Ejemplo De Balance De Lineas 6s15v

BALANCE DE LINEAS Balancear una línea en un proceso productivo, es un problema de balance de operaciones (o Estaciones de trabajo existentes en planta) de manera que en función de tiempos iguales se alcance la tasa de producción esperada. Es decir, es decir teniendo una serie de disposiciones necesarias para distribuirlas de tal forma que los tiempos asignados a cada estación de trabajo sean, en lo posible iguales. De esta manera se logra un balance perfecto (tiempo muerto nulo). En la práctica rara vez se consigue debido a muchos factores. En realidad, balancear una línea productiva es un problema que busca determinar el número de máquinas, trabajadores, etc, que debe asignarse a cada estación de trabajo. Generalmente un balance se realiza de acuerdo a las tasas de producción requeridas. El balance es necesario en todo proceso de fabricación en serie para lograr dos propósitos: -

Alcanzar el ritmo deseado de producción con el mínimo personal posible. Distribuir el trabajo entre el personal necesario, de tal modo que todos trabajen, en igual proporción.

Para satisfacer el primer propósito han sido desarrollados varios métodos del tipo Heurístico, algunos de los cuales analizaremos más adelante. El segundo propósito se cumple cuando se evita que haya estaciones con excesivos tiempos muertos, comparados con el resto de la línea. 1. GENERALIDADES 1.1. LINEAS DE PRODUCCION En secciones anteriores se habló sobre el concepto de línea productiva, así como también sobre los diversos procesos existentes. En base a lo expuesto es conveniente agrupar estos procesos productivos en dos tipos: - Línea de Fabricación o Producción: Este término va a ser usado para calificar al grupo de operaciones que cambian o forman las características físicas o químicas finales del producto. Este caso, la materia prima que se va a procesar se traslada de estación en estación. Además, las máquinas que se usan son pesadas y permanecen fijas en sus áreas asignadas. Por -

ejemplo, fabricación de ropa, zapatos, azúcar, obtención de petróleo, etc. Línea de ensamblaje: Significa la llegada de componentes individuales de una determinada pieza al lugar de trabajo y la salida de estas partes juntas (pieza armada), en forma de producto terminado o para ser usados en otros ensamblajes más voluminosos.

En la práctica a veces es difícil distinguir entre las dos categorías porque generalmente se hallan mezclados o interrelacionados. El problema de balancear una línea de fabricación o maquinado es por lo general más difícil que el referente a balancear una línea de ensamble. No es fácil dividir las operaciones en elementos tan pequeños como para redistribuirlos en igual magnitud de tiempo. Las restricciones de precedencia son más rigurosas, mientras que los ensambles pueden ser ajustados fácilmente hasta cierto punto de su secuencia, o por lo menos más fácil que el proceso de maquinado. Por ejemplo, una máquina determinada no puede ser utilizada continuamente para una variedad de operaciones sin cambios costosos de herramientas, manipuleo y ajustes. Sin embargo, una producción efectiva requiere utilización eficiente de las máquinas. Para utilizar eficientemente

los recursos disponibles debemos contrapesar los

costos de manipuleo y de tiempo muerto del operario contra los tiempos muertos de la máquina. 1.2.

CUELLO DE BOTELLA (c) Hace referencia a la velocidad con que se está cumpliendo la producción por unidad. Está representada por la operación más lenta y es la que origina los tiempos muertos. Luego el problema de balance se proyecta a mejorar la estación cuellos de botella bajo las siguientes alternativas: -Realizar una mejora de métodos de trabajo en dicha estación, hasta lograr el tiempo deseado (mejora de procedimientos, equipo, etc.). También puede realizarse simultáneamente una redistribución del trabajo entre las operaciones en toda la línea. -Trabajar con sobretiempos o con un segundo turno para esta máquina; o en todo caso, se debe subcontratar la operación mencionada. -Efectuar la compra de máquinas similares de acuerdo a necesidades de producción. La compra puede ser tanto para estación cuello de botella como para todas las otras operaciones menos lentas. En muchas situaciones reales lo que se usa es una combinación de estas alternativas para lograr un balance perfecto.

