Metodologías de formación de familias considerando la minimización de los tiempos de cambio de partida. Aplicación a la secuenciación en empresas cerámicas.

Me odologías de o mación de amilias conside ando la minimización de los iempos de cambio de pa ida. Aplicación a la secuenciación en emp esas ce ámicas. And és C1, Vicens E2, La io FC3 1Depa amen o de O ganización de Emp esas, ETSII, Camino de Ve a s/n, UPV, [email p o ec ed] 2Depa amen o de O ganización de Emp esas, ETSII, Camino de Ve a s/n, UPV, [email p o ec ed] 3Depa amen o de O ganización de Emp esas, ETSII, Camino de Ve a s/n, UPV, [email p o ec ed] RESUMEN En es e a ículo se p esen an los esul ados inales de un es udio ealizado sob e la c eación de amilias de piezas en emp esas del sec o ce ámico. En es e sec o , la ele ada pe sonalización de los p oduc os demandados po los clien es, ha lle ado a la apa ición de una g an a iedad de és os con una educida demanda p oduciendo se ios p oblemas de ges ión de los abajos en plan a. Ello ha obligado a es ablece he amien as de ag upación pa a acili a la unción de P og amación de P oducción. En e ellas, se encuen a el desa ollo que se p esen a. 1. In oducción. El sec o azuleje o español (cuya mayo concen ación de emp esas se da en la Comunidad Valenciana) es econocido en el ámbi o nacional e in e nacional como ejemplo de dinamismo expo ado y al a capacidad de in e sión en ecnología a anzada. Sin emba go, la e olución pe manen e de los me cados, en e los que el de pa imen os y e es imien os ce ámicos es uno más, ha p opiciado un aumen o en la a iedad de p oduc os a ab ica , la pe sonalización c ecien e de los mismos y la necesidad c ecien e de educi los plazos de en ega. Es os hechos han p opiciado la apa ición de una se ie de posibilidades de mejo a debido a que el sis ema de ab icación de azulejos se ca ac e iza po es a muy en ocado en el p oduc o y se ela i amen e poco lexible a la posibilidad de a iación en el mix de p oducción (cambios en el conjun o de e e encias a p oduci o en su olumen de ab icación). El G upo de In es igación en Ges ión e Ingenie ía de P oducción de la Uni e sidad Poli écnica de Valencia lle a, desde hace más de seis años, colabo ando con di e en es emp esas del sec o en el análisis y mejo a de los sus sis emas de ges ión de p oducción, con el obje i o de mejo a su lexibilidad en e a cambios en el mix de P oducción*. 2. El sec o de ab icación de pa imen os y e es imien os ce ámicos La indus ia de la ce ámica española engloba una amplia gama de ac i idades con el denominado común de ab ica p oduc os de i ados de la a cilla que, una ez moldeada y a ada, se some e a cocción. P oduce ma e iales pa a la cons ucción, pa a uso indus ial y pa a uso domés ico, empleando p ocesos de p oducción muy dis in os, con ac i idades * Es e abajo se enma ca den o de las ac uaciones ealizadas en el p oyec o CICYT TAP97-0749 adicionales y p ác icamen e a esanales y o as muy indus ializadas y de al o con enido ecnológico. La p oducción o al de p oduc os ce ámicos supe ó en 1995 los 382.000 millones de pese as, de los que el 86 % co esponde a azulejos y pa imen os ce ámicos. Siendo la Unión Eu opea el p ime p oduc o mundial, con ce ca del 50% del o al. Es e sec o p esen a una g an ocación expo ado a, pues más del 20 % de su p oducción se ende a e ce os países. Sin emba go, en los úl imos años, se es á asis iendo a un inc emen o de la compe encia a escala mundial, debido al aumen o de la capacidad p oduc i a de países del Ex emo O ien e, p incipalmen e China y Taiwan, si bien en el caso del p ime o la p oducción se des ina básicamen e a uso in e no. Además, hay que des aca que la p oducción ha disminuido en los Es ados Unidos, que se ha con e ido en un impo ado ne o. Den o del olumen de p oducción mundial, España se si úa en segundo luga en cuo a de p oducción, de ás de I alia y delan e de B asil, man eniéndose es a si uación du an e oda la úl ima década. La p oducción se dis ibuye undamen almen e en e p oduc os de monococción po osa (40 %) y monococción de pa imen os (40 %). Les sigue en impo ancia la bicocción ápida (10 %), ocupando posiciones más educidas el pa imen o