Balance de Una Línea de Ensamble

BALANCE DE UNA LÍNEA DE ENSAMBLE Conceptualmente, no hay ninguna diferencia en los procedimientos de balance de las líneas de ensamble y fabricación, pero los tiempos de actuación por estación de trabajo tienen mayor flexibilidad en los procesos de ensamble, lo que permite mayores posibilidades de lograr el balance. El carácter flexible de un proceso de ensamble indica que una operación ejecutada en la estación de trabajo determinada puede dividirse en suboperaciones para nivelar los requerimientos de tiempo en todas las secciones. A cada sub-operación se le conoce como unidad de trabajo y es la actividad más pequeña posible, por ejemplo: apretar un tomillo, alcanzar una herramienta, hacer un punto de soldadura, cortar un metal, etc. Para tener facilidades en el balance, se debe conocer los tiem pos de actuación de estas unidades de trabajo. Balancear una línea de ensamble consiste en repartir tareas entre las estaciones de trabajo lo más parejo y compacto que se pueda. Estos arreglos deberá hacerse considerando algunas restricciones, como: El tiempo para cada estación de trabajo no debe exceder al tiempo de ciclo escogido. Debe conocerse la secuencia y el orden de las tareas a ejecutarse (restricciones de secuencia). Por ejem plo la arandela debe colocarse antes de la tuerca, dos alambres debe ser unido antes de ser soldado, etc. Otras restricciones inamovibles como equipos, procesos, aparatos de prueba, etc. son partes del ensamble y constituyen estaciones de trabajo fijas, de tal forma que en estas estaciones, algunas tareas deben realizarse obligatoriamente. El problema de balance de una línea de ensamble, consiste en determinar el número de operarios que son necesarios para cumplir con una producción requerida, tratando en lo posible de lograr máxima eficiencia y un tiempo muerto mínimo. En general la línea de ensamble balanceada, con respecto a la situación inicial, tiene mayor número de operarios si se han subdividido las tareas; y menor número de operarios si se han agrupado las tareas. Estos casos están restringidos al tiempo de un ciclo escogid o y a la producción ajustada del producto. Existen diversos métodos que tratan de lograr una explicación para desarrollar un balance de línea de ensamble: Método Analítico. Método de Norton Klein. Método de Helgeson y Birne o Peso Posicional. Método de Kilbridge y Wester o heurísticos. Método Comsoal. Método del Algoritmo de Jackson o Programación en Computadoras Electrónicos. Método de las Cadenas de TONGE.  

MÉTODO ANALÍTICO: Se utiliza para determinar el número de operarios que se deben asignar a las diferentes secciones de una línea de ensamble, para que la planta cumpla con una producción determinada y opere con una adecuada eficiencia de línea. Vamos a considerar la siguiente nomenclatura: i: es el conjunto de tarea o unidades de trabajo (i =1,...,n) k: son las estaciones de trabajo, consistentes 4 en una o más tareas(k=1,...,n). t,: es el tiempo necesario para ejecutar la tarea i. ∑ti: es el tiempo total contenido en un ensamble, ∑Ti: es el tiempo utilizado utilizado por todos los operarios de la línea (∑t, = ∑niti) ni: número de operarios requeridos en la estación i n: número de operarios requeridos en la red total. c: tiempo de ciclo. E: Eficiencia de Línea. E = ∑Ti x 100 nc Para calcular los tiempos muertos: δ = kc . ∑ti

En una situación inicial se tiene: t i Para calcular el número de operarios, se usa: n= ∑ni*ti E*c Veamos un ejemplo para explicar este método.

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EJEMPLO 5: Una planta ensambladora de un producto de gran demanda diaria, presenta 8 operarios diferentes en su línea productiva. Tiempo Operación Estándar (min) 1 1,25 2 1.38 3 2.58 4 3,84 5 1.27 6 1.29 7 2.48 8 1.28 Las restricciones de secuencia están dadas por la siguiente red:

a) Se desea determinar la producción actual y sus indicadores respectivos si se supone que labora un operario por estación. b) Se pide calcular el número de trabajadores necesarios para balancear la línea cuando el mercado requiere 700 und/día, de tal manera que se consiga una eficiencia del 95%. c) Determinar el número de operarios para cada estación de trabajo trabajo y además halle los tiempos muertos.