2. BALANCE DE UN PROCESO DE FABRICACIÓN Cuando un producto tiene que pasar por una secuencia de operaciones a través de varias máquinas o estaciones de trabajo, cada una de ellas requiere un tiempo total de ocupación o rendimiento (ti). Este tiempo será igual a la suma de un tiempo de carga y

descarga (Li) y un tiempo de máquina (m i). Este tiempo (Li + mi) es diferente en cada estación de trabajo, debido a que algunas máquinas son veloces que otras. En una red productiva, si la maquina M3 es más lenta que la maquina M2 entonces es obvio que una serie de partes procesadas se van a acumular delante de la maquina M3 y formaran una cola, la cual ira aumentando a medida que M2 continúa produciendo. Si por otro lado M3 es más rápida que M2 habrá tiempos muertos delante de M3 y un trabajo intermitente cada vez que una pieza se encuentra lista para ser alimentada en M3. Por lo tanto, M3 debe ajustarse a M2 y lo que puede hacerse es formar un inventario a la descarga de M2 antes de arrancar M3. Si por otra parte no es posible establecer este inventario, entonces los tiempos se ajustarán de acuerdo a la maquina más lenta. El problema de balancear un proceso de maquinado es igualar los tiempos muertos para las diferentes estaciones en la línea y hacer coincidir los tiempos totales (T i) en cada estación de trabajo con (ni), maquinas o estaciones cada una: Ti = ni * ti. Los tiempos muertos () representa la espera del producto porque la máquina está ocupada en la siguiente estación. Ejemplo 1: Consideremos la siguiente situación productiva de una empresa Est : Operación m : Tiempo de máquina en la estación i L : Tiempo de preparación; carga (L1) y descarga (L2) L = L1 + L2 T : Tiempo total por estación (T = L + m) n : Numero de máquinas en cada estación

Estación 1 2 3 4 5 6 7 8 Total

m 2.80 1.90 0.90 6.20 6.50 8.50 0.50 0.80 28.10

L 0.20 0.30 0.10 0.40 0.50 0.50 0.10 0.20 2.30

T 3.00 2.20 1.00 6.60 7.00 9.00 0.60 1.00 30.40

n 15.00 7.30 10.00 16.50 14.00 18.00 6.00 5.00 91.00

Esta situación se representa con la siguiente red:

M.P .

1

2

3

4

5

6

7

8 1

P. T.

t

3

2.2

1

6.6

7

9

0.6

1

El producto pasa por n = 8 estaciones en la secuencia productiva. En cada estación, se realiza una operación de maquinado y se tiene un tiempo total de operación T = nt = n (L+m), donde L es el tiempo de preparación (carga y descarga) y m es el tiempo de máquina. Los tiempos totales (T) son diferentes para las diversas estaciones y varían desde 0.6 hasta 9 min. La máquina en la estación 6 requiere de 9 min/und y está ocupada totalmente, pero existe tiempos muertos en todas las otras estaciones. Por lo tanto, la estación 6 constituye el cuello de botella y su tiempo constituye el ciclo c = 9 min/und 2.1.

INDICADORES DE CADA RED PRODUCTIVA Son parámetros que nos indican si es posible llevar a cabo determinado arreglo A. PRODUCCIÓN

P=

tb c

en nuestro ejemplo veremos que:

P=

60 min/h und =6.67 ≈ 6 und /h 9 min/und h

Nota: Consideramos la producción de 6 und/h ya que no se puede producir una fracción de unidad. B. TIEMPO MUERTO Viene a ser la suma de los tiempos ociosos de cada estación de trabajo

¿ ∑ ( c−t i )

¿ kc−∑ t i

k : número de estaciones de trabajo c : ciclo o cuello de botella ti : tiempo de operación en cada estación de trabajo Para la red anterior se tiene:

¿ 8 estaciones

c=9 min /und

¿ kc−∑ t i=8 ( 9 )−( 3+2.2+1+6.67+ 9+0.61 )=41.6 min/und C. EFICIENCIA DE LA LÍNEA La eficiencia de una línea se mide por el cociente entre el tiempo que tarda en fabricarse el producto sin división de trabajo (el cual está representado por la

suma de los tiempos asignados para cada máquina por estación de trabajo, este tiempo es el mismo para cualquier situación de balance que se presente) y el tiempo que tarda en fabricarse el producto con división de trabajo (que está dado por el número de máquinas multiplicado por el ciclo). Matemáticamente se traduce en:

