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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ECBTI - Ingeniería Industrial CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CURSO: 256596 – DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES

CONTENIDO DIDACTICO DEL CURSO DE DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES

GUÍA DE APRENDIZAJE

CREADO POR: ING. BENJAMÍN PINZÓN HOYOS

ACTUALIZADO Y REVISADO POR: ING. NATALIA MOLINA AREVALO

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA -UNADFACULTAD DE CIENCIAS BÁSICAS E INGENIERIA PROGRAMA DE INGENIERÍA INDUSTRIAL 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES COLOMBIA 2013


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ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y VERSIONAMIENTO El presente módulo fue diseñado en el año 2010 por el Ing. Saury José Thomas Manzano, el Ing. Thomas es Ingeniero Industrial, Especialista en Gerencia de Proyectos, Especialista en Estadística Aplicada y Magíster en Finanzas. En 2013 el módulo fue revisado y actulizado por la Ing. Natalia Molina Arévalo, Directora Nacional del cuso de Diseño de Plantas Industriales de la UNAD.


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INTRODUCCION AL DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES

pipeisometric.com/introducci_n.html

En el diseño de una instalación industrial, los ingenieros desarrollan hojas de flujo del proceso, establecen las especificaciones del proyecto y el diseño o seleccionar el equipo. El diseño del proyectista usa la información suministrada por los ingenieros y el equipo vendedores, aplica los conocimientos y la experiencia adquirida en la oficina y sobre el terreno para el diseño y la maquetación de la instalación. El diseño de las instalaciones debe cumplir con las expectativas de los clientes, así como cumplir con los códigos de seguridad, con los estándares del gobierno, especificaciones del cliente, presupuesto y puesta en marcha. El grupo de tuberías deberá proporcionar a cada grupo de diseño la información necesaria para completar su parte del proyecto y tener la serie completa de plan de construcción y dibujos terminados a tiempo. Empresas de ingeniería y construcción realizan el diseño y esquemas de una instalación generan que cada día a día las necesidades de cambio y la actualización de planos, tales como la adición de una bomba u otro equipo pequeño, por lo consiguiente se modifica el diseño y la base ingeniería planta principal. Las plantas en funcionamiento requieren cambios en las instalación y buscan los servicios de ingeniería y empresas de construcción cuando la ampliación de las instalaciones existentes o la construcción de un nuevo proyecto. Los diseñadores están expuestos en el día a día a las operaciones de la instalación y siga la construcción de pequeños proyectos.


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Esto situación podrá exigir que el diseñador tiene una amplia gama de conocimientos teóricos y prácticos, como él o ella a menudo se les puede pedir para diseñar y establecer el proyecto completo. El diseño puede preparar fundación, el acero, las tuberías y los dibujos como es necesario, y puede incluso hacer algunos aparatos eléctricos y de instrumentación diseño cuando sea necesario. EMPRESAS DE INGENIERÍA ARQUITECTÓNICA Los proyectistas y diseñadores de tubería de la arquitectura emplean empresas de ingeniería para aplicar sus habilidades comerciales en los edificios altos. Estos incluyen: Edificios de oficinas, hospitales, condominios, tiendas centros comerciales, u otras estructuras similares. Además de los componentes industriales de tuberías, como las que se encuentran en una típica sala de calderas, complementario a los sistemas de tuberías debe ser diseñado para la plomería, HVAC, sistemas de drenaje y que También se requieren en estas estructuras. Los proyectistas y diseñadores de tubería, debe ser capaz de elaborar dibujos, tales como: Fichas de flujo de tuberías Planos de planta Planos de ubicación de Equipo Planos de arreglos de tubería Planos de isométrica de tuberías Partiendo de estos documentos los proyectista y diseñadores elaboran los el trabajo de: gestión de proyectos material de control material de despegue estimaciones del proyecto análisis de tubería y apoyo dibujos de apoyo compras

CONSTRUCTORAS Muchas empresas se especializan sólo en la construcción de plantas. Aquí los proyectistas y diseñadores de tuberías pueden contribuir a supervisar la construcción de la instalación cuando se trabaja con la supervisión de un superintendente de construcción. El diseñador es a menudo llamado a hacer pequeñas diseño debido a cambios resultantes de errores detectados durante la 4


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fase de construcción o como clientes dictar los cambios. En la terminación del proyecto, los dibujos se actualizan a reflejar los numerosos cambios introducidos durante la construcción. Estos dibujos se llaman o se refiere a “as-built”

EMPRESAS DE FABRICACIÓN Las empresas de fabricación requieren que fabricar y transportar gran parte de las tuberías necesarias para la construcción de la planta al lugar de trabajo estos dibujos de fabricación de son llamados ―piping spool drawings‖. Estos dibujos proporcionarán información detallada dimensiones de soldadores que puede fabricar la tubería. El proyectista que prepara estos dibujos deben tener una amplia experiencia en diseño de plantas y la posición del redactor proporciona una valiosa experiencia en los materiales y la ciencia de los materiales.

PREPARACIÓN PARA LA INVOLUCRAN TUBERÍAS

ELABORACIÓN

DE

PROYECTOS

QUE

Se bebe tener una gran experiencia y conocimiento en materiales, procesos y estar actualizado y capacitado en los software que involucran la elaboración de diseño y construcción de los proyectos


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CONTENIDO

UNIDAD 1. DEFINICION DE LOS REQUERIMIENTOS CAPITULO 1. PLANEACION DE INSTALACIONES LECCIÓN 1: DEFINICION DE PLANEACION DE INSTALACIONES LECCIÓN 2: IMPORTANCIA DE LA PLANEACION DE INSTALACIONES LECCIÓN 3: OBJETIVOS DE LA PLANEACIÓN DE INSTALACI LECCIÓN 4: EL PROCESO DE PLANEACION DE INSTALACIONES LECCIÓN 5: LA PLANEACION DESARROLLO DE ESTRATEGIAS DE INSTALACIONES CAPITULO 2 DISEÑO DE PRODUCTOS, PROCESOS Y PROGRAMAS LECCIÓN 6: INTRODUCCIÓN LECCIÓN 7: DISEÑO DE PRODUCTOS LECCIÓN 8: DISEÑO DEL PROCESO LECCIÓN 9: DISEÑO DE PROGRAMAS LECCIÓN 10: DISEÑO DE PLANTAS CAPITULO 3 EL FLUJO, EL ESPACIO Y LAS RELACIONES DE LAS ACTIVIDADES

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LECCIÓN 11: PLANIFICACIÓN DEPARTAMENTAL Y RELACIONES DE LAS ACTIVIDADES LECCIÓN 12: PATRONES DE FLUJO LECCIÓN 13: LA PLANIFICACIÓN DEL FLUJO LECCIÓN 14: MEDICIÓN DEL FLUJO LECCIÓN 15: REQUERIMIENTOS DE ESPACIO

UNIDAD 2. DESARROLLO DE ALTERNATIVAS CAPITULO 4 MANEJO DE MATERIALES LECCIÓN 16: EL ÁMBITO Y LAS DEFINICIONES DEL MANEJO DE MATERIALES LECCIÓN 17: DEL MANEJO DE MATERIALES Y DISEÑO DE SISTEMAS D MANEJOR DEMATERIALES MANEJO DE MATERIALES DE MANEJO DE LECCIÓN 18: DISEÑO DE UNA CARGA UNITARIA EL EQUIPO DE MANEJO DE MATERIALES DE MANEJO DE MATERIALES LECCIÓN 19: ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS DEL MANEJO DE MATERIALES MATERIALES. LECCIÓN 20: CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD

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CAPITULO 5 MODELOS DE PLANIFICACIÓN DE LA DISPOSICIÓN Y ALGORITMOS DE DISEÑO LECCIÓN 21: INTRODUCCIÓN LECCIÓN 22: TIPOS BÁSICOS DE DISPOSICIÓN LECCIÓN 23: PROCEDIMIENTOS PARA LA DISPOSICIÓN LECCIÓN 24: ENFOQUES ALGORÍTMICOS LECCIÓN 25: PROBLEMAS CAPITULO 6 OPERACIONES DEL ALMACÉN LECCIÓN 26: MISIONES DE UN ALMACÉN Y FUNCIONES EN EL ALMACÉN LECCIÓN 27: OPERACIONES DE RECEPCIÓN Y EMBARQUE LECCIÓN 28: UBICACIÓN DE LAS PLATAFORMAS LECCIÓN 29: OPERACIONES DE ALMACENAMIENTO LECCIÓN 30: OPERACIONES DE RECOLECCIÓN DE PEDIDOS U UNIDAD 3. DISEÑO, EVALUACIÓN, SELECCÓN, PREPARACIÓN, PRESENTACIÓN, IMPLEMENTACIÓN Y MANTENIMIENTO DE PLANTAS PARA DIVERSAS FUNCIONES

CAPITULO 7 SISTEMAS DE FABRICACIÓN LECCIÓN 31: SISTEMAS FIJOS DE AUTOMATIZACIÓN Y SISTEMAS DE FABRICACIÓN FLEXIBLES LECCIÓN 32: SISTEMAS DE VARIAS MÁQUINAS CON UNA SOLA ETAPA LECCIÓN 33: REDUCCIÓN DEL TRABAJO EN PROCESO LECCIÓN 34: FABRICACIÓN JUSTO A TIEMPO LECCIÓN 35: TENDENCIAS EN LA PLANIFICACIÓN DE PLANTAS CAPITULO 8 SISTEMAS DE LAS PLANTAS LECCIÓN 36: DESEMPEÑO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL LECCIÓN 37: SISTEMAS DE CERCADO Y SISTEMAS ATMOSFÉRICOS LECCIÓN 38: SISTEMAS ELÉCTRICO Y DE ILUMINACIÓN LECCIÓN 39: SISTEMAS DE SEGURIDAD Y SISTEMAS SANITARIOS LECCIÓN 40: SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN DEL EDIFICIO Y SISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN DEL MANTENIMIENTO DE LAS PLANTAS


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CAPITULO 9 MODELOS CUANTITAVIOS DE PLANIFICACIÓN DE PLANTAS LECCIÓN 41: MODELOS DE UBICACIÓN DE PLANTAS Y MODELOS ESPECIALES DE DISPOCISIÓN DE PLANTAS LECCIÓN 42: MODELOS DE DISPOCIÓN PARA MAQUINAS LECCIÓN 43: MODELOS PARA ALMACENAMIENTO CONVENCIONAL Y SISTEMAS DE AUTOMATICADOS DE ALMACENAMIENTO Y RECUPERACIÓN. LECCIÓN 44: OTROS MODELSO (RECOLECCIÓN DE PEDIDOS – MANEJO DE MATERIALES DE TRAYECTORIA FIJA – LINEA DE ESPERA). LECCIÓN 45: MODELOS DE SIMULACIÓN

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LISTADO DE TABLAS Tabla 1.1 Porcentaje del producto interno bruto (PIB) por grupos de industrias gastado típicamente en nuevas instalaciones, de 1955 a nuestros días. Tabla 2.1 Requerimientos de una hoja de ruta Tabla 2.2 Información mínima del mercado requerida para la planificación de plantas Tabla 2.3 Análisis de mercado que indica la naturaleza estocástica de los requerimientos futuros para la planificación de plantas Tabla 2.4 Información valiosa que debe obtenerse de mercadotecnia y que debe utilizar el planificador de plantas. Tabla 2 5 Resumen de los requerimientos de producción para el ejemplo 2.1 Tabla 2.6 Distribuciones de probabilidad para el número de piezas fundidas aceptables (x) a Tabla 2.7 Ganancia de producir Q piezas fundidas, donde exactamente x son aceptables Tabla 2.8. Ganancia esperada de producir Q piezas fundidas Tabla 2.9 Ejemplo de la especificación de los requerimientos totales de equipo Tabla 2.10 Diagrama de matriz para la participación en equipos Tabla 2.11 Calendario semanal para las sesiones del equipo de trabajo Tabla 2.12 Matriz de priorización para la evaluación de las alternativas de diseño de la planta Tabla 2.13 Priorización de las alternativas de disposición con base en los niveles de trabajo en proceso (WIP) Tabla 2.14 Clasificación de las distribuciones mediante todos los criterios Tabla 3.1 Guía de procedimientos para combinar estaciones de trabajo en departamentos de planificación Tabla 3.2 Los estimados de holguras para pasillos Tabla 3.3 Anchuras de pasillos recomendadas para diferentes tipos de flujo Tabla 4.1 Hoja de revisión del manejo de materiales Tabla 4.2 Comparación de los diferentes tipos de tarimas Tabla 4.3 Anchuras de pasillos recomendadas para el diseño de una planta Tabla 5.1 Ventajas y limitaciones de la disposición por productos fijos, la disposición por productos, la disposición por grupos y la disposición por procesos.

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55 57 60 61 65 66 67 69 70 74 77 78 78 79 85 114 117 125 136 149 158


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Tabla 6.1 Requerimientos de espacio para plataformas de 90° Tabla 6.2 Requerimientos de espacio para plataformas de toque con un vehículo de 65 ft Tabla 6.3 Holguras mínimas para maniobra en áreas de recepción y de embarque Tabla 6.4 Niveles de inventario para seis productos en un almacén, expresado en cargas de tarimas del producto Tabla 6.5 Información de recepción y embarque en los productos más populares Tabla 6.6 Proporciones de recepción / embarque para el ejemplo 6.6 Tabla 8.1 Tasas Normales de cambio de aire Tabla 8.2 Área de la sala de control central por uso Tabla 8.3 Ganancias de calor para mujeres y hombres que realizan trabajo ligero y pesado Tabla 8.4 Requerimientos de carga promedio Tabla 8.5 Niveles mínimos de iluminación para tareas visuales especifica. Tabla 8.6 Reflectando aproximada para acabados de paredes y techos Tabla 8.7 Producción de las lámparas al 70% de la vida nominal Tabla 9.1 Solución de la coordenada x para el ejemplo 9.1 Tabla 9.2 Solución de la coordenada para el ejemplo 9.1 Tabla 9.3 Datos para el ejemplo 9.3 Tabla 9.4 Resultados de los intercambios pareados para la solución inicial para el ejemplo 9.4 Tabla 9.5 Resultados de intercambios pareados para la primera solución mejorada para el ejemplo 9.4 Tabla 9.6 Cota inferior basada en la asignación para el ejemplo 9.4 Tabla 9.7 Ubicaciones de recolección para el ejemplo 9.10 Tabla 9.8 Número "óptimo" de bandas para la heurística de bandas Tabla 9.9 Configuraciones alternas para el ejemplo 9.13 Tabla 9.10 Valores de (Hi(n)) para diversos valores de k en el ejemplo 10.30 Tabla 9.11 Valores de LF para bandas transportadoras de correa, dados valores específicos de RC y WBR Tabla 9.12 Valores de LF para bandas transportadoras de rodillos, dados los valores de RC y WBR. Tabla 9.13 Tabla desde-hacia Tabla 9.14 Calculo de Pn para el ejemplo 9.22 Tabla 9.15 Cálculo de Pn para el ejemplo 9.23 Tabla 9.16 Calculo de Pn, L y Lq para el ejemplo 9.24

207 208 210 218 224 224 263 264 270 271 273 274 275 286 286 294 297 297 301 322 323 323 333 336 338 343 351 355 357

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LISTADO DE GRÁFICOS Y FIGURAS Figura 1.1 El ciclo de planeación de la instalación con mejoramiento continuo Figura 1.2 La planeación de la instalación como parte de la excelencia en la cadena de suministro. Figura 2.1 Relación entre el diseño de productos, procesos y programas (PP&S) y la planificación de plantas. Figura 2.2 Plano de las partes de un émbolo Figura 2.3 Proceso de una decisión de fabricar o comprar. Figura 2.4 Lista de partes para un regulador de flujo de aire Figura 2.5 Lista de materiales para un regulador de flujo de aire Figura 2.6. Lista de materiales par aun regulador de flujo de aire Figura 2.7 Procedimiento de elección de un proceso. Figura 2.8 Hoja de ruta para un componente del regulador de flujo de aire Figura 2.9. Diagrama de volumen-variedad para una planta donde se aplica la ley de Pareto. Figura 2.10 Diagrama de volumen-variedad para una planta donde no se aplica la ley de Pareto. Figura 2.11 Ejemplo de un diagrama de afinidades para reducir el tiempo de preparación de la fabricación. Figura 2.12 Diagrama de interrelaciones para el diseño de plantas Figura 2.13 Diagrama de árbol para la formación de familias de productos. Figura 2.14. Ejemplo de diagrama de red de actividades para un proyecto de diseño de planta con expansión de la línea de producción Figura 3.1 Clasificación de la disposición por volumen-variedad. Figura 3.2 Matriz máquina-parte para el ejemplo 3.1. Figura 3.3 Matriz máquina-parte ordenada. Figura 3.4 Matriz máquina-parte ordenada por columnas Figura 3.5 Matriz máquina-parte ordenada por filas. Figura 3.6 Formación de dos celdas. Figura 3.7 Matriz máquina-parte Figura 3.8 Matriz máquina-parte ordenada Figura 3.9 Formación de celdas con las máquinas 2 o 3. Figura 3.10 Formación de celdas con duplicados de (a) la máquina 2 y (b) la máquina 3. Figura 3.11 Sistema de administración de materiales. Figura 3.12 Sistemas de flujo de materiales para diversos tipos de departamentos. (a) Departamentos de planificación por productos. (b) Departamentos de planificación por ubicación fija de materiales. (c) Departamento de planificación de familias de productos. (d) Departamentos de planificación de procesos.