Solución: a) De la situación inicial se desprende c = 3,84 min/und K=n=8 ∑ti = ∑ti = 15.37 min P = 480 =125 und/día 3,84 E = 15.37 * 100 = 50% 8*3,84 δ = 8 * 3,84 -15,37= 15,35 min/und b) Se tiene : P= 700 unds/día . c = tb/P = 480/700 = 0,686 min/und además, E =0,95 entonces, de la fórmula de eficiencia despejamos n y reemplazamos valores: n = 15.37 * 100=23.6 0,95*0,686 Como es imposible obtener un sexto de operario se tratará de establecer la línea utilizando 24 operarios. c) Calculamos el número de operarios por estación de trabajo:







ni = ∑Ti E *c Est. 1: n1=1,25/(0.95*0,686) =1,92 =2 oper aprox. Est. 2: n2= 1,38/(0,95 * 0,686) = 2,12 = 2 oper aprox. Est. 3: n3=2,58/(0,95* 0,686) =3,96 =4 oper aprox. Est. 4: n4 = 3,84/(0.95 * 0,686) = 5,90 = 6 oper aprox. Est. 5: n5 = 1,27/(0,95 * 0,686) = 1,95 = 2 oper aprox. Est. 6: n6= 1,29/(0,95 * 0,686) = 1,98 = 2 oper aprox. Est. 7: n7 = 2,48/(0,95 * 0,686).=3,81 = 4 oper aprox. Est. 8: n8 = 1,28/(0,95 * 0,686) = 1,97 = 2 oper aprox. La red propuesta tendrá 24 operarios.

Se observa quo que el ciclo real es 0,69 min/und. Por lo tanto: P = 480/0,690 = 695,7 piezas/día. Debido a quo no se cumple con la producción requerida (700 und/día). Se tiene que aumentar la velocidad de producción de Ia segunda estación. Esto se logra así: Haciendo que uno uno de los operarios de esta estación trabaje extra, para acumular piezas de dicha estación. estación. Utilizando los servicios de un tercer operario (a medio tiempo) en la estación 2. Asignando algo de trabajo de la sección dos a la sección uno o a la estación tres. Observe que será preferible asignarlo a la estación uno pues está más tiempo ocioso. Mejorando el método de la operación 2 para disminuir el ciclo de la operación. En este ejemplo, se observa que el número de operarios es mayor en la situación propuesta que en la inicial. El método analítico es eficaz para estos casos.   

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MÉTODO DE KILBRIDGE Y WESTER O HEURÍSTICO Es muy usado en los problemas de gran escala. Fue desarrollada por Kilbridge y Wester, consiste en ir asignando tareas a estaciones de manera ordenada, tratando de obtener tiempos menores o iguales a la duración del ciclo, para cada estación de trabajo. En primer lugar, se debe conocer la secuencia de actividad del sistema, asimismo, se debe tener como dato la producción requerida, para la cual se hará el balance. Consideremos la siguiente secuencia de tareas:

Se debe balancear esta línea para una producción de 2100 unds/día. Conocida la producción, se puede hallar el ciclo sobre el cual se debe balancear la línea. Así, c = tb/P = 480/2.100 = 0,23 min/und. La línea producirá, entonces, una unidad cada 0,23 minutos, para satisfacer los requerimientos de producción ajustada. A ninguna estación se le puede asignar más de 0,23 minutos. Si tenemos que: Ti: tiempo total de tareas que figuran figuran en la secuencia inicial. c: ciclo sobre el que se hará el balance. n: número de estaciones además:







