Física de Plantas - Informe Proyecto Grupal Tercera Entrega

FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS BÁSICAS

PROYECTO GRUPAL

Institución Universitaria Politécnico G rancolombiano

FÍSICA DE PLANTAS CUELLOS DE BOTELLA Y VARIABILIDAD EN SISTEMAS DE PRODUCCIÓN

IVÁN CAMILO GORDILLO CLAVIJO JAIRO ALONSO GORDÓN QUINTERO HERNÁN NIVIA MARTÍNEZ MARIA CAMILA ORTEGÓN PINEDA HERNÁN ALONSO SÁNCHEZ CARVAJAL JUAN CARLOS SARMIENTO GARCÍA JOHNNATAN VILLANEDA

CÓDIGO: 1611981312 CÓDIGO: 1511981827 CÓDIGO: 1611980108 CÓDIGO: 1220650078 CÓDIGO: 1311620044 CÓDIGO: 1421989025 CÓDIGO: 1611981370

INSTRUCTOR JULIAN FELIPE TELLO POSADA

INSTITUCIÓN UNIVERSITARIA POLITÉCNICO GRANCOLOMBIANO INGENIERÍA INDUSTRIAL – MODALIDAD MODALIDAD VIRTUAL COLOMBIA 2017

ii FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS BÁSICAS

PROYECTO GRUPAL


Contenido 1.

INTRODUCCIÓN ................................................................................................................................ 1.1.

OBJETIVO PRINCIPAL .............................................................................................................. 3

1.2.

OBJETIVOS SECUNDARIOS ....................................................................................................

1.3.

CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES A REALIZAR ............................................................... 4

JUSTIFICACION ......................................................................................................................................... 2.

3

3

4

RESUMEN – RECURSOS CUELLO DE BOTELLA EN SISTEMAS DE MANUFACTURA ........ 5 CAUSAS DE VARIABILIDAD, EFECTOS EN DESEMPEÑO DE SISTEMAS PRODUCTIVOS (TIEMPO DE COLA Y LA OCUPACIÓN DEL SISTEMA) .................................................................. 5 Causas comunes.................................................................................................................................... 6 Causas aleatorias .................................................................................................................................. 6 Causas no controlables ......................................................................................................................... 6 TIEMPO DE COLA ...................................................................................................................................... 6 Tiempo promedio de espera en cola .................................................................................................... 6 Tiempo promedio de espera en el sistema........................................................................................... 6

3.

4.

RESULTADOS – CÁLCULO TASAS DE PROCESO Y ANÁLISIS C. DE BOTELLA .................. 7 3.1.

CIFRAS DE PRODUCCIÓN .......................................................................................................

3.2.

ESTACIÓN CUELLO DE BOTELLA. ...................................................................................... 10

7

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES .................................................................................. 11 4.1.

CONCLUSIONES ......................................................................................................................

4.2.

RECOMENDACIONES ............................................................................................................. 11

11

Bibliografía .................................................................................................................................................. 12 ANEXOS ....................................................................................................................................................... 12

3 FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS BÁSICAS

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1. INTRODUCCIÓN Las decisiones relacionadas con las restricciones y capacidad de un proceso deben tomarse a la luz de la función que el proceso desempeña dentro de la organización y la cadena de valor en su conjunto, porque aumentar o reducir la capacidad de un proceso tiene impacto en los demás procesos de la cadena. Los gerentes de todas las empresas deben entender cómo identificar y administrar los cuellos de botella, cómo relacionar las mediciones de capacidad y desempeño de un proceso con las de otro, y cómo usar esa información para determinar la mejor mezcla de productos de la empresa. Además, estas decisiones deben tomarse teniendo en cuenta varios aspectos a largo plazo, como las economías y des economías de escala de la empresa, los colchones de capacidad, las estrategias de oportunidad y tamaño, además del equilibrio entre el servicio al cliente y la utilización de la capacidad. Esta investigación formativa permitirá develar las causas de los cuellos de botella, sus efectos y el planteamiento de sugerencias para hacer una mejor asignación y aprovechamiento de los recursos como personal, equipos, tiempo e instalaciones con el fin de alinear la planeación de la producción con la capacidad instalada. 1.1. OBJETIVO PRINCIPAL 1. Analizar y comprender el efecto o impacto de los cuellos de botella y la variabilidad en el desempeño de un sistema de manufactura. 1.2. OBJETIVOS SECUNDARIOS 1. Calcular las tasas de proceso y los tiempos de ciclo. 2. Identificar los cuellos de botella en una línea de producción. 3. Analizar la variabilidad y cuantificar su efecto en el desempeño del sistema productivo (tiempos en cola y estados de servicio).