no esmal ado o ex uido y la bicocción adicional. El núme o o al de emp esas españolas e a de 216 en 1997, de las que un 82 % se concen aban en la p o incia de Cas ellón, conc e amen e en la zona delimi ada po Onda, Villa eal, Alco a y Cas ellón. Es o ha sido jus i icado po [1] median e las siguien es azones: - P oximidad de los luga es de ex acción de a cillas. - Abundancia de empleados écnicos especializados. - Posibles economías de escala de i adas de una ed emp esa ial. Es e cúmulo de emp esas, jun o con las emp esas químicas auxilia es, ep esen aba en 1994 el 81 % de las expo aciones de la p o incia de Cas ellón. Es a p opo ción no ha a iado signi ica i amen e en los úl imos años. En cuan o a la endencia de c ecimien o, el sec o ha aumen ado su p oducción en los úl imos años (sob e odo espec o al p incipal compe ido que es I alia) me ced a las ue es in e siones ealizadas, es a mejo a de la p oduc i idad se ha cen ado en la au oma ización de las máquinas. Así, desde 1992 se iene egis ando un impo an e c ecimien o que, en cinco años, ha posibili ado que la p oducción se haya inc emen ado en un 77 % y su alo p ác icamen e se haya doblado. Sin emba go, es e ápido i mo de c ecimien o ha p opiciado la apa ición de una se ie de p oblemas que, la mayo ía de las eces, han supues o un excesi o én asis en la mejo a ecnológica de los p ocesos dejando de lado la mejo a y mode nización de su ges ión. Es o se ha ag a ado po que, en los úl imos años, se ha p oducido un es ancamien o en los p ecios y un p og esi o aumen o de los in en a ios. Se ha obse ado un in e és c ecien e en in eg a a odos los eslabones de la cadena logís ica que in e ienen en la elabo ación del p oduc o. Es o implica que, pa a man ene se en los me cados, además de ab ica buenos p oduc os a un p ecio asequible y en unos plazos azonables, es necesa io que los p o eedo es y dis ibuido es sinc onicen sus ac i idades con las de la emp esa. En es e campo cob a cada ez más impo ancia el concep o de in eg ación emp esa ial que p e ende log a es e obje i o úl imo a pa i de una modelización y análisis global de los di e en es p ocesos desa ollados en las emp esas. En los p óximos años se con inua án es as endencias, pues o que cada ez se acen úa más la expansión global de los me cados u o de las polí icas comuni a ias, y la pe sonalización de los p oduc os pa a clien es cada ez más exigen es y dis in os p opician la apa ición de una g an a iedad de p oduc os con baja demanda, que obligan a la emp esa (y en pa icula al subsis ema p oduc i o) a se lexible pa a adap a se ápidamen e a los cambios en las necesidades de los clien es. 3. Elemen os a mejo a en el sis ema p oduc i o. En el p oceso ab icación de g es se puede habla de dos ipos de p ocesos, denominados de monococción y bicocción. En cada ipo de p oceso p oduc i o se pueden dis ingui a ios ipos de o ma os ( amaño). A su ez, cada o ma o posee di e en es modelos que se án unción de la o ma y de las aplicaciones que eciben (dibujo, esmal es, e c,...). El análisis plan eado se ha ealizado sob e los p oduc os ab icados median e el p oceso de monococción po osa. Cons i uyen 142 modelos di e en es ag upados en es o ma os (20x20, 20x25, 20x30). Es e p oceso se ca ac e iza po que el p oduc o solamen e pasa una ez po los ho nos, aba a ando los cos es de su ab icación. Así, a pa i de a cillas molidas y a omizadas se p oduce el denominado bizcocho (bloque de a cilla que cons i uye el cue po del azulejo). Sob e el bizcocho se an aplicando sucesi amen e una se ie de esmal es y acabados que con o ma án el aspec o isible del p oduc o inal. A con inuación se cuece el p oduc o en un ho no únel donde, debido a las ele adas empe a u as alcanzadas el las aplicaciones se i i ican sob e la a cilla, ob eniéndose un p oduc o de ele ada du eza. Po úl imo se clasi ica y se embala el p oduc o inal, lis o pa a se en iado a los clien es. En la igu a 1 se obse an un esquema del p oceso de ab icación median e monococción: M11 M21 M31 M41 M12 M22 M13 M13 M33 B1 B2 E apa 1 E apa 2 E apa 3 P ensas y Líneas de Esmal ado Ho nos Clasi icación y Embalaje Figu a 1. P oceso gene al de monococción po osa 3. El p