Este cociente nos da el mínimo número de estaciones que debe tener el balance. Si se considera un valor mayor que n, los costos de mano de obra directa serán mayores. En nuestro ejemplo: ∑ti = 1,261 c = 0,2 min/und n = 1,28 = 6,31 0,2 Equivalente a 6 estaciones de trabajo. Luego, deberán agruparse tareas, de forma tal que se obtenga 6 estaciones de trabajo (cada estación será ejecutada por un operario). En el cuadro se resumen los resultados. Estación 1 2 3 4 5 6

Actividades 1;6 2;7 8;9 5; 10 ; 11 3; 4; 14 12; 13; 15

Tiempo 0.22 0.23 0.19 0.22 0.17 0.23

La secuencia final será:

o también

0.191

0.22

0.23

Por lo tanto, los indicadores reales de la línea serán: E= 1.261 * 100 = 91,38 % 6 * 0,23 δ =6* 0,23 -1,261= 0,12 min/und P = 480 = 2,087 und/día 0,23 Como se requiere 2.100 unidades diarias, se pueden asignar sobre tiempos a los operarios (2) y (3), o en todo caso, el operario (3) puede ayudar al operario (2) y de igual forma el operario (5) con el (6). De esta manera se aumentará la velocidad productiva.







El balance de líneas consiste precisamente en encontrar cuál de esas combinaciones o caminos producen la mejor distribución de tareas, empleando el mínimo número de personas. Veamos: La siguiente red productiva.

i: Estación y/o actividad, (i:1,2,...,5) ti: Tiempo Standard de i. 1: Torneado 2: Engrasado 3: Fresado 4: Limado 5: Lustrado

EN PROGRAMACIÓN PERT.- Busca el camino para planificar la producción pero, a diferencia del Balance de líneas, cada nodo significa un evento de cada actividad, o sea un inicio o un fin, cuya línea de unión entre nodos es la actividad, para la Programación PERT. Veamos: Inicio Fin

Actividad t(i,j) = Tiempo estándar de la actividad A: Engrasado D: Lustrado F: Empaquetado B: Torneado E: Pintado PROBLEMAS RESUELTOS PROBLEMA 1 Una Empresa Industrial tiene la siguiente secuencia, donde se indica el número de máquinas:

De 1 a 12 son estaciones de trabajo en las cuales inicialmente trabaja un operario y una máquina. Determine: a) La producción diaria, eficiencia, tiempos muertos de la red inicial. b) El número de máquinas y operarios, para una producción de 120 unidades por día. Determine sus indicadores. c) Calcule los indicadores de cada una de las sub-líneas de la red. d) Determine el punto óptimo de la planta y los indicadores respectivos para este punto. Asignar los tiempos base en cada estación de trabajo.







Luego: c = 9 min/día P = 480/9 = 53,3 und/día en este caso st| = St¡ Eficiencia: n = 12 máq c = 9 min/día ∑Ti =54,6min E=54.6 * 100=50,55% (12*9) δ =12*9- 54,6 = 53,4 min/und Tiempo muerto: a) P =120 und/día El ciclo para esta producción será: c = tb/P = 480/120 = 4 min/und Por lo tanto, todas las estaciones deben tener como máximo un tiempo 4 minutos. Observando la red inicial, se trata que ninguna estación exceda al tiempo de ciclo. Esto se logra introduciendo cierto número de máquinas a las estaciones cuyos tiempos son mayores que el tiempo de ciclo. Por ejemplo, en la estación 4 es necesario la presencia de otra máquina para que el tiempo se reduzca a 7/2 = 3,5 m inutos; de igual manera se produce para las estaciones restantes. La red propuesta es:

En la estación 4,7 y 12 es necesario hacer uso de 2 máquinas por estación, y en la estación 9 de tres máquinas: n = 17 máquinas. Para hallar el número de operarios se parte de L (tiempo da preparación) y m (tiempo de máquina): n = L+ m L n: número máximo de máquinas que puede atender un operario en una estación determinada. determinada. Por ejemplo para la estación 4: n = (2,65*2 +0,85*2) / 0,85*2 0,85*2 = 4. Luego el operario de esta estación puede atender hasta cuatro máquinas sólo y como el balance efectuado nos indica que en esta ocasión deben haber des m aquinal entonces es necesario contratar otro operario. El cuadro resumen es el siguiente: Est.