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Figura 3.13 Sistema de flujo de materiales. Figura 3.14 Sistema de distribución física. Figura 3.15 Sistema de logística. Figura 3.16 Patrones de flujo generales, (a) En línea recta, (b) En forma de U. (c) En forma de S. (d) En forma de W. Figura 3.17 Flujo dentro de una planta considerando las ubicaciones de ía entrada y la salida, (a) En la misma ubicación, (b) En lados adyacentes, (c) En el mismo lado, pero en extremos opuestos, (d) En lados opuestos. Figura 3.18 Jerarquía de planificación del flujo. Figura 3.19 Impacto de las interrupciones en las trayectorias de flujo, (a) Trayectorias de flujo continuas, (b) Trayectorias de flujo interrumpidas. Figura 3.20 Tabla de millaje. Figura 3.21 Tabla de millaje triangular. Figura 3.22 Hoja de requerimientos de servicios y de áreas departamentales Figura 4.1 Ecuación de un sistema de administración de materiales. Figura 4.2 Relaciones de dimensiones entre diversos elementos en un sistema de distribución. Figura 4.3 Sistema de contenedores/tarimas con dimensiones progresivas. Figura 4.4 Esquema de un subsistema de fabricación de empaque, formación de tarimas, almacenamiento y embarque. Figura 4.5 Patrones de tarimas para tamaños alternos de cajas de cartón en una tarima de 48" X 40". Figura 4.6 Esquema de tarimas para tamaños alternos de cajas de cartón en una tarima de 36" X 36". Figura 4.7 Flujos de contenedores/tarimas en: (a) un sistema convencional, (b) un sistema de combinación, y (c) un sistema logístico integrado y de combinación de contenedores/tarimas. Figura 5.1. Tipos de disposiciones, (a) Disposición de línea de producción, (b) Disposición por productos fijos, (c) Disposición por familia de productos, (d) Disposición por procesos Figura 5.2 Tabla de planificacion de la disposicion Figura 5.3 Procedimiento de planificación sistemática de la disposición (SLP). Figura 5.4 Diagrama de relaciones Figura 5.5 Diagrama de relaciones de espacio Figura 5.6 Disposiciones en bloques alternos. Figura 5.7 Representación de una disposición discreta comparada con una disposición continua. Figura 5.8 Ejemplos de departamentos divididos y no divididos. Figura 5.9. Las disposiciones correspondientes a cada iteración. Figura 5.10 Gráficas de adyacencias para disposiciones en bloques alternos. Figura 5.11 Tabla de relaciones y diagrama de relaciones para el

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ejemplo basado en gráficas. Figura 5.12 Pasos en el procedimiento basado en gráficas Figura 5.13 Disposición en bloques obtenida de la gráfica de adyacencias final. Figura 5.14 Disposición inicial de CRAFT y los centroides de los departamentos para el ejemplo 5.1 (z = 2 974 X 20 = 59 480 unidades). Figura 5.15 Disposición intermedia de CRAFT obtenida después de intercambiar los departamentos E y F (z = 2 953 X 20 = 59 060 unidades). Figura 5.16 Disposición final de CRAFT (z = 2 833.50 X 20 = 56 670 unidades). Figura 5.17 Disposición final "ajustada" obtenida con CRAFT. Figura 5.18. Ejemplo para demostrar que CRAFT no puede intercambiar dos departamentos adyacentes con áreas diferentes Figura 6.1 Oportunidades de almacenamiento dentro de una red logística. Figura 6.2 Funciones y flujos comunes en un almacén. Figura 6.3 Disposiciones posibles de las áreas de embarque y de recepción, (a) Instalaciones de transporte en un lado del edificio, (b) Instalaciones de transporte en dos lados adyacentes del edificio, (c) Instalaciones de transporte en lados opuestos del edificio. (Con el permiso de Apple ) Figura 6.4 Ejemplo de la utilización de los elementos de tiempo predeterminados del Ü.S. Department of Agriculture (ÜSDA) para establecer el tiempo estándar de descarga de un vehículo. Figura 6.5 Métodos cuenca y en "Y" para facilitar el acceso de vehículos a la propiedad. (a) Entrada para vehículos en cuenca, (fc) Entrada para vehículos en "Y" Figura 6.6 Definición de la profundidad de la faja de estacionamiento de plataformas de 90°. (a) Plataforma sin obstrucción. (b.) Marquesina sostenida con postes, (c) Al lado de otros vehículos. (d) Caminos y lugares particulares. Figura 6.7 Ventajas y desventajas de los anchos y las profundidades de la faja de estacionamiento de las plataformas a 90° y las plataformas de toque, (a) Plataforma a 90°. (b) Plataforma de toque a 45º Figura 6.8 Áreas: (a) del lugar y (b) para las plataformas del ejemplo 6.1. Figura 6.9 Diseños modulares de plantas de almacenamiento que presentan las alternativas de expansión. Figura 6.10 Ejemplo de disposición de un almacén Figura 6.11 Distancias promedio recorridas. Figura 6.12. Disposición ―óptima‖ del almacenamiento aleatorio Figura 6.13 Disposición del almacenamiento aleatorio. Figura 6.14 Disposición en forma rectangular del almacenamiento aleatorio. Figura 6.15 Un ejemplo del cálculo del porcentaje del área total de

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Figura 6.16 Ejemplos de formación de panales. El área sombreada no se puede emplear para guardar otros materiales, (a) Formación de panales vertical. (V) Formación de panales horizontal. Figura 6.17 Asignación de almacén y productos para el ejemplo 6.6 Figura 6.18 Ejemplo de las consideraciones de facilidad de acceso al área de almacenamiento. Figura 6.19 Distribución común de los gastos de operación de un almacén. Figura 6.20 Distribución normal del tiempo de un recolector de pedidos. Figura 6.21 Análisis ABC: artículos y recolecciones. Figura 6.22 Análisis ABC: artículos y pedidos terminados. Figura 7.1 Variantes del patrón de flujo en línea recta. Figura 7.2 Representación gráfica del trabajo en proceso después de liberarse para el piso del taller (de Merchant). Figura 7.3 Disposiciones alternas para un sistema de fabricación flexible. Figura 7.4 Un programa combinado de máquinas y herramientas. Figura 7.5 Inventarios en el sitio de fabricación. (De Apple y Straban) Figura 8.1. Dimensiones de una planta de ensamblado ligero para el ejemplo 8.1 Figura 8.2 Planta de ensamblado con unidad de manejo de aire instalada en el tejado para el ejemplo 8.1 Figura 8.3 Área de corte transversal del conducto principal. Figura 8.4 Sección transversal de los conductos principal y secundario. Figura 8.5 Configuración de las luminarias para 10 ft por encima de la superficie de trabajo. Figura 9.1 Ubicaciones en la planta de! ejemplo 9.1. Figura 9.2 Ubicaciones de las coordenadas para las máquinas existentes en el ejemplo 9.1 Figura 9.3. Líneas horizontales y verticales que intersecan las coordenadas de las máquinas existentes en el ejemplo 9.1 Figura 9.4. Sumas de las ponderaciones en las líneas que intersecan las ubicaciones de las máquinas existentes en el ejemplo 9.1 Figura 9.5 ―Fuerzas‖horizontales y verticales netas para las regiones entre las líneas que se intersecan para el ejemplo 9.1 Figura 9.6 "Fuerza" resultante para cada región de la cuadrícula definida mediante las líneas verticales y horizontales que se intersecan para el ejemplo 9.1. Figura 9.7 Líneas de contornos para el ejemplo 9.1. Figura 9.8 Almacenamiento en carril profundo. Figura 9.9 Almacenamiento en anaquel para tarimas, a) Anaquel de profundidad única. b) Anaquel de doble profundidad. Figura 9.10 La heurística de cuatro bandas. (Debido al viaje de Chebyshev, las líneas contínuas no necesariamente reflejan la trayectoría de viaje de la máquina de S/R) Figura 9.11 Sistema de colas cíclico con dos servidores para el AS/RS de minicarga.

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Figura 9.12 Disposición de banda transportadora considerada por Muth Figura 9.13 Disposición de una banda transportadora para el ejemplo 9.14 Figura 9.14 (fl) La disposición departamental, (b) la red de nodos-arcos y (c) la trayectoria de flujo óptima. Figura 9.15 Árbol de la búsqueda. Figura 9.16 (a) Ubicaciones de estaciones de trabajo; (b) y (c) sistemas alternativos de flujo en tándem con las estaciones de trabajo funcionando como estaciones de transferencia. Figura 9.17, Sistemas de flujo tándem alternos con estaciones de transferencia separadas. Figura 9.18 Disposición de la banda transportadora del ejemplo 9.23 Figura 9.19 Valores de L para la cola (M/G/1):(GD/ / ) Figura 9.20 Valores de Lq para la cola (M/G/1):(GD/ / ).

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UNIDAD 1. DEFINICION DE LOS REQUERIMIENTOS Nombre de la Unidad Introducción

Justificación

Definición de los Requerimientos En la última década, la planeación de instalaciones o plantas ha adquirido un significado totalmente nuevo y muy importante para el éxito o fracaso en las organizaciones. En el pasado, dicha actividad se consideraba, sobre todo, una ciencia. En el competitivo mercado mundial actual, es una estrategia. Los gobiernos, las instituciones educativas y las empresas ya no compiten entre si de manera individual. Ahora, estas entidades conviven en cooperativas, organizaciones, asociaciones y, en última instancia, en cadenas de suministro (Red de Instalaciones y medios de distribución que tiene por función la obtención de materiales, trasformación de dichos materiales en productos intermedios y productos terminados y distribución de estos productos terminados a los consumidores) sintetizadas para mantenerse competitivas al incorporar el consumidor en el proceso. Ya que esta variable (consumidor) tiene mucha importancia hoy en día. El área de la planeación de instalaciones ha estado en boga durante muchos años. A pesar de su larga herencia, es uno de los más populares en las publicaciones, conferencias e investigaciones actuales. El tratamiento de la planeación de instalaciones como tema va desde los métodos con listas de recomendaciones, tipo recetario, hasta el modelado matemático muy sofisticado. En este texto, se pretende emplear un enfoque práctico para la planeación de instalaciones, que utilizan enfoques con base en conceptos tanto tradicionales como contemporáneos. Debe señalarse que la planeación de instalaciones, tal como se aborda en este libro, tiene muy diversas aplicaciones. Por ejemplo, el contenido de este modulo es válido tanto para la planeación de un nuevo hospital, un departamento de ensamblado, un almacén existente, planeación de un matadero municipal, como para el departamento de un aeropuerto. Ya sea que las actividades en cuestión ocurran el contexto de un hospital, una planta de producción, un almacén, un aeropuerto, una tienda detallista, una escuela, un banco, una oficina o cualquier parte de estas instalaciones, el material presentado en el texto debe ser útil para su planeación. Es importante reconocer que la planeación de instalaciones contemporánea considera éstas como entidades dinámicas y que un requerimiento fundamental para tener éxito en esta tarea es su adaptabilidad y su capacidad de ser adecuada a un nuevo tipo de utilización. Mediante el uso de las herramientas tecnológicas adecuadas y la formulación de un plan estratégico en el Layout se adquieren hoy en día en las empresas manufactureras y de servicios grandes 17


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beneficios operativos y económicos. Por ende que una efectiva comprensión de ―facility layout‖contribuirá al estudiante de pre-grado de Ingeniería Industrial a tomar de sus propias decisiones que le permitan generar valores a través de su gestión y convertirse en un facilitador de procesos de crecimiento y aprendizaje en el medio empresarial en el que se desenvolverá. También, una tendencia mundial tenida en cuenta en las empresas es la logística, parte funcional e integral de esta asignatura, que busca estratégicamente que los estudiantes adquieran los conceptos básicos para una optimo layout teniendo en cuenta algunas áreas como el movimiento, almacenamiento y el control y manejo de inventarios de los productos, así como todo flujo de información asociado, a través de los cuales la organización y su canal de distribución se encauzan de modo tal que la rentabilidad presente y futura de la empresa sea maximizada teniendo en cuenta la calidad del material – las personas y del flujo de trabajo que conlleven a un éxito empresarial en la organización. Intencionalidades Formativas

Objetivo General El estudiante tendrá los conocimientos para realizar proyectos de localización, diseño y distribución de plantas industriales, así mismo tendrá capacidad para desarrollar soluciones para el manejo de materiales y servicios a la planta y al personal. Objetivos Específicos El estudiante conoce los factores requeridos para el diseño de una planta industrial El estudiante conoce los aspectos para evaluar la capacidad y productividad de una planta industrial El estudiante conoce los métodos para determinar los recursos necesarios para lograr un nivel dado de producción, de servicios y de personal requerido en una planta industrial El estudiante conoce la estrategias para incrementar la competitividad mediante el despliegue de conocimientos relacionados con manejo de materiales, diseño de planta y logística en el sector industrial Colombiano. Competencias El estudiante conoce y comprende los conceptos, metodologías y herramientas para el desarrollo de proyectos de localización, diseño y distribución de plantas industriales mediante: 1. Nivel de comprensión de textos. 2. Explicación del uso y posicionamiento crítico, argumentativo, de 18


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cuestionamiento: 3. Proposición de nuevas situaciones experimentales en los contextos teóricos, al igual que sacar conclusiones de un experimento con juicio de valor con argumentación u síntesis. Conjeturar, deducir y predecir explicaciones. 4. Intuición y creatividad Palabras Claves Denominación de capítulos

Físico, Químico, Mecánico, Fisicoquímico, Ergonómico, Locativo, Psicosocial, Investigación Capitulo 1. Planeación de Instalaciones Capitulo 2. Capitulo 3.

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CAPITULO 1 PLANEACION DE INSTALACIONES 1.1.