oblema de los iempos de cambio de pa ida en las emp esas ce ámicas. Den o del sis ema p oduc i o desc i o, y en dis in as ases del mismo, apa ecen unos iempos de ajus e al inicio de cada nue a o den de ab icación. Es os iempos de ajus e son necesa ios pa a calib a las máquinas de mane a que se ob enga el p oduc o deseado. A es os iempos de ajus e se les deben de añadi los iempos in e idos en modi ica las máquinas y su posición en la línea, denominados iempos de p epa ación, con lo que la suma de ambos o igina lo que se denomina iempo de cambio de pa ida. Inicialmen e, cuando el ca álogo de las emp esas ce ámicas no e a muy ex enso, el sis ema p oduc i o e a muy e icien e pues o que en la misma línea se ab icaban uno o dos modelos. Sin emba go, hoy en día en una misma línea de esmal ado (y debido a su g an au oma ización y cos e), se deben ab ica g an di e sidad de p oduc os. Pa a ello, se ienen que cambia y ajus a las máquinas si uadas en la misma. Es os iempos de cambio de pa ida pueden llega a se muy ele ados y, po lo an o, se hace necesa io una ges ión adecuada de los mismos que minimice su impac o sob e la capacidad del sis ema p oduc i o y su lexibilidad. A con inuación se a a hace una b e e e e encia al a amien o de los iempos de cambio en la li e a u a, del que se in ie e que es un ema en el que debe aún de p o undiza se más. 4. El p oblema de los iempos de cambio en la li e a u a. En la li e a u a ela i a a la P og amación de P oducción, el iempo de p epa ación se conside a una can idad de iempo du an e la que el ecu so es á inac i o con pos e io idad a la inalización de un abajo y p e iamen e a la ejecución de o o abajo di e en e. Se suele exp esa al inicio de la ope ación ( iempo de ajus e S), al inal ( iempo de desmon aje R) o ambos. No malmen e, se de inen los iempos de cambio en unción de los abajos a ealiza o la máquina donde se an a ealiza . Así se puede dis ingui : - Tiempos de cambio ijos. Su alo es idén ico sea cual sea el abajo a secuencia o el ecu so donde se secuencia. En es os casos, el iempo de cambio se puede inclui o no den o del iempo de p ocesamien o del abajo. Como caso pa icula se puede conside a el alo nulo. - Tiempos de cambio a iables. Su alo es di e en e en unción de los abajos o máquinas donde se secuencia. A su ez se pueden clasi ica en dos sub ipos: - Los iempos de mon aje/desmon aje independien es de la secuencia pe o dependien es del ecu so, denominados Snsd / Rnsd (non sequence dependen Se up/Remo al Times). El iempo de mon aje/desmon aje que inmo iliza el ecu so an es o después de una ope ación i y que no depende de i, se denomina Si / Ri. Es os iempos de cambio ep esen an la du ación de las ope aciones de ajus e, ijación o p epa ación de máquina an es de empeza un nue o p oduc o (o al inaliza un p oduc o en el caso de iempos de desmon aje). En algunos casos, un iempo de cambio dependien e de la secuencia se puede descompone ácilmen e en el pa Snsd / Rnsd, de al o ma que aunque po sepa ado no sean dependien es de la secuencia su suma sí lo sea. - Los iempos de p epa ación dependien es de la secuencia y dependien es del ecu so, denominados Ssd (sequence dependen Se up Times). En [2] se plan ea que los iempos de p epa ación dependien es de la secuencia son una ca ac e ís ica de ini o ia de la secuenciación en alle mecánico gene al. El iempo de p epa ación necesa io en e dos ope aciones i y j que depende a la ez de la ope ación p eceden e i y de lo ope ación suceso a j. Se denomina Sijk. En es e caso se conside a como un odo, el conjun o de ope aciones de mon aje y desmon aje pues o que no admi en ácilmen e una sepa ación. Pa a un p oblema conc e o se de ine el conjun o {Sij}k de inido po una ma iz de iempos de p epa ación del ecu so k. También pueden exis i iempos de cambios cuyo alo no sólo depende de la secuencia y de las máquinas sino además de o os ecu sos auxilia es como pueden se mano de ob a in oluc ada ( ipo y can idad), u illaje o sis emas de anspo e ( ipo, elocidad,…). En unción de las ca ac e ís icas de la ma iz de iempos de cambio se puede ene : - La ma iz de cambios admi e una buena ag upación po amilias de piezas. En es os