t

l

mq

N

#op

Tl

1 2 3 4 5

2.8 1.8 0,6 2,65 0,8

0.2 2,2 1,6 0,85 1.6

1 1 1 2 1

15 1 1 4 1

1 1 1 1 1

3 4 2,2 7 2.4









11 12 Total

3.2 3.15 24.97

0,8 0,35 13,13

1 2 17

5 10

1 1 12

4 7 54,6

luego, # máquinas = 17 # operarios =12. El número de máquinas es de acuerde a la red propuesta y a la producción requerida. Cálculo de la eficiencia y los tiempos muertos en la red propuesta. n=17 c=4 ∑T, = 54,6 ∑T, = 38,1 k=12 E= 54.6 * 100=80.29% 17*4 δ =kc- ∑ti = 12*4 - 24,96 =9,9 min/und Se mejora la eficiencia y se reduce considerablemente los tiempos muertos. c) Observando la red balanceada en (b) se deduce que hay tres sub-líneas: SUB –LÍNEA 1:

ciclo real: c = 1,86 min/und producción real: P = 480/1,86 = 258 und/día Se cumple con la producción requerida, quedando, en almacén ocho unidades diarias. Para eliminar este inventario se trabaja con menor tiempo base: tb = P * c = 250 * 1,86 = 465 min/día

PROBLEMA: En una sección de la Fábrica MN se prepara estuches con artículos de tocador para caballeros (jabón, crema de afeitar y loción), realizándose las siguientes operaciones en los tiempos que se indican; Operación Tomar cajas vacías y colocar divisiones Tomar jabón e inspeccionar Envolver el jabón en el papel de seda

Operac Tiempo preced 0,15 0.09 2

0,25







a) Si se desea una producción de 1.200 unidades diarias, determine el número de estaciones de trabajo que permitirán cumplir dichos requerimientos mediante el método del peso posicional. b) ¿Cuál es el tiempo ocioso en el paso propuesto? Solución: La secuencia productiva es:

Determinamos los pesos posicionales y lo colocamos en un cuadro: Operación

Actividades Siguientes

Peso posicional

1 2 3 4 5 6

4\7\10(11\12\13\14\ 3\4\11\12\13\14\15 4/11/12\13/14/15 11/12/13/14\15 6\7\11\12\13\14\15 7\11/12\13\14/15

1,04 1,08 0,99 0,74 1,06 0,93

7 8

11\l2\13\14\15 9/10/11\12/13\14\15

0,72 1,05

9

10\11\12\13\14/15

0,95

10

11/12/13/14/15

0,75

11

12/13/14/15

0,66







1 3 9 6 10 4 7 11 12 13 14 15

0.15 0.25 0.20 0,21 0,09 0.08 0,06 0,16 0,10 0.09 0,15 0.16

1,04 0,99 0.95 0.93 0,75 0,74 0,72 0.66 0,50 0.40 0.31 0.16

Luego calculamos el ciclo para el cual se hará el arreglo, producción requerida: P = 1.200 und c = tb.=.480=0,4 min/und P 1.200

que es ciclo en el cual trabaja Actividades Operación agrupadas tiempo I 2/5/8 0,32 II 1/3 0.40 III 9 0.20 IV 6/10/4 0,38 V 7/11/12 0,32 VI 13/14/15 0.40 Gráficamente la secuencia es:

luego, el número de estaciones de trabajo es 6 y el ciclo real no varía, es siempre 0,4 min/und. Asimismo,







b) Calcule la eficiencia del arreglo final y los tiempos muertos. c) Aplique al método del peso posicional y compare resultados. Oper. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17,00 18

Tiempo (min) 1,5 2,00 3,20 3,20 3,20 3,20 1,50 1,50 1,50 1,50 3,70 2,60 3,20 2,00 3,10 3,70 3,20 2,00