DEFINICION DE PLANEACION DE INSTALACIONES

En la actualidad, la planeación que hacemos de las instalaciones debe tener como objetivo ayudar a una organización a alcanzar la excelencia en su cadena de suministro, para lo cual se tienen las siguientes seis etapas o niveles: realizar las actividades usuales, excelencia en los eslabones, visibilidad, colaboración síntesis y velocidad. La realización de las actividades usuales ocurre cuando una empresa se esfuerza por maximizar cada una de sus funciones de manera individual. El propósito de los departamentos, cada uno por separado, como finanzas, mercadotecnia, ventas, adquisiciones, tecnología de información investigación y desarrollo, fabricación, distribución y recursos humanos, es ser el mejor departamento en la compañía. El énfasis no está en la eficacia de la organización. Cada elemento de la organización intenta funcionar bien dentro de su posición (silo) individual. Sólo después de que cada eslabón alcanza la excelencia en el desempeño pueden todos aspirar a la excelencia en la cadena de suministro. Para alcanzar la excelencia en los eslabones, las empresas deben echar abajo los límites internos hasta que toda la organización funcione como una sola entidad. Las empresas suelen tener numerosos departamentos e instalaciones, entre ellos plantas, almacenes, y centros de distribución (DC). Si una organización aspira a la excelencia en la cadena de suministro debe observar dentro de si misma, eliminar y borrar los límites entre los departamentos y las instalaciones, y comenzar un viaje incesante de mejoramiento continuo. Debe tener iniciativas estratégicas y tácticas en los niveles de departamentos, plantas y relaciones para el diseño y los sistemas. La excelencia en la cadena de suministro requiere que todos los que participan funcionen juntos. Sin embargo, si no se observan entre sí, no todos podrán funcionar en la cadena de suministro. La visibilidad, el tercer nivel de la excelencia en la cadena de suministro, saca a la luz todos los eslabones en la cadena de suministros. Minimiza las sorpresas en ésta porque aporta los eslabones de información necesarios para comprender el estado actual de los pedidos. Puede considerarse el primer paso real hacia la excelencia en la cadena de suministro. Mediante la visibilidad, las organizaciones llegan a comprender sus funciones en una cadena de suministro y adquieren conciencia de los otros eslabones. Un ejemplo es una empresa de electrónica con un sitio Web que permite a los clientes ver las tarjetas de circuitos y luego canaliza la información de estos clientes a los proveedores. Por lo tanto, la visibilidad requiere que se comparta la información 20


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para que los eslabones comprendan el estado actual de un pedido y con ello minimicen las sorpresas en la cadena de suministro. Una vez que una cadena de suministro logra la visibilidad, puede avanzar a la colaboración, el cuarto nivel de la excelencia en la cadena de suministro. Mediante la colaboración, la cadena de suministro determina el mejor modo de cumplir con las demandas del mercado. La cadena de suministro funciona como un todo para maximizar la satisfacción del cliente, al mismo tiempo que minimiza los inventarios. La colaboración se logra por medio de una apropiada aplicación de la tecnología y de asociaciones autenticas. Existen diversas tecnologías para la colaboración y, lo mismo que con el software para la visibilidad, la cadena de suministro debe elegir la tecnología (o combinación de tecnologías) correcta si espera que la colaboración sea adecuada. Las buenas asociaciones requieren un compromiso total por parte de todos los eslabones en la cadena de suministro y se basan en la confianza y en un deseo mutuo de funcionar como unidad para beneficio de la cadena de suministro. Después de lograda la colaboración, la cadena de suministro debe perseguir el proceso de mejoramiento continuo llamado síntesis. La síntesis es la unificación de todos los eslabones de la cadena de suministro para formar un todo. Crea una línea de comunicación completa desde la perspectiva del cliente. Los resultados de la síntesis son: Un mayor retorno sobre los activos (ROA). Esto se logra al maximizar las vueltas del inventario, minimizar el inventario obsoleto, maximizar la participación de los empleados, y maximizar el mejoramiento continuo. Una mayor satisfacción del cliente. Esto se consigue porque la síntesis crea empresas que responden a las necesidades de los clientes mediante la personalización. Conocen la importancia de una actividad con valor agregado. Asimismo, entienden el problema de la flexibilidad y cómo cumplir con los siempre cambiantes requerimientos de los clientes. Asimilan por completo el significado de la alta calidad y se esfuerzan por proporcionar un valor elevado. Reducción en los costos. Esto se alcanza al examinar a fondo los costos de transporte, los costos de las adquisiciones, los costos de distribución, los costos de realizar el inventario, los costos de empacado, y demás, y buscar sin cesar modos de disminuirlos. Una cadena de suministro integrada. Esto se obtiene al utilizar las asociaciones y la comunicación para integrar la cadena de suministro y concentrarse en el cliente final. La síntesis no se consigue de la noche a la mañana. Se requiere tiempo para controlar los eslabones de una cadena de suministro y eliminar los límites entre 21


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ellos. Sin embargo, si todos los eslabones son visibles y todas colaboran, la síntesis se conseguirá pronto. La velocidad es la síntesis acelerada. Es la materialización de la afirmación ―acelera o te caerás‖. El ambiente empresarial actual exige velocidad. Internet ha generado los pedidos inmediatos, y los clientes esperan que sus productos lleguen casi con esa misma rapidez. Una síntesis con velocidad crea redes de niveles múltiples que cumplen con estas demandas; son entidades complejas que pueden cumplir las demandas de la economía actual por medio de una combinación de asociaciones, flexibilidad, y robustos métodos de diseño. Las instalaciones son componentes fundamentales de las redes de niveles múltiples necesarias para la excelencia en la cadena de suministros. Por lo tanto, cada organización en la cadena de suministro debe planificar sus instalaciones tomando en consideración a sus asociados en la cadena de suministros. Una adecuada planeación de instalaciones a lo largo de la cadena de suministro asegura que el producto se fabricará y entregará a entera satisfacción del cliente final. Por lo tanto, todas las plantas en la cadena de suministro tienen las características siguientes: Flexibilidad. Las instalaciones flexibles son capaces de manejar diversos requerimientos sin verse alteradas. Modularidad. Las instalaciones modulares tienen sistemas que cooperan de manera eficiente para una amplia gama de tasas de operación. Facilidad de actualización. Las instalaciones actualizadas incorporan con oportunidad los avances en los sistemas de equipo y tecnología. Adaptabilidad. Esto significa estar conscientes de las implicaciones de los calendarios, los ciclos, y los momentos críticos en el uso de las instalaciones. Operatividad Selectiva. Consiste en comprender como funciona cada segmento de la instalación y permite preparar planes de contingencia. La creación de estas instalaciones requiere un enfoque holístico. Los elementos de este enfoque son: Integración total: La integración del material y el flujo de la información en una verdadera progresión de lo general a lo particular que comienza con el cliente. Fronteras eliminadas: La eliminación de las relaciones tradicionales cliente/proveedor y fabricación/almacenamiento, al igual que las que existen entre la recepción de pedidos, el servicio, la fabricación y la distribución. Consolidación: la fusión de las entidades empresariales similares y dispares trae como resultado una menor, aunque más fuerte competencia en cuanto a clientes y proveedores. La consolidación también incluye la fusión física de los lugares, las empresas y las funciones.

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Confiabilidad: La implementación de sistemas robustos, redundantes, y con poca tolerancia a las fallas, con el propósito de crear niveles muy altos de tiempos de operación útil. Mantenimiento: Una combinación de mantenimiento preventivo y mantenimiento predictivo. El mantenimiento preventivo es un proceso continuo que reduce los problemas de mantenimiento futuros. El mantenimiento predictivo prevé posibles problemas al monitorear las operaciones de una máquina o sistema. Progresividad económica: la adopción de prácticas fiscales innovadoras que integren la información dispersa en una sola unidad de información que sirva para la toma de decisiones. Para un planificador de instalaciones, la noción del mejoramiento continúo para la excelencia en la cadena de suministros debe ser un elemento integral del ciclo de Planeación de Instalaciones. El ciclo de Planeación del mejoramiento continúo de la instalación que se presenta en la figura 1.1. detalla este concepto. Ya sea que participe en la planeación de una instalación nueva o en la actualización de una instalación existente, el tema es de considerable interés y beneficios. Es importante reconocer que no utilizamos el término planeación de la instalación como un sinónimo de términos relacionados, como ubicación de la instalación, diseño de la instalación o disposición de la instalación. Como se aprecia en la figura 1.2, es conveniente dividir la instalación en sus componentes de ubicación y de diseño.

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES, ARTES Y HUMANIDADES CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES Especificar/actualizar las actividades principales y relacionadas para alcanzar los objetivos

Determinar los requerimientos de espacio para todas las actividades

Mantener y mejorar continuamente

¿Qué tan factible resulta incorporar la nueva instalación u operación en el lugar existente?

No factible

Determinar la ubicación de la instalación

Factible Desarrollar planes alternos y evaluar

Seleccionar un plan de la instalación

Implementar el plan

Figura 1.1 El ciclo de planeación de la instalación con mejoramiento continuo

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Ubicación de la instalación Diseño de los sistemas de la instalación

Planeación de la instalación Sistema de atención médica

Diseño de la instalación

Diseño de la disposición

Diseño del sistema de administración Ubicación de la instalación Diseño de los sistemas de la instalación

Planeación de la instalación Sistema farmacéutico

Diseño de la instalación

Nivel CS IV y hacia arriba

Diseño de la disposición

Diseño del sistemas de administración

Ubicación de la instalación Diseño de los sistemas de la instalación Planeación de la instalación Hospital

Diseño de la instalación

Diseña de la disposición

Diseño del sistema de administración

Figura 1.2 La planeación de la instalación como parte de la excelencia en la cadena de suministro.

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1.2 IMPORTANCIA DE LA PLANEACION DE INSTALACIONES Según el censo de Estados Unidos, las empresas estadounidenses invirtieron 1 038 billones en bienes de capital en 1999. De ese dinero gastaron $320 800 millones en estructuras, de los cuales $297 400 millones (92.7%) se destinaron a estructuras nuevas en 1999. Desde 1955, cada año se gastó aproximadamente 8% del producto interno bruto (PIB) en instalaciones nuevas en Estados Unidos. La tabla 1.1 indica los gastos típicos, en porcentaje del PIB, por grupos de industrias. El tamaño de la inversión en instalaciones nuevas cada año vuelve importante el campo de la planeación de instalaciones. Como ya se mencionó la planeación de instalaciones contemporánea debe incluir la noción del mejoramiento continuo en el método del diseño. La importancia de la adaptabilidad, como un criterio de diseño fundamental, es evidente a partir de las exigencias de desempeño de las instalaciones adquiridas con anticipación, las cuales se modifican cada año y requieren una replaneación. Por esos motivos, parece razonable sugerir que más de $250 000 millones se gastarán cada año solo en Estados Unidos en instalaciones que necesitan planeación o replaneación. Tabla 1.1 Porcentaje del producto interno bruto (PIB) por grupos de industrias gastado típicamente en nuevas instalaciones, de 1955 a nuestros días. Industria Manufactura Minería Ferrocarriles Transportación aérea y otros medios de transporte Instalaciones públicas Comunicación Comercial y otros Todas las industrias

Porcentaje del PIB 3.2 0.2 0.2 0.3 1.6 1.0 1.5 8.0

Fuente: Oficina de Censos de Estados Unidos.

Si bien el volumen anual de dólares de las instalaciones planificadas o replanificadas señala las posibilidades de la planeación de instalaciones, no parece que se efectúe una planeación adecuada. Con base en nuestra experiencia colectiva, parece que existe una gran oportunidad de mejorar el proceso de planeación de instalaciones que se realiza actualmente en la industria. Para reflexionar un poco acerca de la amplitud de las oportunidades en planeación de instalaciones, considere las preguntas siguientes: 1. ¿Cómo afecta la planeación de instalaciones los costos de manejo de materiales y mantenimiento?

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2. ¿Cómo afecta la planeación de instalaciones el espíritu de equipo de los trabajadores y cómo afecta el espíritu de equipo de los trabajadores los costos de operación? 3. ¿En qué invierten las organizaciones la mayor parte de su capital y cuánta liquidez tiene su capital una vez invertido? 4. ¿Cómo afecta la planeación de instalaciones la administración de una instalación? 5. ¿Cómo afecta la planeación de instalaciones la capacidad de una instalación para adaptarse a los cambios y satisfacer los requerimientos futuros? Aunque no es fácil contestar estas preguntas, sirven para destacar la importancia de una planeación de instalaciones eficaz. Por ejemplo, considere la primera pregunta. Entre 20 y 50% de los gastos totales de operación se atribuyen al manejo de materiales. Además, se suele aceptar que la planeación de instalaciones eficaz puede reducir estos costos en cuando menos 10 a 30%. Por lo tanto, si se aplicara una planeación de instalaciones eficaz la productividad de fabricar anual en Estados Unidos aumentaría aproximadamente tres veces más que en cualquiera de los 15 años anteriores. Es difícil realizar proyecciones similares para otros sectores de la economía. Sin embargo, hay razones para creer que la planeación de instalaciones se mantendrá como uno de los campos más importantes del futuro. Representa una de las áreas más prometedoras para aumentar la tasa de mejoramiento en la productividad. La ―reindustrialización de Estados Unidos‖ y los desempeños relativos de las industrias de Asia, Europa y otros países que compiten con Estados Unidos tienen una intensa relación con la necesidad de mejorar la planeación de instalaciones. Las consideraciones económicas imponen una constante reevaluación y reconocimiento de los sistemas, el personal y el equipo existentes. Máquinas y procesos nuevos vuelven obsoletos los modelos y los métodos anteriores. La planeación de instalaciones debe ser una actividad continua en cualquier organización que pretenda mantenerse al tanto de los descubrimientos en su campo. Con los rápidos cambios en las técnicas y el equipo de producción que han ocurrido en el pasado reciente y los que se esperan en el futuro, muy pocas empresas podrán conservar sus instalaciones antiguas sin dañar severamente su posición competitiva en el mercado. Los mejoramientos en la productividad deben materializarse con la misma rapidez con la que están disponibles para su implementación. Uno de los métodos más eficaces para aumentar la productividad de una instalación y disminuir los costos es reducir o eliminar todas las actividades innecesarias o que provocan un gran desgaste económico. El diseño de

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instalaciones debe alcanzar esta meta en términos de manejo de materiales, utilización del personal y el equipo, inventarios reducidos y mayor calidad. Si una organización actualiza de manera constante sus operaciones de producción para que sean lo más eficientes y eficaces posible, debe existir una reorganización y un rediseño continuos. Sólo en muy raras situaciones puede introducirse un proceso o una pieza de equipo nuevos en un sistema sin alterar las actividades en curso. Un solo cambio puede tener un impacto considerable en los sistemas integrados de tecnología, administración y de personal, lo cual provocará `problemas de suboptimización que sólo pueden evitarse o resolverse mediante el rediseño de la instalación. La salud y la seguridad de los empleados es un área que se ha convertido en una fuente importante de motivación detrás de muchos estudios de planeación de instalaciones. En 1970, se promulgó en Estados Unidos el Acta de seguridad y salud ocupacional y se introdujo una obligación de gran alcance: ―asegurar lo más posible las condiciones laborales de todo trabajador en el país y conservar los recursos humanos". Debido a que el acta cubre a casi todos los patrones con un negocio que tenga 10 o más empleados, ha tenido y seguirá teniendo un impacto significativo en los sistemas de estructuras, disposición y manejo de materiales para cualquier instalación dentro de su ámbito. De acuerdo con esta ley, se obliga al patrón a proporcionar un lugar de trabajo sin riesgos y a cump0lir con las normas de seguridad y salud ocupacional establecidas en el acta. Debido a que estos estrictos requerimientos y a los castigos que conllevan, es obligatorio que durante la fase inicial de diseño de una instalación nueva o del rediseño y reorganización de una instalación existente se cumplan de manera adecuada las normas de salud y seguridad y se eliminen o reduzcan las probabilidades de riesgo dentro del ambiente de trabajo. El equipo y/o los procesos que se pueden representar peligros para la salud y la seguridad de los trabajadores deben estar en áreas en donde el contacto posible con los empleados sea mínimo. Al incorporar medidas de salud y de seguridad en la fase inicial de diseño, el patrón puede evitar multas por condiciones inseguras, pérdidas económicas y la reducción de la fuerza de trabajo provocada por los accidentes industriales. La conservación de la energía es otra motivación importante para llevar a cabo el rediseño de una instalación. La energía eléctrica se ha convertido en una materia prima fundamental y costosa. El equipo, los procedimientos y los materiales para conservarla se introducen en el mercado industrial tan rápido como se desarrollan. Conforme se introducen estas medidas para la conservación de la energía eléctrica, las empresas deben incorporarlas en sus instalaciones y procesos de fabricación. 27