E=−∑

n∗t i ∗100 n∗c

E=−∑

Ti ∗100 n∗c n : número total de máquinas en la red determinada c : ciclo para la misma red Ti : suma de los tiempos de cada estación de trabajo, considerando el número de máquinas o estaciones en cada una

Esta expresión es la misma para cualquier red balanceada, y se obtiene de la situación inicial. En nuestro ejemplo se tiene Ti = 30.4 min

E=

30.4 ∗100=42.2 8 (9 )

Aquí, Ti coincidió con ti, no siempre es así como veremos más adelante. Vamos a presentar a continuación diferentes casos en los cuales se hace necesario un balance de línea, para observar el número de máquinas a asignar. 2.2.

CASOS DE PRESENTACIÓN DE LA DEMANDA CASO A: Suponer que la producción ajustada (demanda) para la red dada en el ejemplo anterior aumenta de 6 und/h a 17 und/h, entonces:

c=

tb 60 min /h min = =3.53 P und und 17 h Este ciclo representa la velocidad de producción, o en sí, el tiempo máximo que debe existir en el cuello de botella. Luego, en las estaciones (1), (2), (3), (7) y (8) no será necesario aumentar maquinas, pues el rango de tiempo de operaciones (0,6.3) cae dentro del máximo que es el ciclo (3.5)

En la estación (4) serán necesarias

6.6/3.5=1.88

máquinas, entonces se

dispondrá de una maquina más y el tiempo que se deberá considerar es de:

6.6/2=3.3 min. En la estación (5) será necesario asignar 7/ 3.5=2

máquinas, entonces se

7/2=3.5 min

adicionará una máquina y el tiempo para dicha estación será: En la estación (6) serán necesarias

9/3.5=2.57

máquinas, luego, se

adicionarán dos máquinas. El tiempo para esta estación será de

9/3=3 min

La red después del balance será:

M.P .

t

1

1

1

1

2

3

3

2.2

1

2

2

3

4

5

6 6

4

5

6

3.3

3.5

3

1

1

7

8 1

0.6

1

Calculamos los indicadores para esta nueva red

P=17 und /h

¿ kc−t i=8(3.5) – (3+ 2.2+ 1+ 3.3+ 3.5+3+0.6+1)=10.4 min/ un d

P. T.

n i∗t i=1∗3+1∗2+1∗1+2∗3.3+ 2∗3.5+3∗3+1∗0.6+1∗1=30.4 min ¿ es el mismo valor obtenido para la situación inicial, además: n = 12 y c = 3.5

E=

30.4 ∗100=72.38 12 ( 3.5 )

Caso B: Consideremos ahora que por exigencia del mercado, es necesario producir 24 unid/h. Entonces se tiene:

c=

tb 60 min /h min = =2.5 P und und 24 h

Procediendo como en el caso A, la red actual variaría como sigue:

3/2.5=1,2=2

En la estación (1) serán necesarias considerar será:

3/2=1.5

En la estación (4)

máquinas y el tiempo a

min

6.6/2.5=2.64=3

máquinas y el tiempo:

6.6/3=2.2

min En la estación (5)

7/2.5=2.8=3

máquinas y el tiempo será

7/3=2.33

9/2.5=3.6=4

máquinas y el tiempo será

9/ 4=2.25

min En la estación (6) min

2

3

3

4

1

4

5

6

M.P .

1

1

2

3

1 t

2.2

1

4

5

4

5

2.2

2.3

1

1

7

8 1

0.6

1

6

P. T.

1.5

2.25

Debido a la asignación de máquinas, el ciclo requerido (2.5 min) se ve reducido a 2.3 min. Luego, la producción real que se obtiene si se trabaja tiempo base completo es:

P=

60 min/h =26 und /h 2.3 min/und Para cumplir con la producción ajustada real (demanda) del mercado y para no acumular inventario, se trabaja solo parte del tiempo base, es decir:

tb=P∗c=24

und min min ∗2.3 =55.2 hr und hr

δ =kc−∑ t 1=8 (2.3 )−( 1.5+2.2+1+2.2+2.3+2.25+0.6 +1 )=5.35

E=

2.3.