casos se aplican los plan eamien os basados en concep os de ecnología de g upos (TG) [3] y [4]. Así, se pueden plan ea dos pa es del iempo de ajus e. Un iempo de ajus e g ande (mejo se up) que signi ica la du ación en e amilias, y un iempo de ajus e pequeño o in e io al mayo se up (mino se up) que conside a las pequeñas pé didas de iempo po ajus es en e abajos de la misma amilia. Es e ipo de p oblemas se deno an po maj,min o ambién TG. En es os con ex os, la ag upación de los abajos en amilias es deseable, debido a es icciones ecnológicas (se equie e el mismo u illaje) o pa a mejo a la capacidad del p oceso (minimiza las pe didas po una g an can idad de ajus es mayo es) [5]. - La ma iz de iempos de cambio no admi e una buena ag upación po amilias. Es e es el caso más gene al y complejo, aunque a amen e se encuen a en la p ác ica ni ampoco en la li e a u a. Den o de los di e en es p oblemas de p og amación con iempos de cambio de pa ida, es necesa io indica si la p epa ación puede se ealizada con an elación a la llegada de las piezas a la máquina. Si la p epa ación no puede se an icipada se de inen como iempos de cambio unidos al iempo de p oceso y se inco po an al mismo a e ec os de cálculo [6]. Mien as que si la p epa ación puede se an icipada, se habla en onces de iempos de p epa ación sepa ados del iempo de ejecución y no se deben a a jun o a los iempos de p oceso [7], exis iendo la posibilidad de inse a iempos mue os en e el iempo de p epa ación y el de ope ación. Es o posibili a que la máquina ya es é p epa ada cuando la pieza llega de la ope ación an e io . Muchas eces es o no sólo depende de las ca ac e ís icas de los abajos o máquinas sino más bien de la o ma de ges ión del alle . Si has a el úl imo momen o no se oma la decisión de secuenciación, no es posible p epa a con an elación la máquina. Es o sucede en sis ema de con ol de alle es muy descen alizados donde las decisiones de secuenciación no dependen demasiado de un sis ema de p og amación cen al, sino que son omadas po los ope a ios de los di e en es pues os con un pe iodo de an icipación muy bajo. Si el p oblema de los iempos de cambio den o de la ges ión de p oducción ha sido poco abajado, aún lo ha sido menos los aspec os elacionados con su de inición. En e ec o, solamen e [8] han p opues o un p ocedimien o de cálculo o iginal basado en una ecuación de p edicción de los iempos de p epa ación. Pa a ello, se e ec úa una desc ipción de allada de las di e sas ope aciones de p epa ación que pueden da se en una ac i idad de p epa ación. A pa i de di e sas obse aciones se gene a una ecuación de p edicción de los iempos de se up en unción de las di e sas ope aciones de p epa ación median e écnicas de eg esión. Es a ecuación se usa pa a p edeci la du ación de un cambio en unción de las ope aciones ealizadas. En gene al los es udios asumen que los iempos de cambio son alo es conocidos. Es o puede se un p oblema, pues o que el iempo de cambio es un ac o di ícilmen e medible debido a que no ocu e muy a menudo y po lo an o puede que nunca sea posible obse a y media los iempos de cambio en e odos los p oduc os de la emp esa. Es po ello que con el p esen e abajo se p e ende mos a una me odología de análisis y cálculo de iempos de cambio de pa ida aplicable a cualquie ipo de indus ia. Los esul ados ob enidos se han in eg ado en una se ie de p ocedimien os gene ales de p og amación de p oducción. 3. Me odología de de inición de iempos de cambio. El pa áme o de inido como iempo de cambio ep esen a el iempo necesa io pa a ins ala , p epa a y ajus a máquinas en las dis in as e apas de ab icación, así como el iempo necesa io pa a ealiza las p uebas iniciales has a que el p oduc o ob enido enga las ca ac e ís icas y calidad deseadas. De la obse ación y análisis de las ope aciones que de inen el iempo de cambio en e lo es consecu i os se ha concluido que ienen de inidas po un cambio en e p oduc os de di e en es o ma os ( amaño), mien as que o as ope aciones co esponden a p oduc os del mismo o ma o pe o de di e en e modelo. En la abla 1 se mues an los ac o es que in luyen en es os iempos de cambio. Es os ac o es pueden se desc i