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1.3. CRONOGRAMA DE ACTIVIDADES A REALIZAR

JUSTIFICACION Es de suma importancia conocer la eficiencia y eficacia del sistema de manufactura por lo que esta investigación se enfocará en el estudio de las causas y características de los cuellos de botella, los factores que intervienen en el proceso productivo como el factor humano y el factor mecánico, ya que el impacto de estos factores es determinante en el nivel de productividad de un sistema de manufactura. Así, el presente trabajo permitirá identificar que causa los cuellos de botella y a su vez las consecuencias al no identificar oportunamente esto mismo, como un alza en los costos de la compañía como resultado de la mala administración y utilización de los recursos, además pretende también brindar una solución factible y oportuna prevenir la ocurrencia de cuellos de botella en el sistema de manufactura de la compañía.


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2. RESUMEN – RECURSOS CUELLO DE BOTELLA EN SISTEMAS DE MANUFACTURA Los cuellos de botella están definidos por situaciones en las cuales uno o más recursos se ven superados por el volumen de la demanda a que están exigidos, siendo claramente una restricción que afecta limitando la capacidad de producción. Esta condición tiene la particularidad de afectar uno o más recursos de capacidad en el sistema de producción materializándose en novedades en maquinaria, ensamblaje, capacitación del personal, o carencia de algún componente o procedimiento especifico, normalmente este tipo de restricciones suelen ser corregidas y eliminadas para que no persistan en el tiempo. Propiamente hablando aquella capacidad que se ve afectada hace referencia directa al tiempo con que se cuenta para producir un bien determinado, además de los diversos canales los cuales según su estado se clasifican en despejados o restringidos por capacidad. Los canales despejados hacen referencia a aquellos recursos de los cuales su capacidad productiva es superior a la demanda a la que se ven sometidos, se caracterizan por solo ser empleados solo en horas necesarias a fin de no producir excesivamente y generar tiempos ociosos, por el contrario los canales que se restringen en capacidad conocidos como CCR por sus siglas en inglés (Capacity, Constrained Resourse) es aquel cuyo nivel de exigencia está cerca o supera su capacidad máxima, lo cual según lo que

se expone por Goldratt en la teoría de las restricciones puede atribuirse a una o más razones y bastantes de ellas asociadas a la programación del recurso y lo exigido a este en frecuencias e intervalos lo cual se resume en que según como se programe podemos generar tiempos ociosos o sobre demanda para un canal y con esto generar un CCR lo que equivale a convertirlo en un cuello de botella, a fin de analizar este comportamiento un procedimiento básico que se recomienda es realizar el filtro de 5 pasos de la teoría de las restricciones de Goldratt y sus nueve reglas básicas a fin de asignar los recursos y tiempos a cada canal de manera adecuada. CAUSAS DE VARIABILIDAD, EFECTOS EN DESEMPEÑO DE SISTEMAS PRODUCTIVOS (TIEMPO DE COLA Y LA OCUPACIÓN DEL SISTEMA) La llamada variabilidad está representada por fluctuaciones en los procesos que componen los sistemas de producción, por mínimos que puedan parecer tienen implicaciones en el producto y/o servicio final, realmente está variabilidad no es nueva entre los estudios de la producción, fue dada por Deming en el marco de su postura de conocimiento profundo. Partiendo de una postura vanguardista es imposible evitar la variabilidad, ya que es muy difícil obtener dos resultados idénticos, para determinar las causas más comunes de estas variaciones es de gran utilidad contemplarlas desde varios puntos de vista, entre las cuales podemos citar:   