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A menudo, estos cambios requieren modificaciones en otros aspectos de diseño de una instalación. Por ejemplo, en algunas de las industrias que utilizan que utilizan mucha energía elect6rica, ha resultado económicamente factible que las empresas hagan cambios en sus instalaciones para emplear la energía que descargan los procesos de fabricación con el fin de calentar agua y las áreas de oficina. En algunos casos, la inclusión de líneas de ductos y de servicios ha obligado a modificar los flujos de materiales y a la reubicación de los inventarios en proceso. En un gran complejo de oficinas, el diseño básico de las instalaciones se transformó a fin de que muchas oficinas obtuvieran calefacción del exceso de energía del equipo de cómputo. En la actualidad, si una empresa desea conservar una ventaja competitiva, debe reducir su consumo de energía eléctrica. Una manera de lograrlo consiste en transformar y rediseñar las instalaciones o los sistemas de manejo de materiales y los procesos de fabricación para incorporar nuevas medidas de ahorro de energía. Otros factores que motivan la inversión en instalaciones o los sistemas de manejo de materiales y los procesos de fabricación para incorporar nuevas medidas de ahorro de energía. Otros factores que motivan la inversión en instalaciones nuevas o la alteración de las instalaciones existentes son las consideraciones de la comunidad, la protección contra incendios, la seguridad, y el Acta para personas discapacitadas (ADA) de 1990. Los reglamentos de la comunidad en relación con el ruido, la contaminación del aire y la disposición de los residuos líquidos y sólidos se mencionan con frecuencia como razones para la instalación de equipo nuevo que requiere la modificación de las políticas operativas de las instalaciones y los sistemas. Hoy en día, uno de los retos más importantes para los planificadores de instalaciones es cómo conseguir que la instalación cumpla con las recomendaciones del ADA. La promulgación de esta ley provocó un aumento importante en la transformación de las instalaciones y definió de manera radical el modo en que los planificadores de instalaciones abordan la planeación y el diseño. El acta afecta todos los elementos de la instalación desde la asignación de espacio de estacionamiento y el diseño de los espacios, las necesidades de rampas para entrada y salida, y la disposición de espacios recreativos hasta la altura de los bebederos. Las compañías gastan sin titubeos miles de millones de dólares para cumplir con esta ley y quienes se dedican a la planeación de instalaciones deben ser los líderes en el impulso de los cambios requeridos. Casi a diario, el periódico de una ciudad grande informa acerca de un incendio que destruye una instalación completa. En muchos casos, estos incendios se atribuyen a un mantenimiento o a un diseño deficiente. Ahora, las empresas prestan una gran atención a las modificaciones para los sistemas de manejo de materiales, los 28


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sistemas de almacenamiento, y los procesos de fabricación con el fin de reducir el riesgo de incendios. Los hurtos son otro problema importante y creciente en muchas industrias en la actualidad. Cada año se roban mercancía con valor de varios miles de millones de dólares de las empresas manufactureras en Estados Unidos. El nivel de control con el que se diseñan el manejo y el flujo de materiales, y el diseño mismo de la instalación física ayudan a reducir las pérdidas para una empresa.

1.3 OBJETIVOS DE LA PLANEACIÓN DE INSTALACIONES Como se mencionó, la planeación de instalaciones debe hacerse dentro del contexto de la cadena de suministro para mantener una ventaja competitiva estratégica. Así como la estrategia de una cadena de suministro debe estar orientada hacia la satisfacción del cliente, ésta también debe ser el propósito principal de la planeación de instalaciones. Esto asegurará que los otros objetivos se alineen con aquellos que dan impulso a la empresa; por ejemplo, los ingresos y las ganancias de los clientes. Muchas entidades pierden de vista la importancia de los clientes para su existencia. El análisis de los clientes como un elemento interno de la cadena de suministro proporciona el enfoque para que esta actividad se mantenga por tiempo indefinido. Una gran cantidad de empresas, agencias gubernamentales, instituciones educativas y de servicios se concentran tanto en otros elementos y problemas internos, que pierden de vista al cliente final. Muchos ni siquiera pueden definir quiénes son sus clientes y, como resultado, fracasan. Las siglas de negocio a negocio (B2B) deben considerarse como B2B2B2B2B2C, en donde la ―C‖ representa al cliente. Al incorporar al cliente final en la cadena de suministro y desarrollar los eslabones de comunicación y otra infraestructura, el cliente final se convierte en parte de toda la cadena de suministro, como debe ser. Como resultado, el proceso de planeación de instalaciones se realizará teniendo al cliente final en mente. Los objetivos de la planeación de instalaciones son: Mejorar la satisfacción del cliente al facilitar sus transacciones, cumplir las promesas hechas a éste y responder a sus necesidades. Aumentar el retorno sobre los activos (ROA) al maximizar las vueltas del inventario, minimizar el inventario obsoleto, maximizar la participación de los empleados y maximizar el mejoramiento continuo Maximizar la velocidad para una rápida respuesta al cliente. Reducir los costos y aumentar la rentabilidad de la cadena de suministro. Integrar la cadena de suministro mediante asociaciones y comunicación. Apoyar la visión de la organización a través del mejoramiento del manejo de materiales, el control de materiales y de un buen mantenimiento. 29


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Utilizar con eficacia el personal, el equipo, el espacio y la energía, Maximizar el retorno de la inversión (ROI) en todos los gastos del capital. Ser adaptable y promover la facilidad de mantenimiento. Ofrecer a los empleados seguridad y satisfacción en el empleo. No es razonable esperar que un diseño de instalaciones sea superior a los demás en todos los objetivos enlistados. Algunos de los objetivos entraran en conflicto. Por lo tanto, es importante evaluar cuidadosamente el desempeño de cada alternativa mediante el uso de criterios adecuados.

1.4 EL PROCESO DE PLANEACION DE INSTALACIONES El proceso de planeación de instalaciones se comprende mejor al ubicarlo en el contexto del ciclo de vida de una instalación. Aunque una instalación se planifica una sola vez, a menudo se rediseña para alinearla con sus objetivos siempre cambiantes. Los procesos de planeación y replaneación de instalaciones se relacionan por medio del ciclo de planeación de instalaciones con mejoramiento continuo mostrado en la figura 1.1. Dicho proceso continua hasta que se demuele una instalación. Ésta se mejora de manera continua para satisfacer sus objetivos siempre cambiantes. Aunque la planeación de instalaciones no es una ciencia exacta, puede abordarse de un modo organizado y sistemático. El proceso tradicional de diseño de ingeniería se aplica a la planeación de instalaciones del modo siguiente: 1. Definir el problema Definir (o redefinir) el objetivo de la instalación: Ya sea que se planifique una instalación nueva o se mejore una existente, es esencial que se especifique la cantidad de los productos obtenidos o los servicios proporcionados. Se deben identificar, en lo posible, los volúmenes o los niveles de actividad. También, debe definirse la función de la instalación dentro de la cadena de suministro. Especificar las actividades principal y de apoyo que se realizarán para alcanzar el objetivo. Las actividades principales y de apoyo que se llevarán a cabo y los requerimientos que deben cumplirse deben especificarse en términos de las operaciones, el equipo, el personal y los flujos de material relacionados. Las actividades de apoyo permiten que la actividad principal se desarrolle con un mínimo de interrupciones y retrasos. Por ejemplo, el mantenimiento es una actividad de apoyo de la fabricación.

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2. Analizar el problema Determinar las relaciones entre las actividades: establecer si las actividades interactúan o se apoyan (y el modo en el que lo hacen) dentro de los límites de la instalación y la forma en que esto debe realizarse. Deben definirse relaciones cuantitativas y cualitativas. 3. Determinar los requerimientos de espacio para todas las actividades. Deben considerarse todos los requerimientos de equipo, material y personal al calcular los requerimientos de espacio para cada actividad. Generar diseños alternos. Generar planes de instalación alternos: los planes de instalación alternos incluirán ubicaciones alternas y diseños alternos para la instalación. Entre las alternativas de diseño se incluirán la disposición, la estructura, y el sistema de manejo de materiales. Dependiendo de la situación particular, pueden separarse la decisión de ubicación de la instalación y la decisión de diseño de la instalación. 4. Evaluar las alternativas Evaluar los planes de instalación alternos: Con base en los criterios aceptados, clasificar los planes especificados. Para cada uno, determinar los valores subjetivos relacionados y evaluar si estos factores afectarán la instalación y su operación, y la manera en que esto se ocurriría. 5. Seleccionar el diseño más apropiado Elegir un plan de la instalación: El problema consiste en determinar cuál plan, si lo hay, será el más idóneo para satisfacer las metas y los objetivos de la organización. Muy a menudo, el costo no es la principal consideración al evaluar un plan de la instalación. La información generada en el paso anterior debe utilizarse para llegar a la elección final de un plan. 6. Implementar el diseño Implementar el plan de la instalación: Una vez elegido el plan, una cantidad considerable de planeación debe preceder la construcción final de una instalación o la disposición de un área. Supervisar la instalación de una disposición, prepararse para iniciar, iniciar en realidad, funcionar, y depurar son partes de la fase de implementación de un plan de la instalación. 31


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Mantener y adoptar el plan de la instalación: Conforme se aplican nuevos requerimientos a la instalación, el plan general de la instalación debe modificarse en consecuencia. Debe reflejar las medidas de ahorro de energía o el equipo mejorado para manejo de materiales que se habilita. Los cambios en el diseño del producto o la mezcla pueden demandar transformaciones en el equipo de manejo de materiales. O en los patrones de flujo, los cuales, a su vez, requiere que se actualice el plan de la instalación. Redefinir el objetivo de la instalación: Como se señala en el primer caso, es necesario identificar los productos que se van a generar o los servicios que se van a proporcionar en términos específicos y cuantificables. En el caso de modificaciones potenciales, expansiones, y demás en la instalación existente todos los cambios reconocidos deben considerarse e integrarse en el plan de diseño. Un método novedoso para la planeación de instalaciones es el proceso de planeación exitosa de instalaciones, el cual aparece en la figura 1.4. Una explicación mas detallada de dicho proceso se presenta en la tabla 1.2. El modelo del éxito mencionado en la figura 1.4 indica con claridad a dónde se dirige un negocio. La experiencia ha demostrado que, para que el plan de una instalación tenga éxito, no sólo se requiere comprender con claridad la visión, sino también la misión, los requisitos para el éxito, los principios rectores y la evidencia del éxito. El total de estos cinco elementos (misión, visión, requisitos para el éxito, principios rectores y evidencia del éxito) forma el modelo del éxito de una organización. Esos 5 elementos se pueden definir de la siguiente manera 1. 2. 3. 4. 5.

Visión: una descripción de a dónde se dirige la organización Misión: cómo alcanzar la visión. Requisitos para el éxito: la ciencia de su negocio. Principios rectores: los valores que se utilizarán mientras se busca la visión Evidencia del éxito: los resultados mesurables que mostrarán cuando una organización avanza hacia su visión.

1.5 LA PLANEACION ESTRATEGICA DE INSTALACIONES Si bien es cierto que la planeación de instalaciones comprende la ubicación y el diseño de la instalación, existe otra responsabilidad principal: la planeación. Nunca se insistirá lo suficiente en la importancia de planificar la planeación de la instalación, porque este énfasis es lo que distingue las actividades del planificador de la instalación, porque este énfasis es lo que distingue las actividades del planificador de la instalación de las de diseñador y el ―ubicador‖ de la instalación.

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Dwight D. Eisenhower dijo: ―El plan no es nada, la planeación es todo.‖ Como una señal de su importancia en la planeación de instalaciones, considere el proceso de planificar, diseñar, y construir una planta de fabricación, e instalar y utilizar el equipo. Como se observa en la figura 1.7, Los costos de los cambios en el diseño aumentan de manera exponencial conforme el proyecto avanza más allá de la fase de planeación y diseño. Al parecer el término planeación estratégica es de origen militar. El diccionario Webster define la estrategia como ―la ciencia y el arte de emplear la fuerza armada de un contendiente para asegurar los objetivos de una guerra‖. En la actualidad, el término se emplea a menudo en la política, los deportes, las inversiones y los negocios. Nos interesa su organización en este último campo. Con base en la definición de estrategia del Webster, la estrategia empresarial se define como el arte y la ciencia de emplear los recursos de una empresa para lograr sus objetivos de negocios. Entre los recursos disponibles están los de mercadotecnia, los de fabricación y los de distribución. Por lo tanto, se pueden desarrollar estrategias de mercadotecnia, de fabricación y de distribución para apoyar el logro de los objetivos empresariales. Recuerde que la planeación de instalaciones se definió como la determinación del modo en el que los recursos de una empresa (los activos fijos intangibles) apoyan mejor el logro de los objetivos empresariales. En un sentido real, la planeación de instalaciones es, en sí misma, un proceso estratégico y debe ser una parte integral de la estrategia corporativa general. A lo largo de la historia, el desarrollo de estrategias corporativas ha estado limitado al nivel directivo en muchas empresas. Además, las estrategias de negocios se solían limitar a considerar asuntos como las adquisiciones, las finanzas y la mercadotecnia. Por lo tanto, las decisiones se tomaban sin comprender con claridad el impacto en la fabricación y la distribución o en funciones de apoyo para la instalación, el manejo de materiales, los sistemas de información y las adquisiciones. Por ejemplo, suponga que se aprueba un ambicioso plan de mercadotecnia sin comprender que la capacidad de fabricación es inadecuada para cumplirlo. Además, suponga que son excesivos los tiempos de preparación previstos para alcanzar la capacidad requerida. Como resultado, el plan de mercadotecnia fracasará debido a que no se comprendió su impacto en las personas, el equipo, y el espacio. Una planeación exitosa de la instalación debe considerar la integración de todos los elementos que afectarán el plan.

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1.6 DESARROLLO INSTALACIONES

DE

ESTRATEGIAS

PARA

LA

PLANEACIÓN

DE

El proceso de traducir con eficacia los objetivos en acciones sólo puede ocurrir si se libera el potencial de las personas dentro de una organización. La implementación de los objetivos de la compañía, con base en equipos, asegurará que todos los integrantes de la organización participen en su logro. Como se señalo en la sección anterior, se requieren estrategias para funciones como la mercadotecnia, la fabricación, la distribución, las adquisiciones, la instalación, el manejo de materiales, y los sistemas de procesamiento de datos/información, entre otros. Es importante reconocer que cada estrategia funcional tiene varias dimensiones. Por ejemplo, cada una debe apoyar o contribuir al plan estratégico para toda la organización. Además, cada una debe tener su propio grupo de objetivos, estrategias, y tácticas. Como se mencionó, un método utilizado para asegurar que los objetivos se traduzcan de manera eficaz en acciones es el modelo del éxito. El modelo del éxito es eficaz porque es lateral, más que jerárquico. Con el enfoque tradicional de arriba hacia abajo, sólo unas cuantas personas participan activamente para asegurar que se cumplan los objetivos al convertir en acciones estas metas y planes. La estructura lateral del modelo del éxito comunica a todas las personas de la organización hacia dónde se dirige. El proceso de planeación de instalaciones puede mejorar de varia maneras.