Descripción de la tarea tarea Colocar en posición de junta el cilindro Colocar la cabeza del cilindro sobre el cilindro Colocar el primer tomillo de la cabeza del cilindro en el orificio y entornillarlo Repetir operación tres (segunde tomillo) Repetir operación tres (tercer tornillo) Repetir operación tres (cuarto lomillo) Apretar el primer lomillo de la cabeza del cilindro Repetir operación siete (segunde tomillo) Repetir operación siete (tercer tomillo) Repetir operación siete (cuarto tomillo) Colocar la válvula en el fondo del agujero de descarga Colocar el resorte de la válvula en el tope de la válvula en el pozo de descarga Colocar el seguro de la válvula de descarga en el agujero y apretar lomillos Apretar el seguro de la válvula de descarga Colocar el resorte de la segunda válvula en el fondo del agujero de succión Colocar la segunda válvula en el tope del resorte en el agujero de succión. Colocar el seguro de la válvula y apretar tomillos Apretar el seguro de la válvula de succión

Operac. Preced. ……

1 2 2 2 2 3 4 5 6 …

11 12 13 15 16 17

Solución: a) P= 48 und/día c = tb/P = 480/48 = 10 min/und Se sabe que para lograr eficiencia del 100% y tiempo muerto nulo: = k * c entonces k = (∑ti)/c = 45,8/10 = 4,58 = 5 estaciones Se debe agrupar las tareas de modo que se obtenga 5 estaciones de trabajo, además los tiempos no debe exceder el valor del tiempo de ciclo (ver el cuadro resumen mostrado). Se logra el arreglo deseado con el mismo ciclo. b) Calculamos eficiencia y tiempo muerto: n = 5 ∑Ti = 45,8 ∑ti = 45,8 k = 5 ∑Ti







∑tI = 17,4

E = 23,4 7*4

k=5 * 100 = 83,57 %

8 = kc - ∑tI = 5 * 4 – 17,4 = 2,6 min/ und

SUB-LINEA 3:

E = 26 *100=81,25% 8*4 δ = kc - ∑ti = 5*4-16,5 =3,5 min/und Para determinar el punto óptimo hay que hallar el máximo común divisor de todos los tiempos asignados a las estaciones de trabajo en la situación inicial. Es decir: M.C.D. de (2; 2,2; 2,4; 3; 4; 7; 9) = 0,2 luego, c= 1 min/und, por lo tanto, se tiene:

Estc. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

# mq= Tl/c Ciclo = Tl/n 3/1=3 3/3 = 1 4 1 2.2 1 7 1 2.4 1 3 1 7 I 2 1 9 1 4 1 4 1









Tomo Taladradora Cepilladora Rectificadora

15 8 16 18

12 16 18 20

a) Se desea conocer con ocer el número de máquinas necesarias para una redistribución de instalaciones si los pronósticos de demanda son: Modelo A 120 und/día Modelo B 85 und/día b) Suponer que la planta se va a instalar por primera vez en el Parque Industrial. Con el objeto de realizar su distribución de Planta es necesario conocer cuántas máquinas serán necesarias si se establece que la demanda de B es el doble de la de A. c) Calcule los tiempos base y el programa de la producción para una semana, en base a los cálculos de (a).

Solución: a) Sea: X A = 120 Producción ajustada de A X B = 85 Producción ajustada de B Elaboramos el cuadro de producciones máximas







9X A, +10 X A = 270 n3, si XB = 2X A > X A = 9,3n3 = 9n3, 8 X A + 9XB = 216 n4, si XB = 2X A > X A = 8,3n4 = 8n4 Entonces, suponemos que: m.c.m. (12,9.8) = 72 X A = 72 und/dfa XB = 2 X A 144 und/dia ; el número de máquinas es: n1 = 72/12=6 ; n3=72/9=8 n2 =72/12=6 : n4=72/8=9 n = 29 máquinas

c) Cálculo de los tiempos bases para las producciones: X A =120 und/día XB = 85 und/dia tb =XI * c, • 1 día. * 6 días ni 480 min sem

Balance de Una Línea de Ensamble

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