Causas comunes Causas aleatorias Causas no controlables


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Causas comunes

Están relacionadas comúnmente con recursos físicos, del esquema del proceso misional o del mismo sistema, tipología de máquinas, son causas de erradicación complicada por requerir del cambio de todo un proceso como vemos anteriormente, su responsabilidad académicamente en un nivel de 85% está relacionada con la gerencia del proceso de acuerdo a la postura de Kaoru Ishikawa. Causas aleatorias

Se ocasionan por factores infrecuentes (fatiga de componentes, talento humano, metrología, etc.,) no obstante, aunque sean infrecuentes son objeto de control estadístico. Causas no controlables

Medioambientales, ingresos de personal nuevo, entre otras, Los eventos anteriores por su repercusión negativa en los sistemas productivos o de servicio pueden generar retrasos adicionales o no en los eventos conocidos como “colas” que se interpretan como líneas de

espera particulares para un sistema determinado, cuando este hecho se genera, se tienen tres elementos básicos para generarlo: Instalación del servicio, clientes o solicitudes para servicio, y la cola en sí que estos generan, entiéndase por cola solicitudes de servicio, personas, documentos, etc., que requieren ser atendidos, esto es las llegadas que se generan, la cola presentada, un servidor quien satisface las necesidades del sistema y genera salidas. No obstante, de acuerdo a la demanda y la capacidad instalada existen diversos sistemas de colas con dos o más servidores con números inferiores equivalentes o superiores de colas frente a los servidores, elementos que se ven afectados negativamente cuando una o más variaciones tienen lugar en los mismos, generando la inoperatividad parcial o total de los servidores, la perdida de los parámetros de orden de la cola y/o su prolongación excesiva. TIEMPO DE COLA Tomando como referencia a un sistema de colas en su fase estable entre las principales medidas de tiempo rendimiento se encuentran: Tiempo promedio de espera en cola (Wq): tiempo que por promedio un cliente o solicitud

espera en el sistema hasta que se le atienda. Tiempo promedio de espera en el sistema (W): es el tiempo que un cliente o solicitud

permanece en el sistema de colas, desde su llegada hasta su salida después de ser atendido. Independientemente del algoritmo y sistema utilizado el resultado obtenido se verá afectado por el desempeño del mismo sistema, si es influenciado por una o más variaciones esto redundará en el aumento de los diferentes tiempos y parámetros de cola, con respecto de los niveles de servicio deseados, teniendo claro lo anterior, la variabilidad expresada según sus diferentes causas tiene repercusión asociada la extensión del tiempo de ocupación expresado como , de uno o más servidores determinados dentro de un sistema de producción por causa de las eventualidades dadas se extiende el intervalo de tiempo con el cual dicho recurso puede estar atendiendo a un usuario.


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3. RESULTADOS – CÁLCULO TASAS DE PROCESO Y ANÁLISIS C. DE BOTELLA 3.1. CIFRAS DE PRODUCCIÓN Se realiza el cálculo de las tasas de los diferentes proyectos, para ese efecto se involucran los valores de la tabla llamada: ‘datos estudio de caso’, la cual proporciona pautas en cuanto a tendencias y agrega datos conducentes respecto al comportamiento de las diversas estaciones, las tasas a calcularse para efectos del ejercicio serán las siguientes: -Media del tiempo de proceso por estación. -Desviación estándar del tiempo de proceso por estación. -Tasa de llegadas (unidades a producir). -Servidores por cada estación. -Tasa de proceso total de cada estación.

-Porcentaje de ocupación -Congestión de las estaciones de cada proceso -Aproximación al tiempo de cola para un servidor -Tiempo de Ciclo.