1.7 CONCEPTOS BASICOS Componentes de las Instalaciones. básicas:

Las instalaciones tienen 5 componentes

1. Distribución de la Planta: La instalación física de las instalaciones. 2. Manejo de Materiales: La forma en que se trasladan los mismos dentro de las instalaciones. 3. Comunicaciones: Los sistemas que trasmiten la información a los lugares adecuados en forma oportuna. 4. Servicios. La disposición de elementos tales como calor, luz, electricidad, agua y desperdicios según se necesiten, 5. Edificios. Las estructuras que acogen las instalaciones. La importancia es relativa de cada componente varía de una Instalación a otra. En la mayoría de los usos industriales, la consideración del flujo de materiales tiende a prestar mayor atención a la distribución de planta y al manejo de materiales.

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Los Principios de la Instalación. Cada componente abarca tres principios de planeación los cuales se muestran a continuación: COMPONENTES Distribución de la planta

Manejo de materiales

Comunicaciones

Servicios

Edificios

PRINCIPIOS Relaciones Espacio Ajuste Materiales Traslados Métodos Información Transmisión Medios Elementos Distribución Conductores Formas Materiales Diseño

La distribución de Planta incluye la definición de las relaciones entre las áreas de actividad, como edificios, departamentos y lugares de trabajo; el espacio necesario para cada área de actividad, en cuanto a cantidad, tipo y forma, así como el ajuste de los mismos en una disposición aceptable. El manejo de materiales comprende los materiales que están siendo trasladados: los traslados entre cada origen y destino, junto con las condiciones de las rutas; así como los métodos (Sistemas de rutas, equipo y unidades de trasporte), para trasladar los materiales. Las comunicaciones engloban la información, es decir, hechos, cifras, ideas, instrucciones, y peticiones; la trasmisión de la información de un grupo o individuo a otro y los medios (físicos y de procedimiento) para trasmitir la información. Los servicios incluyen elementos tales como electricidad, aire, calor, luz, gas, agua, drenaje y desperdicios; la distribución, acumulación o dispersión de los mismos; y los conductos que se utilizan para distribuirlos. Los edificios abarcan la forma o figura necesaria para lograr la función: los materiales con los que hay que construir, así como el diseño o la solución para que materiales y forma tengan una estructura armónica, económica y segura. La integración de los cinco componentes anteriormente citados y sus principios fundamentales son un elemento básico para llevar a cabo planes de instalaciones eficientes. Usos de las Instalaciones. Las instalaciones contribuyen a lograr las metas de la organización. El medir y monitorear el uso que se haga de las mismas puede aumentar la eficacia de tal contribución, por medio de la adición del desempeño, la 35


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localización de problemas y oportunidades así como del análisis de tendencias. Además, los datos de la utilización de las instalaciones, adecuadamente organizados, pueden servir a la planeación como base de datos oportuna y exacta. Medición e información sobre la utilización. utilización abarca lo siguiente:

Un enfoque general de la

Establecer los objetivos de las instalaciones. Estos objetivos deber estar ligados a las declaraciones de función y los parámetros de operación planificados. Identificar la información que está o puede estar disponible. Las fuentes más comunes son los registros que llevan los departamentos de contabilidad, instalaciones, ingeniería o ingeniería Industrial. Seleccionar los datos que mejor describan el desempeño con respecto de los objetivos. Es esta dase, los administradores que reciben la información pueden brindar excelente colaboración en dicha selección. Recabar los datos y compararlos con los objetivos. Es mejor combinar los datos actuales con las tendencias históricas y las programadas a fin de tener una perspectiva más amplia. Resumir y rendir informes sobre los resultados, junto con cualquier recomendación específica de mejoramiento. Los pocos puntos de información importante deber enviarse a los altos directivos, con ciertos detalles más para los gerentes de operación. Observar que la información sobre el uso de las instalaciones se base en otros datos ya recibidos y, por lo tanto, los informes deberán ser concisos y breves. Campos de datos. Los datos específicos relevantes al uso son de tres tipos primarios: Datos sobre la producción. Productos, cantidades fabricadas, mezcla de productos, capacidades, ganancias generadas, suelen medirse por unidad de tiempo. Datos sobre la operación. La información financiera, como costos, cifras de empleo y niveles de calidad y las cuestiones funcionales como el consumo de servicios y la eliminación de los desechos. Datos sobre los activos. Inventario, equipo y herramienta, así como la cantidad y el tipo de ocupación. En esencia, los datos sobre la producción indican que tan bien están funcionando las instalaciones con un cierto consumo de artículos de operación y activos. Instalaciones e índices. Con frecuencia estos datos se emplean para derivar relaciones e índices, presentación más sencilla para los directivos. Entre las relaciones más utilizadas tenemos las siguientes:

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1. Producción vs. consumo de artículos de operación, o qué tan bien están funcionando las instalaciones en el ambiente actual. 2. Producción vs. los activos empleados, o qué tanto rendimiento sobre el capital alcanzan las instalaciones. 3. Datos operativos vs. los activos, o qué tanto apoyo dan las instalaciones a las operaciones cotidianas. Al igual que la selección de los datos, la elección de las relaciones a monitorear depende de la esencia y las características de la organización en cuestión. Para darle perspectiva, la información tanto histórica como actual, debe balancearse con los análisis y las proyecciones de las tendencias. Uso de los informes. Los informes se clasifican en tres categorías principales: 1. Los informes de estado, que mantienen a los directivos al tanto de las condiciones y tendencias actuales. Por lo regular, estos informes consisten en una hoja de hechos que se distribuye mensualmente con los informes financieros, junto con la actualización de los índices más importantes para la alta dirección. 2. Los informes sobre problemas, que se emiten según sea necesario, con el fin de alertar a las personas adecuadas respecto de alguna situación que requiera de alguna acción. A menudo, estos informes irán acompañados de alguna propuesta. 3. Los informes de acción, que analizan los resultados de las acciones realizadas y suelen incluir recomendaciones para actividades posteriores. Los informes de acción siempre deben emitirse a manera de seguimiento de los informes sobre los problemas, pero también pueden usarse para comunicar los resultados de otras acciones efectuadas de manera independiente. En todos los casos, es esencial que los informes sean sucintos y fáciles de leer. Cómo mejorar el uso. Existen tres enfoques primarios para mejorar el uso de las instalaciones y son los siguientes: 1. Aumentar la capacidad sin hacer una nueva construcción. Existen muchos datos de utilización que sugieren que hay oportunidades de mejora. Entre los enfoques usados están el de aumentar las horas de trabajo por medio de más tumos o de horas extras; el de mejorar métodos, procesos y equipo; el de rediseñar los productos, a menudo, con el fin de simplificar o estandarizar; el de ajustar las normas de inventario; el de subcontratar y el de mejorar el cuidado de la instalación. 2. Reacomodar para lograr un mejor uso. Un examen de las tendencias de uso puede señalar una área o actividad cuyo desempeño indique la necesidad de un 37


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cambio. Esto no es raro, las disposiciones estáticas no pueden apoyar cambios dinámicos en el ambiente operativo. Un reacomodo periódico, que suele ser de poca importancia, puede permitir que estas áreas tengan una mejor respuesta a los requerimientos cambiantes. 3. Planificar las instalaciones en forma eficiente. Con frecuencia, introducir cierta flexibilidad en cada plano de las instalaciones puede diferir el costo y la interrupción ocasionados por los reacomodos. Se puede lograr un mejor uso de las instalaciones asegurándose de que éstas se basen tanto en los requerimientos de largo plazo como en los actuales, estudiando y aclarando, con cuidado, los parámetros en los que se basan los planos de las instalaciones y mediante el empleo de métodos de planeación efectivos para garantizar que los planos avalen los requerimientos operativos.

1.8 EJEMPLOS DE PLANEACION INADECUADA Existen numerosos ejemplos de situaciones en donde se ha realizado una Planeación Inadecuada. Las siguientes situaciones reales se presentan para ilustrar la necesidad de una mejor Planeación. Una Empresa grande de productos de consumo decidió permitir que cada una de sus adquisiciones fuera independiente, lo cual requería la administración de muchas organizaciones de logística duplicadas. Las organizaciones estaban formadas por funciones de Planeación, sistemas de ejecución, y ubicaciones de instalaciones duplicadas. Después del desempeño deficiente, el equipo de administración comenzó a cuestionar la razón de las organizaciones separadas. Uno de los principales fabricantes en el Medio Oeste de Estados Unidos hizo una importante inversión en equipo de almacenamiento para un centro de distribución de partes. Su decisión se basó en la necesidad de una ―Reparación Rápida‖ para un apremiante requerimiento de mayor utilización del espacio. La compañía pronto comprendió que la ―Solución‖ no produciría el resultado esperado y que no era compatible con las necesidades a largo plazo. Un fabricante de productos electrónicos se hallaba atravesando por un momento de crecimiento rápido. La administración recibió propuestas que requerían aproximadamente un financiamiento que equivalía a almacenes grandes en dos lugares que tenían en esencia los mismos requerimientos de almacenamiento y resultados. La administración cuestionó que la base de una ―Solución‖ fuera un sistema automatizado de almacenamiento y recuperación elevados y la otra fuera un almacén bajo con camiones industriales controlados por computadora.

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Otra empresa instaló sistemas de minicarga en dos lugares. Un sistema estaba diseñado para un almacenamiento aleatorio, el otro para un almacenamiento dedicado. Los requerimientos de almacenamiento y de rendimiento eran aproximadamente iguales para los dos sistemas; sin embargo, proveedores diferentes habían proporcionado el equipo y el software. La administración planteo las siguientes preguntas: ¿Por qué son diferentes?, ¿Cuál es el mejor? Una empresa de textil instaló un sistema de almacenamiento y recuperación automatizados para una de sus divisiones. Después, cambiaron la cantidad y el tamaño del producto que se iba a almacenar. Se proyectaron otros cambios en la tecnología. El sistema se volvió obsoleto antes de que funcionara. Un fabricante de productos de Ingeniería planeaba establecer un local nuevo. No había decidido cuales productos se trasladarían a las nuevas instalaciones no que efecto tendría el traslado de los requerimientos para mover, proteger, almacenar y controlar el material. La misión de un importante centro de suministros militares se modificó para poder atender bases adicionales. Los requerimientos de rendimiento, almacenamiento y control para los clientes nuevos eran muy diferentes de aquellos para los que se había diseñado originalmente el sistema. No obstante, no se asignaron fondos para las modificaciones al sistema. Un fabricante de equipo automotriz adquirió el terreno para una nueva planta de fabricación. El equipo de fabricación preparó la disposición, y el arquitecto comenzó a diseñar la instalación antes de que se diseñaran el movimiento, la protección, el almacenamiento y el sistema de control. 1.9 PROBLEMAS 1.1.

Describa las actividades de planeación y de operación requeridas para conducir un juego de fútbol americano profesional desde el punto de vist de: a. El entrenador del equipo visitante b. El mariscal de campo del equipo local c. El gerente de los vendedores de refrescos. d. El gerente del grupo que cuida el campo. e. El gerente de mantenimiento del estadio.

1.2.

Enumere 10 componentes de una instalación para un estadio de fútbol.

1.3. Describa las actividades relacionadas con: a. la ubicación de la instalación b. el diseño de la instalación c. la planeación de la instalación de un estadio de atletismo. 39


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Considere actividades de béisbol, fútbol americano, fútbol soccer, y pista y campo. 1.4. Suponga que usted está en una entrevista de trabajo y ha mencionado en su currículum interés en la planeación de instalaciones. La empresa que pretende contratarlo se especializa en la solución de problemas de las industrias de transportes, comunicaciones y de servicios. ¿Cuál sería su reacción a la siguiente afirmación del director de personal de la empresa. "Es posible que la planeación de instalaciones le interese a una empresa relacionada con la fabricación, pero no creo que nuestros clientes tengan suficientes necesidades en esta área que usted se desarrolle en este campo"7 1.5. ¿Qué criterio se utilizaría para determinar el plan óptimo de instalaciones? 1.6. Evalúe la planeación de la instalación para su universidad y enliste los cambios potenciales que considerarla si le pidieran que volviera a planificar las instalaciones. ¿Por qué habría de considerarlos? 1.7. Prepare un diagrama del proceso de planeación de instalaciones para: a. un banco. b. un recinto universitario. c. un almacén. d. una empresa consultora y de ingeniería. 1.8. Describa el procedimiento que seguiría para determinar la planeación de la instalación para una nueva biblioteca en su universidad. 1.9. ¿En algún momento se termina la planeación de la instalación de una empresa? ¿Por qué sí o por qué no? 1.10. Con la ayuda de cuando menos tres referencias, redacte un documento acerca de las funciones del ingeniero industrial y el arquitecto en la planeación de una instalación. 1.11. Considere la definición de la ingeniería industrial aprobada por el Institute of Industrial Engieers. Analice la medida en la que se aplica la definición a la planeación de instalaciones. 1.12. Lea tres documentos sobre planeación estratégica publicados en la revista Harvard Business Review, resuma el material y relaciónelo con la planeación estratégica de instalaciones. 1.13. Desarrolle una lista de aspectos estratégicos que deben abordarse al efectuar la planeación de instalaciones para: a. un aeropuerto. 40


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b. una universidad pública. c. un banco. d. una cadena de tiendas de abarrotes. e. un embotellador y distribuidor de refrescos. f. una biblioteca. g. una distribuidora automotriz. h. un desarrollo de un centro comercial. i. una empresa de almacenamiento al público. j. una franquicia en un deporte profesional. 1.14. Elabore un conjunto de respuestas a las siguientes "razones" para no efectuar la planeación estratégica de instalaciones: a. Existen más problemas críticos a corto plazo por resolver. b. Las personas correctas en la organización están demasiado ocupadas para participar en d proyecto. c. El futuro es muy difícil de predecir y, de todos modos, es probable que cambie. d. Nadie sabe en realidad cuáles alternativas están disponibles y cuáles sirven. e. La tecnología se desarrolla con mucha rapidez; cualquier decisión que tomemos se volverá obsoleta antes de que pueda implementarse. f. Es difícil medir el retorno de la inversión en la planeación estratégica. 1.15. ¿Cómo afecta la planeación de instalaciones la competitividad de las instalaciones de fabricación? 1.16. ¿Cuáles son las implicaciones de la planeación estratégica en la planeación de su carrera profesional? 1.17. ¿Cuáles son los impactos de la automatización en la planeación de instalaciones? 1.18. ¿Cuáles aspectos aborda almacenamiento/distribución?

la

planeación

estratégica

para

el

1.19. Explique el impacto de la síntesis de la cadena de suministro en la planeación de instalaciones. 1.20. ¿Cuáles son las diferencias entre la planeación estratégica y la planeación de contingencias? 1.21. ¿Cómo afecta el asunto del tiempo el proceso de la planeación de instalaciones?

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CAPITULO 2 DISEÑO DE PRODUCTOS, PROCESOS Y PROGRAMAS 2.1 INTRODUCCIÓN

El proceso de planificación de plantas para fabricación y ensamblado consta de los siguientes pasos:

Definir los productos que se van a fabricar o ensamblar. Especificar los procesos requeridos de fabricación o ensamblado y las actividades relacionadas. Determinar las relaciones entre todas las actividades. Establecer los requerimientos de espacio de todas las actividades. Generar planes de la planta alternos. Evaluar los planes de la planta alternos. Seleccionar el plan de la planta adecuado. Implementar el plan de la planta. Actualizar y adaptar el plan de la planta. Actualizar los productos que se van a fabricar y/o ensamblar y redefinir el objetivo de la planta. El plan estratégico de negocios y los conceptos, las técnicas y las tecnologías por considerar estrategia de fabricación y ensamblado afectan en gran medida el proceso de la planificación de plantas. Antes de los ochenta, casi ninguna empresa estadounidense tomaba en cuenta la adquisición y la producción de lotes pequeños, las entregas a los puntos de uso, el almacenamiento descentralizado, las áreas, la fabricación celular, las estructuras organizacionales planas, los métodos de "pull" con kanbans, la toma de decisiones en equipo, el intercambio electrónico de datos, la calidad de los procesos, los "asociados" multifuncionales y muchos otros conceptos que cambian drásticamente el proceso de planificación de plantas y el plan final de la planta.

