarse con las máquinas que están en “la frontera” de las celdas. Otra opción es duplicar la máquina 2 y colocarla en cada celda, igual que en la figura 3.10a. O bien, como se aprecia en la figura 3.10b, puede duplicarse la máquina 3 y colocarse en cada celda. La solución intermedia entre hacer que una parte viaje a ambas celdas comparada con tener que duplicar una máquina depende de muchos factores, el menor de los cuales no es la utilización general de la máquina que se va a duplicar. Por ejemplo, si los requerimientos de procesamiento para las parte 3 y 5 son tales que se necesitan varias máquinas del tipo 2, desaparece o se minimiza el conflicto relacionado con la formación de celdas; asimismo, si el volumen de procesamiento requerido para la parte 5 emplea por completo la máquina 3, proporcionar otra máquina 3 para procesar las partes 2 y 4 es una medio natural de resolver el conflicto.
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La situación presentada en el ejemplo 3.2 hace evidente una debilidad de varios de los algoritmos de formación de celdas. Por ejemplo, los más sencillos no toman en cuenta la utilización de la máquina y las posibilidades de que se demanden varias máquinas de un tipo específico.
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Las celdas de fabricación (Libro Suleg) Celdas de manufactura - Se va a conocer o a utilizar el algoritmo de agrupamiento directo (DCA ~~ direct clustering algorithm) desarrollado por Chang y Milner (7 ~~ referencia 7 del capítulo 3 de suleg).
- Esta metodología del DCA se basa en un matriz máquina-parte en la cual un 1 indica que la parte requiere procesamiento por la máquina indicada, un espacio en blanco señala que la máquina no se emplea para la parte específica.
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Resumen capítulo 3. Tompkins. El flujo, el espacio y las relaciones de las actividades. Las celdas de fabricación - Grupos tecnológicos (volumen y variedad mediados, diseño similares) - Las máquinas que se necesitan para fabricar la familia de piezas se agrupan para formar una “celda” - Agrupar máquinas, empleados, materiales, herramientas y manejo de materiales y equipo de almacenamiento para producir familias de partes. - Para una implementación exitosa se debe identificar: o Tipos de máquinas y piezas para una celda específica o Disposición y necesidades de producción y de manejo de materiales o Establecer los tamaños de los lotes, la programación, la cantidad de operarios, el tipo de operarios y el tipo de control de producción o Métodos empleados para medir su desempeño
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- Enfoques para abordar los aspectos de selección de celdas: o Clasificación: agrupamiento de las partes en clases con base a atributos de diseño o Codificación: representar estos atributos con símbolos o números o Análisis de flujo de producción: procedimiento para formar familias de partes al analizar la secuencia de operación y la ruta de la producción o Técnicas de agrupamiento (clustering): integrar las partes de modo que se puedan procesar como una familia (DCA, desarrollado por Chan y Milner) o Procedimientos heurísticos: el de Ballakur y Steudel ~~ destina máquinas a las celdas con base en factores de la carga de trabajo y asigna partes a las celdas en función del % de operaciones de una parte procesada dentro de una celda o Modelos matemáticos: el de Al – Qattan ~~ se asa en el método de ramificación y acotamiento (branch and bound)
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Ejemplo Considere la siguiente matriz mรกquina-parte
# parte
1
1
1
2
1
3 4 5 6
2
3
4
5
1
1
1
1
1
1 1
Anรกlisis del flujo
1 1
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# de mĂĄquina
SoluciĂłn - Paso 1: Ordenar las filas de arriba hacia abajo, de mayor a menor, de la cantidad de 1s en las filas y ordenar las columnas de izquierda a derecha, de menor a mayor de la cantidad de 1s en cada una. Nota importante: donde hay un empate, romperlo en una secuencia numĂŠrica descendente (mayor a menor).
# parte
1
1
1
2
1
3 4
2
3
5
1
2
1
1
1
1
1 1
1 2
total
3
2
2
2
# parte
5
4
3
2
3
1
1
6
1
1
2
1
1
4
1
1
1
1
1
2
3 2
1
6
5
total
1 1
5
4
1 1 18
- Paso 2: Ordenar las columnas, comenzando
- Paso 3: Ordenar las filas columna por
con la primer fila de la matriz. Correr a la
columna, comenzando con la del extremo
izquierda de la matriz todas las columnas que
izquierdo, correr las filas hacia arriba cuando
tengan un 1 en la primera fila. Haga el
existan oportunidades de formar bloques de
proceso una fila tras otra hasta que no haya
1s.
oportunidad de correr las columnas.
5
4
2
3
1
1
1
6
1
1
3
# de mรกquina
1
Soluciรณn
5
4
2
3
1
1
1
6
1
1
5
3
1
1
4
1
1
4
1
1
1
1
1
1
1
1
5 2
1
2
1
1 Mรกquina 5, 4, 2
Mรกquina 3, 1
Nota: estudiarse el ejemplo 3,2 y 3,3 de las pรกginas 86 a la 90 del thompkins. 19
- Las celdas de manufactura o de flujo se pueden vincular con kanban (una tarjeta) con 贸rdenes de retiro y de producci贸n.
- POK: tarjeta de producci贸n.
- WLK: tarjeta de retiro.
- En la diapositiva (p谩gina 91 de thompkins) existen 10 diferentes flujos.
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El flujo, el espacio y las relaciones de las actividades
Fig 1. Sistema de fabricaci贸n celular integrado
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Fig 2. Celda de montaje de discos duros, dise帽ada por los trabajadores en Hewlett-Packard, divisi贸n Greely
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Referencias 1. Tompkins, J. & White, B. & Yavuz, B. & Tanchoco, J. (2006). Planeaci贸n de Instalaciones. 3ra edici贸n. Thomson.
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