Media del tiempo de proceso por estación: Es producto de aplicar la media aritmética a todos tiempos de cada proceso, desde la oblea 1 a la 10000, arrojando los siguientes datos:

Estación /proceso Tiempo (minutos) Preparación 1,62 Oxidación 8,21 Difusión 3,44 Metalización 4,99 Fotolitografía 2,63 Empacado 1,59 Tiempo total de las estaciones en promedio 3,74 Podemos notar que la estación Oxidación presenta el mayor promedio de tiempo de proceso. Desviación estándar de los tiempos de proceso (obleas 1 a la 10000): Estación / proceso Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Desvest. de las estaciones en promedio

Desviación estándar de tiempo (minutos) 0,87 1 2.8 1 2,23 0,86 1,46


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Tasas de proceso: El resultado de tomar en cuenta la generación del procedimiento para una unidad, dividido en el tiempo promedio de este.

Estación /proceso. Tasa Preparación 0,617283951 Oxidación 0,12180268 Difusión 0,290697674 Metalización 0,200400802 Fotolitografía 0,380228137 Empacado 0,628930818 Tasa promedio 0,37322401 Oxidación presenta la menor tasa de proceso entre todas las estaciones. Tasa de llegadas: Es el resultado de interpretar el requerimiento de fabricación del cliente el cual requiere 7 unidades por hora, luego se establece el requerimiento por unidad básica de tiempo (minutos) dividiendo los factores implicados.

Estación. Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Unidades a producir promedio Numero de servidores por estación:

Unidades a producir (unidades por minuto) 0,116666667 0,116666667 0,116666667 0,116666667 0,116666667 0,116666667 0,116666667

Resultante de la división de las unidades a producir por minuto entre la tasa de proceso existente.

Estación Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Numero promedio de servidores

Numero de servidores 1 1 1 1 1 1 1


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Tasa de proceso total por estación: Esta magnitud nos permite conocer con mayor certeza la capacidad de producción de nuestra estación respecto al número de servidores con los cuales contamos. Es el resultado de tomar nuestro factor de tasa de proceso inicial y dividirlo entre la cantidad de servidores con los cuales contamos por estación.

Estación Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Promedio de tasa de proceso por estación Porcentaje de ocupación por estación:

Tasa de proceso 0,617283951 0,12180268 0,290697674 0,200400802 0,380228137 0,628930818 0,37322401

Nos permite obtener una idea más clara de la congestión de cada estación de proceso, teniendo en cuenta lo que se requiere producir por estación y la tasa de proceso total por estación obtenida anteriormente, lo cual se expresa como un porcentaje.

Estación Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Tiempo promedio de ocupación Congestión de cada estación: Estación Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Promedio de congestión

Porcentaje de Ocupación 19% 96% 40% 58% 31% 19% 44% Congestión 0,233045623 22,71541502 0,670378619 1,393298763 0,442654484 0,227747084 4,280423266


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Aproximación tiempo de cola por servidor: El resultado de la multiplicación de los factores de congestión y el tiempo promedio de proceso, el cual se expresa como cantidad entera, (minutos) nos permite conocer la espera que habrá en cada servidor.

Estación Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Tiempo de cola por servidor promedio Tiempo de ciclo:

Tiempo de cola por servidor 0,377533909 186,4935573 2,30610245 6,95256083 1,164181294 0,362117864 32,94267561

Es la suma en magnitud de tiempo de las operaciones de procesar por estación más el tiempo de espera para ingresar a procesamiento (cola) expresada en minutos.

Estación Preparación Oxidación Difusión Metalización Fotolitografía Empacado Tiempo promedio de ciclo

Tiempo de ciclo 1,997533909 194,7035573 5,74610245 11,94256083 3,794181294 1,952117864 36,68934228

3.2. ESTACIÓN CUELLO DE BOTELLA. Estación del proceso Oxidación: Debido a que en el cálculo de las diferentes tasas de proceso, se encontró en la estación de oxidación un incremento exorbitante en las tasas de tiempo de proceso, el porcentaje de ocupación, la congestión, y los tiempos de cola y ciclo, lo cual está asociado a contras magnitudes tomadas en este estudio, y dichos incrementos afectan y/o trasladan sus efectos dilatorios; se determina ubicar la estación de oxidación situada en el cuello de botella, ya que la elevación de los tiempos de espera que presenta en 5 de 10 campos evaluados, superan en muchas ocasiones el 100% de la media de las estaciones evaluadas.