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Entre las preguntas por responder antes de que puedan generarse planes de plantas alternos están las siguientes: ¿Qué se va a producir? ¿Cómo se van a fabricar los productos? ¿Cuándo se van a fabricar los productos? ¿Cuánto de cada producto se fabricará? ¿Durante cuánto tiempo se fabricarán los productos? ¿Dónde se van a fabricar los productos? Las respuestas a los primeros cinco primeros interrogantes se obtienen del diseño del producto, el diseño del proceso y el diseño del programa. EI sexto interrogante se responde mediante la determinación de la ubicación de la planta o a través del diseño del programa cuando se va a asignar la producción entre varias plantas existentes. En los últimos años se ha vuelto mucho más complicado responder el sexto interrogante. En la actualidad, muchas empresas tienen estrategias globales de producción y utilizan combinaciones de subcontratación de la fabricación y subcontratación del ensamblado. Por ejemplo, la industria textil ha tenido cambios inmensos y ocurre subcontratación global de los hilados, al igual que del ensamblado de las prendas. En Estados Unidos se conservan pocas operaciones domésticas de costura. El automóvil es otro ejemplo de abastecimiento global, lo que provoca que el producto final sea un automóvil mundial; los motores, las transmisiones, las carrocerías, las partes electrónicas, los asientos y los neumáticos se pueden fabricar en diferentes países. Los diseñadores de productos especifican cómo va a ser el producto final en términos de dimensiones, composición del material y, tal vez, el empaque. El planificador del proceso determina la manera en la que se fabricará el producto. El planificador de la producción especifica las cantidades de producción y programa el equipo de producción. El planificador de plantas depende de la información precisa y oportuna de los diseñadores de productos, procesos y programas para efectuar su labor con eficacia. El éxito de una empresa depende de tener un sistema de producción eficiente. Por lo tanto, es esencial que los diseños de productos, las elecciones de procesos, los programas de producción y los planes de plantas se apoyen entre sí. La figura 2.1 ilustra la necesidad de una estrecha colaboración entre las cuatro funciones. A menudo, las organizaciones crean equipos con planificadores de diseño de productos, procesos, programas y plantas, y con personal de mercadotecnia, compras y contabilidad para abordar el proceso de diseño de un modo integrado, simultáneo, o concurrente. Con frecuencia, en este proceso participan representantes de los clientes o los proveedores. Éstos se denominan equipos de ingeniería concurrente o simultánea y reducen el tiempo del ciclo de diseño, 43


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mejoran el proceso de diseño y eliminan los cambios en la ingeniería. Las empresas que implementan este método integrado logran resultados sorprendentes en los costos, la calidad, la productividad, las ventas, la satisfacción del cliente, el tiempo de entrega, los inventarios, los requerimientos de espacio y de administración y el tamaño del edificio, entre otros.

Figura 2.1 Relación entre el diseño de productos, procesos y programas (PP&S) y la planificación de plantas.

Las decisiones de diseño de productos, procesos, programas y plantas no se toman de manera independiente y secuencial. Se requiere una visión clara de qué hacer y cómo hacerlo (incluyendo los conceptos, las técnicas y las tecnologías por considerar). Por ejemplo, el compromiso de la administración para utilizar lotes más pequeños, áreas de almacenamiento descentralizadas, oficinas abiertas, cafeterías descentralizadas, equipos autodirigidos y fábricas especializadas guiará al equipo de diseño para generar las mejores alternativas que satisfagan los objetivos y las metas empresariales y hagan más competitiva a la organización y por consiguiente se logren mayores resultados tanto para el personal como para la organización. En el caso de una planta existente, con operaciones de producción en curso, pueden ocurrir cambios en el diseño de un producto, la introducción de un producto nuevo, cambios en el procesamiento de los productos y modificaciones al programa de producción sin afectar la ubicación o el diseño de la planta.

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2.2 DISEÑO DE PRODUCTOS El diseño de productos requiere determinar cuáles productos se van a producir y el diseño detallado de los productos individuales. La alta dirección suele tomar las decisiones relacionadas con los productos que se producirán, con base en la información de mercadotecnia, fabricación y finanzas acerca del desempeño económico proyectado viable y cuyo periodo de recuperación de la inversión se logre rápidamente. El planificador de plantas debe estar consciente del grado de incertidumbre que existe en relación con la misión de la planta que se planifica, las actividades específicas que se realizarán y la dirección de tales actividades. Como ejemplo, una importante empresa de electrónica al principio diseñó una planta para fabricación de semiconductores. Antes de que se ocupara la planta, ocurrieron cambios en los requerimientos de espacio y otra división de la empresa se asignó a la planta; los nuevos ocupantes del sitio utilizaron el espacio con el fin de fabricar y montar productos electrónicos de consumo. Conforme creció la división, muchas de las operaciones de fabricación y ensamble se trasladaron a sitios recién desarrollados y la planta original se convirtió en un lugar predominantemente administrativo y de ingeniería. Si se decidió que la planta se va a diseñar con el propósito de hacer modificaciones en los ocupantes y la misión, se requiere un diseño muy flexible y se planificará un espacio muy general. Por otra parte, si se determina que los productos que se van a fabricar se pueden definir con un alto grado de confianza, la planta se puede diseñar para optimizar la producción de tales productos específicos. El diseño de un producto se ve influido por la estética, su función, los materiales y las consideraciones de fabricación. Mercadotecnia, adquisiciones, ingeniería industrial, ingeniería de fabricación, ingeniería de productos y control de calidad, entre otros, tendrán influencia en el diseño del producto. En el análisis final, el producto debe satisfacer las necesidades del cliente que es la variable mas tenida en cuenta hoy en día para permanecer en el mercado. Este reto se puede enfrentar mediante la utilización del Despliegue de la función de calidad (DFC). El DFC es un método de planificación organizado para identificar las necesidades de los clientes y traducirlas a las características de los productos, los diseños de procesos y las tolerancias requeridos. Asimismo, el establecimiento de puntos de referencia (benchmarking) se utiliza para identificar qué hace la competencia con el fin de satisfacer las necesidades de sus clientes o superar las expectativas de los mismos. También se emplea para reconocer las mejores prácticas y las mejores organizaciones. Mediante el DFC y el benchmarking, los diseñadores de productos pueden concentrar su trabajo en 45


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las necesidades de los clientes que se cumplen de manera marginal o no se cumplen en absoluto (en comparación con la competencia y las mejores organizaciones). Se requieren planos detallados para cada parte de un componente, los cuales deben contener las especificaciones y las dimensiones de las piezas con el detalle suficiente como para permitir su fabricación. Las figura 2.2 contiene un ejemplo de planos de partes de componentes. La combinación de planos de ensamblado y de planos de partes de componentes documenta por completo el diseño de los productos.

12´ Inicio de tolerancia

0.250´

0.4375

3.00´

0.125´

Consultar la sección A

Nota: Se admite una tolerancia de 3” al final del material para que la maquina sostenga el material

Sección

Las áreas señaladas con diagonales muestran una porción del material permitido para corte.

A

La sección A muestra la colocación de la pieza en relación con el corte del material

+

Material Barra de aluminio 1.25” De diámetro = 12´ de longitud

Figura 2.2 Plano de las partes de un émbolo

Los dibujos se preparan y analizan con sistemas de diseño asistido por computadora (CAD). CAD es la creación y manipulación de los prototipos de diseño en una computadora para contribuir al proceso de diseño del producto. Un sistema CAD consiste en un conjunto de muchos módulos de aplicación bajo una base de datos común y un editor de imágenes. La combinación de computadoras 46


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y la capacidad humana para tomar decisiones nos permiten utilizar los sistemas CAD en el diseño, el análisis y la fabricación. Durante el proceso de diseño de la planta, la capacidad gráfica de la computadora y el poder del software permiten al planificador visualizar y probar las ideas de una manera flexible. El sistema CAD también se utiliza para medición de áreas, la construcción y el diseño de interiores, la disposición de los muebles y el equipo, los diagramas de relaciones, la preparación de disposiciones de bloques y en detalle, así como las revisiones de interferencias para las plantas orientadas a los procesos. Además del CAD, se emplea la ingeniería concurrente (CE) para mejorar la relación entre la función de un componente o producto y su costo. La ingeniería concurrente permite considerar al mismo tiempo, en la fase de diseño del ciclo de vida, factores como el producto, su función, su diseño, los materiales, los procesos de fabricación, la facilidad para probar el producto y darle servicio, la calidad y la confiabilidad. Como resultado de este análisis, puede identificarse un diseño del producto menos costoso, pero funcionalmente equivalente. La ingeniería concurrente es importante porque en la etapa de diseño se especifican muchos de los costos de un producto. Se ha calculado que más de 79% del costo de fabricación de un producto se determina mediante decisiones de diseño.

2.3 DISEÑO DEL PROCESO El diseñador del proceso o el planificador del proceso es responsable de determinar cómo se va a fabricar el producto. Como parte de esa decisión, el planificador del proceso debe seleccionar quién debe hacer el procesamiento; por ejemplo, ¿un producto, subensamble o pieza particular debe producirse de manera interna o subcontratarse con un proveedor externo o contratista? La decisión de "fabricar o comprar" es parte de la función de planificación del proceso.

Además de determinar si una pieza se compra o se produce, el diseñador del proceso debe determinar cómo se producirá la pieza, qué equipo se utilizará y cuánto tiempo tardará la operación. El diseño final del proceso depende mucho de la información de los diseños del producto y del programa.

Identificación de los procesos requeridos Determinar el alcance de una planta es una decisión básica y debe tomarse al comienzo del proceso de planificación de la planta. Un hospital cuyo objetivo es 47


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atender las necesidades de salud de una comunidad, tal vez tenga que limitar el alcance de la planta al no incluir en ella una clínica para atención de quemaduras, tipos específicos de equipo de diagnóstico y/o un pabellón psiquiátrico. Los servicios excluidos, aunque requeridos por la comunidad, quizá no sean factibles para un hospital específico. Los pacientes que requieran cuidados que se ofrecen en otro lugar, pueden ser enviados a otros hospitales. Asimismo, debe establecerse el alcance de una planta de fabricación al determinar los procesos que van a incluirse en ella. Los extremos para una planta de fabricación pueden ir de una empresa integrada en forma vertical que compra materias primas y atraviesa por numerosos pasos de refinamiento, procesamiento y ensamble para obtener un producto terminado, a otra compañía que compra los componentes y ensambla productos terminados. Por lo tanto, es obvio que el alcance y la magnitud de las actividades dentro de una planta de fabricación dependen de las decisiones relacionadas con el nivel de integración vertical. A menudo, tales decisiones se denominan decisiones de "fabricar o comprar" o decisiones de "contratación". . Las corporaciones grandes han reducido las plantas grandes y las han dividido en unidades empresariales que sólo conservan los procesos económicamente viables. Las unidades empresariales pequeñas funcionan con gastos generales bajos, niveles de administración reducidos y, por lo general, con equipos de operarios autodirigidos. Los edificios para este tipo de organización son más pequeños y las funciones y las oficinas de administración suelen estar descentralizadas. Las decisiones de fabricar o comprar casi siempre son funciones administrativas que requieren información de finanzas, ingeniería industrial, mercadotecnia, ingeniería de procesos, adquisiciones y, tal vez, recursos humanos, entre otros. La figura 2.3 contiene un breve resumen de la sucesión de preguntas que conduce a las decisiones de fabricar o comprar. La información para el planificador de plantas es una lista de los artículos que se van a fabricar y los que se van a comprar. A menudo la lista adopta la forma de una lista de partes o de materiales.

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Preguntas secundarias

1. 2. 3. 4.

Preguntas principales

¿Esta disponible el artículo? ¿Nuestro sindicato nos permitirá adquirir el artículo? ¿Es satisfactoria la calidad? ¿Son confiables las fuentes disponibles?

1. ¿La fabricación de este artículo coincide con los objetivos de nuestra empresa? 2. ¿Tenemos los conocimientos técnicos? 3. ¿Tenemos mano de obra y capacidad de fabricación? 4. ¿Se requiere la fabricación de este artículo para utilizar la capacidad existente de la mano de obra y la producción?

1. ¿Cuáles son los métodos alternos para fabricar este artículo? 2. ¿Qué cantidades de este artículo se requerirán en el futuro? 3. ¿Cuáles son los costos fijos, variables y de inversión de los métodos alternos y de adquisición del artículo? 4. ¿Cuáles son los aspectos de confiabilidad del producto que afectan la compra o la fabricación de este artículo? 1. ¿Cuáles son las otras oportunidades para la utilización de nuestro capital? 2. ¿Cuáles son las implicaciones de inversiones futuras si se fabrica este artículo? 3. ¿Cuáles son los costos de recibir financiamiento externo?

Decisiones

NO

¿Puede Adquirirse el artículo?

COMPRAR

SI

¿Podemos fabricar el artículo?

NO

FABRICAR

SI ¿Es mas barato para nosotros fabricar que comprar?

NO

FABRICAR

SI ¿Contamos con el capital que nos permita fabricar?

NO

FABRICAR

SI COMPRAR

Figura 2.3 Proceso de una decisión de fabricar o comprar.

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Compañía Producto Núm. De la parte

LISTA DE PARTES Elaborado por Fecha

T.W., Inc. Regulador de flujo de aire Nombre de la parte

Núm. De plano

1050

Tapón de conducto

4006

1

Acero

50”X1.00”

Comprar

2200

Cuerpo

1003

1

Aluminio

Fabricar

3250

Anillo de asiento

1005

1

Acero inoxidable

2.75”X2.50” X1.50” 2.97”X.87”

Hule

.75” día.

Comprar

1

Latón

.812”X7.15”

Fabricar

1

Acero

1.40”X.225”

Comprar

Aluminio

1.60”X.225”

Fabricar

1

Hule

.925” día.

3251

O-ring

3252

Émbolo

3253

Resorte

3254

Alojamiento del Émbolo

Cant. /Unid.

J.A.

1 1007 1009

1

Material

Tamaño

Fabricar o comprar

Fabricar

3255

o-ring

4150

Sujetador del Émbolo

1011

1

Aluminio

.42”X1.20”

Fabricar

4250

Contratuerca

4007

1

Aluminio

.21”X1.00”

Comprar

Figura 2.4 Lista de partes para un regulador de flujo de aire

Comprar


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La lista de partes enumera las partes de los componentes de un producto. Además de las decisiones de fabricar o comprar, una lista de partes incluye cuando menos lo siguiente: 1. 2. 3. 4.

Los números de las partes. El nombre de la parte. El número de partes por producto. Las referencias a planos.

La figura 2.4 contiene un ejemplo común de una lista de partes. Con frecuencia, una lista de materiales se considera una relación de partes estructurada, porque contiene la misma información que la lista de partes, más información adicional sobre la estructura del producto. La estructura del producto consiste en una jerarquía que explica el nivel de ensamblado del producto. Un nivel O indica el producto final; el nivel 1 se aplica a los subensambles y los componentes que alimentan directamente el producto final; un nivel 2 se refiere a los subensambles y los componentes que alimentan directamente el primer nivel, y así sucesivamente. Para el producto descrito en la lista de partes de la figura 2.4, la figura 2.5 contiene una lista de materiales la cual se encuentra ilustrada en la figura 2.6.

Elección de los procesos requeridos Una vez que se determina qué productos se van a fabricar de manera interna, es necesario decidir cómo se fabricarán. Tales decisiones se basan en las experiencias anteriores, los requerimientos relacionados, el equipo disponible, las tasas de producción y las expectativas futuras. Por lo tanto, es común que se elijan procesos diferentes en plantas distintas para efectuar operaciones idénticas. Sin embargo, el procedimiento de selección utilizado debe ser igual. En la figura 2.7 aparece el procedimiento para la elección de un proceso.