∑ t 1 ∗100= nc

min und

30 . 4 ∗100=82 .61 16 ( 2. 3 )

PUNTO ÓPTIMO DE UNA LÍNEA PRODUCTIVA Notará el lector que la eficiencia está en función del tiempo de ciclo E=f(c). Luego hacemos: Eficiencia = Y y

Tiempo de ciclo = X

Y tenemos la recta: Y = b + mX

Se aplica el método de los mínimos cuadrados para ajustar la recta a partir de N observaciones, es decir N valores de eficiencia a consecuencia de N tiempos de ciclo. Los resultados se expresan así:

XY X Y ∑¿ ¿ ¿ ¿ X2 Y2 ∑¿ ¿ ∑ ¿−¿ ∑¿¿ ∑ ¿−¿ N¿ m=¿

b=

( ∑ X 2 ) ( ∑ Y ) −( ∑ X )( ∑ XY ) 2 N ( ∑ X 2 ) −( ∑ X ) De igual manera, el número de máquinas está en función del tiempo del ciclo: Tiempo de ciclo = X y

Nº de máquinas = Y

Se logra la hipérbola equilátera: XY = K Mediante el ajuste estadístico se obtiene la siguiente expresión para calcular el valor de K:

K=

2.4.

1 antilog ( ∑ logX −∑ logX −∑ logY ) N

PUNTO ÓPTIMO

Si graficamos estas dos curvas tomando los mismos valores del tiempo de ciclo para ambas, se logra el punto óptimo. La interseccion de ambas curvas es el punto máximo de rendimiento sobre el cual toda inversión es justificada. Así, el punto óptimo es el punto teórico de la planta de máximo rendimiento, que es numericamente igual al máximo común divisor de los tiempos elementales de todas las estacionaes de trabajo. Graficamente:

Punto Óptimo dT = 0 E = 100% Y=bmX XY = K Tiempo de Ciclo

2.5.

BALANCE PARA ATENDER A UNA PRODUCCIÓN AJUSTADA Uno de los factores que limitan el balance de un proceso es la demanda (producción ajustada) del producto, y esta cifra es la que mayormente determina el tiempo del ciclo escogido. Supongamos que el producto del ejemplo dado se necesita en cantidad de 680 piezas por semana. Asumimos que se trata de 40 horas, la produccion por ahora sera:

P=

680 pzas / sem =17 und / hr 40 hr /sem

luego, el tiempo de ciclo será:

c=

tb 60min /hr = =3.5 min/und P 17 und /hr

La ubicación de las máquinas será, entonces, la mostrada en el caso A y la eficiencia será de 72.38%. Podríamos por supuesto aumentar dicha eficiencia escogiendo un tiempo de ciclo menor, pero entonces estaríamos produciendo más unidades que las requeridas y tendríamos que abandonar el sistema de producción en serie continuo y llegar a una producción por lotes (en la parte III veremos los tipos de sistemas de producción). También podríamos ajustarnos a la demanda requerida por medio de sobre tiempos. Suponiendo que esta aumenta de 600 a 800 pzas/sem podríamos, en lugar de reducir el tiempo de ciclo agregando máquinas, lograr esta producción usando tiempos extras. Resumiendo, para resolver el problema de balancear un proceso de producción debemos tener en mente las siguientes consideraciones: -

La velocidad de producción es determinada por la operación más lenta de la

-

secuencia. El tiempo muerto total de máquina aumenta al aumentar el tiempo de ciclo, y puede eliminarse teóricamente, si el tiempo de ciclo es común divisor de todos los tiempos individuales de operación. A medida que el tiempo se reduce, se presentan mejores perspectivas de ubicar máquinas idénticas

-

bajo la supervisión de un solo operario. El cuello de botella debería tener la máquina más costosa, de tal manera de

-

mantener reducido a un mínimo el tiempo muerto de los equipos costosos. El tiempo efectivo del ciclo debe seleccionarse de acuerdo con la producción ajustada y hacer algunos ajustes utilizando sobre tiempos, dobles turnos, etc.

Las restricciones más visibles a que está sujeta un balance de líneas son: -

Limitación de espacio tanto para el equipo como para el inventario. Costo o limitación de dinero para invertir. Lo último que se debe hacer es

-

comprar maquinaria y equipo. Producción ajustada del producto.