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Tasas de proceso

magnitud

Tiempo promedio de proceso

Minutos

Promedio Total estaciones Oxidación 3,746666667 8,21

Desviación estándar del tiempo de proceso

Minutos

1,46

Tasa proceso Tasa de llegadas (unidades a producir)

Factor resultante 0,37322401 0,12180268 Piezas por minuto 0,116666667 0,11666667

Numero de servidores por estación Tasa de proceso de toda la estación

unidad Porcentaje

Porcentaje de ocupación de la estación Congestión de la estación

Porcentaje Factor resultante

Aproximación tiempo de cola para un servidor Tiempo de ciclo

1

1

1

0,37322401

0,12180268

44%

96%

4,28042327

22,715415

minutos

32,9426756

186,4935573

minutos

36,68934228 194,7035573

4. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 4.1. CONCLUSIONES  El conocimiento de la teoría de cuellos de botella nos da el contexto necesario para el desarrollo del caso de estudio y así obtener los resultados esperados.  Gracias al análisis de la data se encuentra la causa raíz del principal cuello de botella encontrando que en el proceso de oxidación es donde hay más oportunidad de mejora  Es importante resaltar que mediante unos planes de acción enfocados podemos encontrar la solución más eficiente para controlar o eliminar el cuello de botella encontrado en el proceso 4.2. RECOMENDACIONES  Inicialmente se recomienda incrementar el número de servidores en la estación de oxidación, ya que en primera medida el incremento de estos podría, ser coadyuvante en la disminución de la congestión en esta estación al disminuir el tiempo de cola de la misma, y por ende el tiempo de ciclo total, dada la extensión y complejidad de esta estación de proceso.


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Bibliografía Miranda P., J. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Ingenieria de operaciones - Programación de operaciones: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Pablo Serrano Yáñez-Mingot, J. A. (2017). Universidad Carlos III de Madrid - Departamento de Ingeniería Telemática. Recuperado el 11 de Junio de 2017, de Una introducción amable a la teoría de colas: http://www.it.uc3m.es/pablo/teoria-colas/introduccion-teoria-colas.pdf Politécnico Grancolombiano. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Guía de competencias y actividades - Unidad 1 – sistemas de producción: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Politécnico Grancolombiano. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Proyecto grupal - Análisis de cuellos de botella y efecto de la variabilidad en el desempeño de un sistema de manufactura: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Politécnico Grancolombiano. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Física de planta - Introducción a la metodología general física de planta: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Politécnico Grancolombiano. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Reglas de despacho: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Politécnico Grancolombiano. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Planeación agregada: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Politécnico Grancolombiano. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Manejo de SOLVER: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Uniatlántico. (21 de Octubre de 2010). Ingenieria de operaciones. Recuperado el 10 de Junio de 2017, de Teoría de las restricciones: http://pertcpm-operaciones.blogspot.com.co/2010/12/teoria-de-restricciones.html Universidad de Navarra. (2012). Universidad de Navarra. (F. d. Unav, Ed.) Recuperado el 10 de Junio de 2017, de Teoría de las Limitaciones: www.unav.es/ocw/orgproduccionII/material/teoriaTC.pdf Universidad Simón Bolívar. (s.f.). Politécnico Grancolombiano Virtual. Recuperado el 22 de Mayo de 2017, de Planificación agregada – PS – 4162 Gestión de la producción II: http://campusvirtual.poligran.edu.co/#/home/index Yepes Piqueras, V. (14 de Septiembre de 2015). Universitat Politécnica de Valencia. Recuperado el 10 de Junio de 2017, de Causas de variabilidad de un proceso: http://victoryepes.blogs.upv.es/2015/09/14/causas-de-variabilidad-de-un-proceso/

ANEXOS Imagen calculo tasas de proceso.

Fuente: elaboración Propia- estructura Politécnico Grancolombiano

Ejemplo base de datos fuente de cálculos (16 primeros ítems). Politécnico Gran Colombiano

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