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Lista de Materiales LISTA DE MATERIALES Compañía Producto

Nivel 0 1 1 2 2 3 3 4 4 4 4 4 4 4

xxxxx Regulador de flujo de aire

Núm. De la parte 0021 1050 6023 4250 6022 2200 6021 3250 3251 3252 3253 3254 3255 4150

Nombre de la parte Regulador de flujo de aire Tapón de conducto Ensamble principal Contratuerca Cuerpo del ensamble Cuerpo Ensamble del émbolo Anillo de asiento O-ring Émbolo Resorte Alojamiento de Émbolo O-ring Sujetador del Émbolo

Elaborado por

yyyyy

Fecha

Núm. De plano

Cant. /Unid.

0999 4006

1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

4007 1003 1005 1007 1009 1011

Fabricar o comprar

Comentarios

Comprar Fabricar Comprar Fabricar Comprar Comprar Comprar Comprar Fabricar Comprar Fabricar Comprar Fabricar Comprar

Fig. 2.5 Lista de materiales para un regulador de flujo de aire

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Regulador del flujo de aire

1

1

A-2

Cuerpo del ensamble

4250

Anillo de asiento

3250

O-ring

3255

1050

Nivel 1

Nivel 2

A-1

1

Cuerpo

1

Tapón de conducto

1

1

1

Nivel 0

1

Ensamble principal

Contratuerca

A-3

2200

Ensamble del émbolo

Nivel 3 SA-1

1

1

1

1

Émbolo

Resorte

Alojamiento del émbolo

O-ring

3253

3254

3252

3251

1 Sujetador del émbolo

4150

Figura 2.6. Lista de materiales par aun regulador de flujo de aire

Nivel 4


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IDENTIFICACIÓN DEL PROCESO Definir operaciones elementales Identificar procesos alternos para cada operación Analizar procesos alternos Estandarizar procesos Evaluar procesos alternos Seleccionar procesos

Paso 1 Paso 2 Paso 3 Paso 4 Paso 5 Paso 6

Figura 2.7 Procedimiento de elección de un proceso.

La información dentro del procedimiento de elección del proceso se conoce como identificación del proceso y consiste en una descripción de lo que se va a lograr. Para un producto fabricado, la identificación del proceso está integrada por una lista de partes que indica qué se va fabricar, los planos de las partes que describen cada componente y las cantidades que se van a producir. Para automatizar el proceso de planificación manual, se puede emplear la planificación de procesos asistida por computadora (CAPP). Existen dos tipos de sistemas CAPP: variante y generativa* En un CAPP variante, se guardan planes da procesos estándar para cada familia de partes dentro de la computadora y se consultan cuando se requiere. En la planificación de procesos generativa, se generan automáticamente planes de procesos para los componentes nuevos sin consultar los planos existentes. La elección de estos sistemas depende básicamente de la estructura del producto y de consideraciones de costos. Por lo general, la planificación de procesos variante es menos costosa y más fácil de implementar. Debido a que la planificación de procesos es un puente fundamental entre el diseño y la fabricación, se puede utilizar sistemas CAPP para probar las diferentes rutas alternas e interactuar con el proceso de diseño de la planta. La información de un sistema CAPP es un modelo tridimensional a partir de una base de datos CAD que incluye información relacionada con las tolerancias y las características especiales. Aunque el planificador de la planta no suele efectuar el proceso de selección, comprender el procedimiento general ofrece las bases para el plan de la planta. El paso 1 del procedimiento implica la elección de las operaciones requeridas para producir cada componente. Para llevar a cabo esta selección deben considerarse las formas alternas de materias primas y los tipos de operaciones elementales. Paso 2 requiere identificar los diferentes tipos de equipos capaces de realizar las operaciones elementales. Deben analizarse las alternativas manuales, mecanizadas y automatizadas. El paso 3 incluye la determinación de los tiempos 54


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de producción unitaria y las utilizaciones de equipo para diversas operaciones, elementales y tipos de equipo alternos. Las utilizaciones son los datos para el paso 4 del procedimiento. El paso 5 implica una evaluación económica de los tipos de equipo alternos. Los resultados de la evaluación económica, junto con factores intangibles como la flexibilidad, la versatilidad, la confiabilidad, la facilidad de mantenimiento y la seguridad sirven como base para el paso 6. Los resultados del procedimiento de selección de procesos son los procesos, el equipo y las materias primas requeridos para la fabricación interna de los productos. El resultado suele presentarse en forma de una hoja de ruta. Una hoja de ruta debe contener cuando menos los datos que aparecen en la tabla 2.1. La figura 2.8 es una hoja de ruta para la producción de una sección de la tabla 2.1. Tabla 2.1 Requerimientos de una hoja de ruta

Datos Nombre y número del componente Descripción y número de la operación Requerimientos de equipo Unidades de tiempo Requerimientos de materia prima

Ejemplo de producción Alojamiento del émbolo - 3254 Formar, taladrar y recortar - 0104 Máquina destornilladora automática y preparación adecuada de herramientas Tiempo de ensamblado - 5 hr tiempo de operación — .0057 hr por componente Barra de aluminio de 1" diám. X 12 ft por 80 componentes

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HOJA DE RUTA Compañía Producto

Num de oper.

T.W., Inc. Regulador de flujo de aire

Descripción de operación

Nombre de la parte Núm. de la parte

Tipo de máquina

0104

Formar, taladrar, cortar

Destornillador automático

0204

Alojamiento del émbolo 3254

Preparación de herramientas

Elaborado por Fecha

J.A.

Tiempo de prep.(hr)

Tiempo de oper.(hr)

Colector de 0.5" diám,. Alim. Manual, herramienta forma circ., taladrar centro de 0.45 ", finalizar taladro espiral, recolectar hoja.

5

0.0057

2.25

0.0067

Dept.

Ranurar y roscar

Mandril

Ranura de 0.045", ranura giratoria para fileteadora de 3/8" y 32 vueltas

0304

Taladrar 8 orificios

Unidad automatica (mandril )

Perforar con taladro de 0.78" diám.

1.25

0.0038

0404

Quitar rebabas y limpiar con aire

Prensa de taladro

Quitar rebabas con cepillo

0.5

0.0031

SA1

Cerrar subensamble

Prensa hidráulica

Ninguna

0.25

0.0100

Figura 2.8 Hoja de ruta para un componente del regulador de flujo de aire

Materiales o partes Descripción

Aluminio de 1.0" diám. X 12 ft


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2.4 DISEÑO DE PROGRAMAS Las decisiones del diseño de programas responden a las preguntas de cuánto producir y cuándo hacerlo. Las decisiones de la cantidad de producción se denominan decisiones del tamaño del lote; y la determinación de cuándo producir se conoce como programa de producción. Además de cuánto y cuándo, es importante saber durante cuánto tiempo se prolongará la producción; tal decisión se obtiene con base en las predicciones del mercado, para lo cual nuestra empresa debe de estar preparada y no apartarse de su entorno. Las decisiones del diseño de programas influyen en la elección de las máquinas, la cantidad de máquinas, el equipo de manejo de materiales, el diseño, el tamaño del edificio, entre otras. En consecuencia, los planificadores de programas necesitan comunicarse continuamente con el personal de mercadotecnia y ventas, y con los principales clientes, con el fin de aportar la mejor información posible para los planificadores del diseño. Para planificar una planta, se requiere información relacionada con los volúmenes de producción, las tendencias y la predictibilidad de las demandas futuras de los productos fabricados. Entre menos específica sea la información relacionada con los diseños de productos, procesos y programas, el plan de la planta tendrá un propósito más general. Entre más específica sea la información de los diseños de productos, procesos y programas, es mayor la probabilidad de optimizar la planta y satisfacer las necesidades de fabricación.

Información de mercadotecnia Una planta que produce 10 000 televisores al mes debe ser distinta de una que produce 1 000. Asimismo, una planta que produce 10 000 televisores al mes y aumenta la producción 10% en los meses siguientes no debe evaluarse de la misma manera que la planta que fabrica los 10 000 televisores en un futuro previsible. Por último, considere una planta que produce 10 000 televisores al mes durante 3 meses y no puede predecir qué producto o volumen producirá después; todas deben ser diferentes. Tabla 2.2 Información mínima del mercado requerida para la planificación de plantas Producto o servicio A B C D

Volumen del primer año 5000 8000 3500 0

Volumen del segundo año 5000 7500 3500 2000

Volumen del quinto año 8000 3000 3500 3000

Volumen del décimo año 10000 0 4000 8000

Como mínimo, se requiere la información del mercado proporcionada en la tabla 2.2. De preferencia, es conveniente la información relacionada con el valor 57


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dinámico de las demandas que se van a aplicar a la planta. Lo ideal es que se proporcione información del tipo presentado en la tabla 2.3. Si está disponible tal información, se puede desarrollar un plan de la planta para cada estado de demanda y diseñar una planta con suficiente flexibilidad para satisfacer las fluctuaciones anuales en la mezcla de productos. Al desarrollar planes de plantas anualmente y observar las alteraciones al plan, puede establecerse un plan maestro de la planta. Por desgracia, no suele estar disponible información como la de la tabla 2.3. Por lo tanto, las plantas casi siempre se planifican con datos determinísticos. Deben abordarse las suposiciones de los datos determinísticos y las demandas conocidas al evaluar los planes de planta alternos. Además del volumen, la tendencia y la predictíbilidad de las demandas futuras para diversos productos, debe obtenerse la información cuantitativa contenida en la tabla 2.4. Asimismo, el planificador de la planta debe solicitar información de mercadotecnia acerca de por qué ocurren las tendencias del mercado. Tal información aporta ideas valiosas al planificador de plantas. Un economista italiano, Pareto, se percató de que 15% de personas posee 85% de la riqueza en el mundo. Resulta sorprendente que sus observaciones se apliquen a varios aspectos de la planificación de plantas. Por ejemplo, la ley de Pareto suele aplicarse a la mezcla de productos de una planta. Esto es, 85% del volumen de la producción se atribuye a 15% de la línea de productos. Tal situación se representa mediante el diagrama de volumen-variedad o diagrama de Pareto de la figura 2.9. Este diagrama sugiere que el plan de la planta debe estar formado por un área de producción masiva para 15% de los artículos de alto volumen y un espacio de taller para el 85% restante de la mezcla. Al saber esto desde el principio, se simplifica mucho el desarrollo del plan de la planta. Esta información de volumen-variedad es muy importante para determinar el tipo de disposición que se va a usar. Como se describe en el capítulo 3, la identificación del tipo de disposición afectará, entre otras cosas, el tipo de alternativas de manejo de materiales, las políticas de almacenamiento, las cargas unitarias, la configuración del edificio y la ubicación de las bahías de recepción/embarque. La ley de Pareto no siempre describe la mezcla de productos de una planta. La figura 2.10 representa la mezcla de productos para una planta en donde 15% de la línea de productos equivale aproximadamente a 25% del volumen de la producción; es evidente que no se aplica la ley de Pareto. Sin embargo, es una información valiosa saber que no se aplica la ley de Pareto porque si ningún 58


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producto domina el flujo de la producción, se recomienda una planta de taller de trabajo general.

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Tabla 2.3 Análisis de mercado que indica la naturaleza estocástica de los requerimientos futuros para la planificación de plantas Producto o servicio

A

B

C

D

Estado de la demanda

Pesimista Más probable Optimista Pesimista Más probable Optimista Pesimista Más probable Optimista Pesimista Más probable Optimista

Nivel de confianza o grado de certidumbre

Primer año

Segundo año

Quinto año

Décimo año

Probabilidad

Volumen

Probabilidad

Volumen

Probabilidad

Volumen

Probabilidad

Volumen

.3 .5 .2 .1 .6 .3 .2 .7 .1

3000 5000 6000 7000 8000 8500 2000 4000 4500

.2 .6 .2

3500 5500 6500

.1 .8 .1

5500 8000 9500

.1 .9

7000 10000

.9 .1 .2 .7 .1 .1 .8 .1

3000 3500 2000 4000 4500 2500 3000 3500

0

0

7000 8000 2000 4000 4500 3000 3500

1.0

1.0

.7 .3 .2 .7 .1 .1 .9

.2 .6 .2 .2 .6 .2

2000 4000 5000 7000 8000 9000

90%

85%

70%

59%


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Información que se obtendrá de mercadotecnia

Aspectos de la planificación de plantas afectados por la información

¿Quiénes son los clientes del producto?

1. Empaque 2. Susceptibilidad a los cambios del producto 3. Susceptibilidad a los cambios en las estrategias de mercadotecnia

¿Dónde están los clientes?

1. Ubicación de la planta 2. Método de embarque 3. Diseño de sistemas de almacenamiento

¿Por qué el cliente compra el producto?

1. Estacionalidad 2. Variabilidad en las ventas 3. Empaque

¿Dónde comprará el cliente el producto?

1. Tamaños de las cargas unitarias 2. Procesamiento de pedidos 3. Empaque

¿Qué porcentaje del mercado atrae el producto y quién es la competencia?

1. Tendencias futuras 2. Potencial de crecimiento 3. Necesidad de flexibilidad

¿Cuál es la tendencia en los cambios del producto?

1. Asignaciones de espacio 2. Métodos de manejo de materiales 3. Necesidad de flexibilidad

Requerimientos de procesamiento El diseño de procesos determina los tipos de equipo específicos requeridos para fabricar el producto. El diseño de programas establece la cantidad de cada tipo de equipo necesaria para cumplir con el programa de producción.

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V o l u m e n

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V a r i e d a d

V o l u m e n

Figura 2.9. Diagrama de volumen-variedad para una planta donde se aplica la ley de Pareto.

Figura 2.10 Diagrama de volumen-variedad para una planta donde no se aplica la ley de Pareto.

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Por lo común, la especificación de los requerimientos de procesos ocurre en tres fases. La primera determina la cantidad de componentes que deben producirse, entre ellos una holgura por desperdicios, para cubrir el estimado del mercado. La segunda fase establece los requerimientos de equipo para cada operación y la tercera combina los requerimientos de operación para obtener los requerimientos generales de equipo.

Estimados de desperdicios (scrap) El estimado del mercado especifica el volumen anual que se va a fabricar de cada producto. Para producir la cantidad requerida del producto, el número de unidades programadas mediante la producción debe ser igual al estimado del mercado más un estimado de desperdicios (o scrap). Por lo tanto, en la capacidad de producción debe planificarse la producción de desperdicios. De lo contrario, cuando se produzca un desperdicio, no se cumplirá el estimado del mercado. El desperdicio es el desecho material generado en el proceso de manufactura debido a consideraciones geométricas o de calidad. Por ejemplo, se genera desperdicio causado por la geometría cuando se utiliza una placa de acero rectangular para crear componentes circulares o cuando se emplean rollos de tela para hacer camisas. El desperdicio causado por mala calidad son los errores en las operaciones de maquinado o ensamblado. Lo ideal es que una compañía se esfuerce por un mejoramiento continuo con el fin de conseguir cero desperdicios. Debe hacerse un estimado del porcentaje de desperdicio que va a generar cada operación. Esto puede basarse en datos históricos o en un estimado de operaciones similares. En general, entre más automatizado está un proceso, menos desperdicios se producen; entre más amplias son las tolerancias de las piezas, menos desperdicios se generan; entre más proveedores certificados hay, menos desperdicios se obtienen; entre más calidad se aplica en las fuentes y las técnicas de prevención, menos desperdicios se producen; y entre más alta sea la calidad del material, menos desperdicios se generan. Suponga que Pk representa el porcentaje de desperdicios en la k-ésima operación, Ok, es el resultado deseado de productos no defectuosos de la operación k, e Ik es la alimentación de la producción para la operación k. Resulta que, en promedio

u

De ahí que

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Por lo tanto, el número esperado de unidades para iniciar la producción de una pieza que tienen operaciones es

en donde, en este caso On es el estimado del mercado. Ejemplo 2.1 Un producto tiene un estimado del mercado de 97 000 componentes y requiere tres pasos de procesamiento (tornear, laminar y taladrar) con estimados de desperdicios de P1 = 0.04, P2 = 0.01 y P3 = 0.03. El estimado del mercado es el resultado requerido del paso 3. Por lo tanto,

Luego de suponer que no hay daños entre las operaciones 2 y 3 y que hay una inspección para retirar todas las piezas defectuosas, el resultado de componentes aceptables de la operación 2 (02) puede igualarse a la alimentación para la operación 3 (I3). Por lo tanto, el número de componentes para iniciar la operación 2 (I2) es

De igual modo, para la operación 1:

los cálculos son idénticos para:

La cantidad de materia prima y procesamiento en la operación 1 no se basa en el estimado del mercado de 97 000 componentes, sino en 105 219 componentes, como se resume en la tabla 2.5.