os de mane a cuali a i a di e enciando en e cambios en e abajos compues os po p oduc os de dis in o o ma o y cambios en e abajos compues os po p oduc os con el mismo o ma o (dis in o modelo). Recu so Cambio de Fo ma o Cambio de Modelo P ensas Cambios de ma co. Ajus e de disposi i os de expulsión de las piezas. Calib ación. Cambios de punzón supe io y/o in e io . Líneas de esmal ado Va iación del ancho de las guías y ajus es de las mismas Cambio de alguna máquina de aplicación y ajus e de onos y colo es. Ho nos Máquina de desca ga al ho no, en ada al ho no, salida del ho no y máquina de ca ga a la salida del ho no Ajus e de la cu a de cocción (desp eciable) Clasi icación Máquinas de desca ga a la línea de clasi icación, cambio y ajus e de las líneas de clasi icación, ep og amación y ajus e del sis ema de pale ización au omá ico (desp eciable). Tabla 1. Fac o es conside ados en el análisis de los iempos de cambio 4. Aplicación al caso eal. En las emp esas ce ámicas se obse a que el iempo de cambio en e o ma os es una can idad independien e de la secuencia mien as que el iempo de cambio en e modelos sí depende de la secuencia ab icada. Es po ello que, en es e úl imo caso, se ha usado una ma iz asimé ica de diagonal nula. Cada posición de la ma iz (i, j), (que ep esen a el iempo de cambio necesa io (en ho as) pa a pasa de ab ica una e e encia i a una e e encia j), ha sido calculada eniendo en cuen a es aspec os: los cambios en la dis ibución de las máquinas u ilizadas undamen almen e en las líneas de esmal ado, la sus i ución de unas máquinas po o as y los ajus es y pé didas de iempo debidas al abas ecimien o de ma e ias p imas a las p ensas y máquinas de esmal ado. Todo ello, ha pe mi ido c ea una he amien a que pe mi e calcula los iempos de cambio, conocidas las ca ac e ís icas de los p oduc os secuenciados sucesi amen e en la línea. Pa a ello se pa e de la desc ipción del p oceso de ab icación de cada p oduc o, en ella se de e mina que con igu ación debe de es ablece se en cada e apa del sis ema p oduc i o. Las ca ac e ís icas de la con igu ación se clasi ican en unción de la posición que ocupan en las líneas de ab icación. Pa a cada posición, se es ablece el iempo p omedio que es necesa io pa a ealiza el cambio esa ca ac e ís ica. Ob eniéndose como suma de odos los an e io es, el iempo de cambio o al en e con igu aciones. Finalmen e, se añaden los iempos necesa io pa a ealiza los ajus es gene ales y cambios de ma e ial. Es a mane a de calcula la ma iz de iempos de cambio de pa ida, posibili a que se puedan añadi p oduc os nue os y de e mina los iempos de cambio de los mismos sin que sea necesa io medi di ec amen e el p oceso de cambio. Una ez ob enida la ma iz de iempos de cambio, se ha de inido una ma iz de coe icien e de simili ud en e p oduc os que pe mi e una ag upación de los mismos en amilias. En es os coe icien es de simili ud se conside a que ( espec o a la secuenciación), dos p oduc os son simila es si el iempo de cambio en e ellos es pequeño o si pueden se conside ados como el mismo p oduc o a la ho a de pasa a ab ica un e ce p oduc o di e en e. A pa i de los coe icien es de simili ud se esuel e un sencillo modelo de p og amación lineal en a iables en e as que pe mi e la ag upación de los di e en es p oduc os. Los esul ado ob enidos p esen an en e o as en ajas, la acilidad de eac ualización de los cálculos en e a cambio en el ca álogo y la de e minación ápida de amilias de p oduc os simila es a secuencia , con i iéndose en una he amien a muy ú il pa a la oma de decisiones en ges ión de ab icación. Re e encias [1] De Miguel, E., (1996); ‘Es uc u a de las PYMES en la Comunidad Valenciana’. Ed. Uni e sidad Poli écnica de Valencia. [2] Bake , K. R., (1974); ‘In oduc ion o sequencing and scheduling’, Ed. Wiley (N. Y.). [3] Bu bidge, J. L., (1963); ‘P oduc ion low analysis’, P oduc ion enginee , 42, 742. [4] Po s, C. N. y Van Wassenho e, L. W., (1992); ‘In eg a ing scheduling wi h ba ching and lo sizing: A e iew o algo i hms and complexi y’, Jounal o Ope a ional Resea ch Socie y, 43, 395-406. [5] Webs e , S. y Bake , K. 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