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Tabla 2 5 Resumen de los requerimientos de producción para el ejemplo 2.1 Número esperado de Cantidad de producción Operación unidades aceptables programada (Unidades) producidas Tornear 105219 101010 Fresar 101010 100000 Taladrar 100000 97000

Problema de holgura de rechazo Como lo sugiere el análisis anterior, los eventos aleatorios influyen en el número de unidades aceptables producidas. Los cálculos realizados con las ecuaciones anteriores son razonables cuando ocurre una producción de alto volumen. Sin embargo, al producir lotes pequeños, es menos apropiado el uso de valores promedio. Por ejemplo, considere una fundición que produce cantidades pequeñas de piezas fundidas sobre diseño. Si las condiciones son tales que la fundición sólo tiene una oportunidad de producir la cantidad de piezas fundidas requeridas, debe considerarse la probabilidad de que una pieza sea correcta al determinar el tamaño del lote que se va a producir. Para determinar cuántas piezas fundidas producir, surgen las preguntas siguientes: ¿Cuánto cuesta producir una buena pieza fundida? ¿Cuánto cuesta una pieza deficiente? ¿Cuántos ingresos generan una buena pieza fundida? ¿Cuántos genera una pieza deficiente? ¿Cuál es la distribución de probabilidad para la cantidad de piezas rundidas aceptables obtenidas de un lote de producción? Si se tienen respuestas para estas preguntas, se puede establecer la cantidad de piezas fundidas que se programarán con el propósito de, por ejemplo, maximizar la ganancia esperada o lograr un nivel de confianza adecuado de no producir menos piezas fundidas aceptables de las necesarias. Al procedimiento de determinar el número de unidades adicionales que se deben permitir cuando se programa una producción de bajo volumen en donde aparecen piezas inservibles de manera aleatoria se le denomina el problema de holgura de rechazo. Para facilitar una formulación del problema de holgura de rechazo, suponga que: X = la variable aleatoria que representa el número de unidades aceptables producidas. p(x) = la probabilidad de producir exactamente x unidades aceptables. Q = la cantidad de unidades que se van a producir. C (Q, x)= el costo de producir Q unidades, de las cuales exactamente x son aceptables. R (Q, x)= los ingresos por producir Q unidades, de las cuales exactamente x son aceptables. P (Q, x) = la ganancia de producir Q unidades, de las cuales exactamente x son aceptables.

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES, ARTES Y HUMANIDADES CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES = R (Q, x) - C (Q, x) E [P(Q)] = la ganancia esperada de producir Q unidades.

La ganancia esperada de producir Q unidades se determina así:

Si se desea maximizar la ganancia esperada, el valor de Q que maximiza la ecuación anterior se determina al enumerar diversos valores de Q. Para casi todas las formulaciones de costos y de ingresos, la ecuación planteada es una función cóncava; por lo tanto, se pueden utilizar rutinas de búsqueda unimodales. Consulte en las condiciones necesarias y suficientes para que Q sea la cantidad de producción óptima cuando X tenga una distribución binomial. Tabla 2.6 Distribuciones de probabilidad para el número de piezas fundidas aceptables (x) a Núm. de piezas aceptable s (x)

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Número de piezas fundidas producidas ( Q ) 20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0,00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00 0.00

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25 0.00

30

0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.05 0.05 0.05 0.05 0.10 0.10 0.15 0.20 0.25

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES, ARTES Y HUMANIDADES CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES Tabla 2.7 Ganancia de producir Q piezas fundidas, donde exactamente x son aceptables

Piezas aceptables (x)

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

Número de piezas fundidas programadas 20 -$18 000 -$18000 -$18 000 -$18 000 -$18000 -$18000 -$18 000 -$18000 $32 000 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0

21 -$18 900 -$18 900 -$18 900 -$18 900 -$18900 -$18900 -$18900 -$18 900 $31 300 $31300 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0 SO

22 -$19 800 -$19 800 -$19 800 -$19 800 -$19 800 -$19 800 -$19 800 -$19 800 $30 600 $30 600 $30 600 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0

23 -$20 700 -$20 700 -$20 700 -$20 700 -$20 700 -$20 700 -$20 700 -$20 700 $29 900 $29 900 $29 900 $29 900 $0 $0 $0 $0 $0 $0 $0

24 -$21 600 -$21 600 -$21 600 -$21 600 -$21 600 -$21 600 -$21 600 -$21600 $29200 $29200 $29200 $29200 $29200 $0 $0 $0 $0 $0 $0

25 -$22 500 -$22 500 -$22 500 -$22 500 -$22 500 -$22 500 -$22 500 -$22 500 $28500 $28 500 $28 500 $28 500 $28 500 $28 500 $0 $0 $0 $0 $0

26 -$23400 -$23400 -$23 400 -$23 400 -$23 400 -$23 400 -$23 400 -$23 400 $27800 $27800 $27 800 $27 800 $27 800 $27 800 $27 800 $0 $0 $0 $0

27 -$24 300 -$24 300 -$24 300 -$24 300 -$24 300 -$24 300 -$24 300 -$24 300 $27 100 $27100 $27100 $27100 $27100 $27100 $27100 $27100 $0 $0 $0

28 -$25 200 -$25 200 -$25 200 -$25 200 -$25 200 -$25 200 -$25 200 -$25 200 $26 400 $26 400 $26400 $26 400 $26 400 $26400 $26 400 $26 400 $26400 $0 $0

29 -$26 100 -$26 100 -$26 100 -$26 100 -$26 100 -$26 100 -$26 100 -$26 100 $25 700 $25 700 $25 700 $25700 . $25700 $25700 $25700 $25 700 $25700 $25700 $0

30 -$27 000 -$27 000 -$27 000 -$27 000 -$27 000 -$27 000 -$27 000 -$27 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25 000 $25000 $25000


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Las ganancias resultantes de las diversas combinaciones de Q y x se presentan en la tabla 2.7. (Aparecen valores de ganancia cero para las combinaciones no factibles de Q y x con el fin de simplificar el cálculo de la ganancia esperada con la función SUMAPRODUCTO de Excel.) Los productos de vectores de las columnas de las tablas 2.6 y 2.7 se obtienen con la función SUMAPRODUCTO y generan los valores de ganancia esperada de la tabla 2.8. La ganancia máxima esperada ($26 400) es el resultado de programar que se produzcan 28 piezas fundidas. Como se observa en la tabla 2.6, cuando se producen 28 piezas fundidas hay una probabilidad de cero de perder dinero; el castigo por no producir cuando menos 20 unidades aceptables es tan severo que es óptima la cantidad mínima de unidades que tienen una probabilidad de cero de producir menos de 20 unidades aceptables.

Fracciones de equipo La cantidad de equipo que se necesita para una operación se conoce como la fracción de equipo. La fracción de equipo para una operación se determina al dividir el tiempo total requerido para efectuar la operación entre el tiempo disponible para completar la operación. El tiempo total requerido para llevar a cabo la operación es el producto del tiempo estándar para la operación y el número de veces que se va a realizar la operación. Por ejemplo, si se requiere 1/2 hr para duplicar un documento y se van a duplicar seis documentos en 2 hr, es evidente que se requieren 1.5 máquinas duplicadoras para terminar la operación. Si 1.5 máquinas duplicadoras en realidad son adecuadas o no para duplicar los documentos requeridos depende de los interrogantes siguientes: ¿Los documentos en verdad se duplican de acuerdo con el estándar de 1/2 hr por documento? ¿La máquina duplicadora está disponible cuando se requiere durante el periodo de 2 hr? ¿Se mantienen constantes en el tiempo y se conocen con certeza el tiempo estándar, el número de documentos y el tiempo en que el equipo está disponible? El primer interrogante se maneja al dividir el tiempo estándar entre la eficiencia histórica de efectuar la operación. El segundo interrogante se resuelve al multiplicar el tiempo que el equipo está disponible para completar una operación entre el factor de confiabilidad histórica para el equipo. El factor de confiabilidad es el porcentaje de tiempo que el equipo produce en realidad y no está fuera de servicio por descompostura o mantenimiento programado. El tercer interrogante que aborda la incertidumbre y la naturaleza que cambia con el tiempo de las variables de fracción de máquina puede ser un factor importante para establecer los requerimientos del proceso. Si existen incertidumbre y variación considerables durante el tiempo, puede ser útil analizar las distribuciones de probabilidad, en vez de estimados puntuales para los parámetros, y utilizar un 68


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modelo probabilístico de la fracción de máquina. Dichos modelos casi no se emplean y el método adoptado es usar un modelo determinístico y planificar la planta con el fin de brindar suficiente flexibilidad para manejar los cambios en las variables de la fracción de máquina. Tabla 2.8. Ganancia esperada de producir Q piezas fundidas Número de piezas fundidas programadas (Q) 20 -$5500

21 -$3690

22 $10440

23 $14720

24 $19040

25 $20850

26 $22680

27 $24530

28 $26400

29 $25700

30 $25000

Se utiliza el siguiente modelo determinístico para estimar la fracción de equipo requerida:

en donde: F = el número de máquinas requeridas por turno. S = es tiempo estándar (en minutos) por unidad producida. Q = el número de unidades que se van a producir por turno. E = el desempeño real, expresado con un porcentaje del tiempo estándar. H = la cantidad de tiempo (en minutos) disponible por máquina. R = la confiabilidad de una máquina, expresada como porcentaje de "tiempo de funcionamiento". Además, los requerimientos de equipo son una función de los siguientes factores:

Número de turnos (la misma máquina puede funcionar en más de un turno). Tiempo de preparación (si las máquinas no están dedicadas, entre más prolongado sea el tiempo de preparación, más máquinas se requerirán). Grado de flexibilidad (con frecuencia, los clientes pueden solicitar que se entreguen lotes pequeños de distintos productos; se requerirá una capacidad de máquinas adicional para manejar estas solicitudes). Tipo de disposición (dedicar celdas de fabricación o fábricas especializadas a la producción de familias de productos puede requerir más máquinas). Mantenimiento productivo total (aumentará el tiempo de funcionamiento de las máquinas y mejorará la cantidad, por lo que se requerirán menos máquinas).

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Ejemplo 2.2

Una pieza maquinada tiene un tiempo de procesamiento estándar de 2.8 min por pieza en una fresadora.Durante un turno de 8 hr, se producirán 200 unidades. De los 480 min disponibles para la producción, la fresadora podrá operar 80% del tiempo. Durante el tiempo que funciona la máquina, se producirán piezas a una velocidad igual al 95% de la velocidad estándar. ¿Cuántas fresadoras se requieren? Para el ejemplo, S = 2.8 min por pieza, Q = 200 unidades por turno, H = 480 min por turno, E = 0.95, y R = 0.80. Por lo tanto,

Especificación de los requerimientos totales de equipo El paso siguiente para establecer los requerimientos del proceso es combinar las fracciones de equipo para tipos de equipo idénticos. Tal determinación no necesariamente es directa. Incluso si sólo se va a efectuar una operación en un tipo de equipo particular, deben considerarse el tiempo adicional y la subcontratación. Si se realizará más de una operación en un tipo de equipo particular, deben analizarse varias alternativas. Tabla 2.9 Ejemplo de la especificación de los requerimientos totales de equipo Número de operación

Fracción de equipo

109 206 274

1.1 2.3 0.6

Siguiente número anterior superior 2 3 1

Ejemplo 2.3 La tabla 2.9 contiene las fracciones de máquina para una taladradora ABC. No están disponibles un operario, horas extra o subcontratación para cualquier operación en la taladradora ABC. Se observa que se requiere un mínimo de cuatro y un máximo de seis máquinas. ¿Cuántas deben adquirirse? La respuesta es cuatro, cinco, o seis. Sin información adicional, no puede hacerse una recomendación específica. Para tomar una decisión, debe analizarse la información del costo del equipo, el tiempo de preparación de las máquinas, el costo de los inventarios dentro del proceso, el costo y la factibilidad de pagar tiempo extra, la producción y/o las preparaciones de equipo, el crecimiento que se espera en el futuro de la demanda y otros factores cualitativos.

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2.5 DISEÑO DE PLANTAS Una vez que se han tomado las decisiones de diseño de productos, procesos y programas, el planificador de plantas necesita organizar la información y generar y evaluar las alternativas de diseño de la disposición, la administración, el almacenamiento y la carga de unidades. Como se dijo en el capítulo 1 el planificador de plantas debe estar consciente de los objetivos y las metas de los directivos principales para maximizar el impacto del esfuerzo de diseño de plantas sobre tales objetivos y metas. Entre los objetivos empresariales más comunes están los adelantos destacados en el costo de producción, las entregas a tiempo, la calidad y el tiempo de preparación. Algunos de los recursos que utilizan a menudo los practicantes (por ejemplo, el diagrama de Pareto) pueden ser muy útiles en los esfuerzos de planificación de plantas. En fechas recientes, las siete herramientas para la administración y la planificación han obtenido aceptación como una metodología para mejorar los esfuerzos de planificación e implementación en general. Las herramientas tienen sus raíces en el trabajo sobre investigación de operaciones posterior a la Segunda Guerra Mundial y el movimiento de control de la calidad total (TQC) en Japón. A mitad de la década de los setenta del siglo pasado, un comité de ingenieros y científicos en Japón perfeccionó y probó las herramientas como una ayuda para el mejoramiento de los procesos, tal como lo proponía el ciclo de Deming. En 1950, el Doctor W. E. Deming propuso un modelo para el mejoramiento continuo de los procesos que implica cuatro pasos: planificar y establecer metas, fabricar o ejecutar, revisar o analizar y especificar acciones correctivas (planificar-fabricar comprobar-actuar, PDCA). Las siete herramientas para la administración y la planificación son el diagrama de afinidades, el diagrama de interrelaciones, el diagrama de árbol, el diagrama de matriz, el diagrama de contingencias, el diagrama de red de actividades y la matriz de priorización.

Diagrama de afinidades El diagrama de afinidades se emplea para reunir datos verbales, como las ideas y los problemas y organizarlos en grupos. Suponga que nos interesa generar ideas para reducir el tiempo de preparación de la fabricación. En una sesión de lluvia de ideas, se anotan los problemas en hojas adhesivas y se agrupan en un pizarrón o una pared. Luego cada grupo recibe un título. La figura 2.11 presenta un diagrama de afinidades para reducir el tiempo de preparación de la fabricación. Los títulos elegidos fueron: diseño de la planta, problemas del equipo, calidad, tiempo de montaje y programación. 71


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Diagrama de interrelaciones El diagrama de interrelaciones se utiliza para ubicar los vínculos lógicos entre los conceptos y tratar de identificar cuáles conceptos tienen más impacto en los demás. El término diagrama se emplea porque la gráfica incluye arcos dirigidos, igual que en los diagramas fonéticos. Suponga que queremos estudiar la relación entre los conceptos de la figura 2.11 bajo diseño de plantas. Las interrelaciones se presentan en la figura 2.12. Observe que esta gráfica nos ayuda a comprender la secuencia lógica de pasos para el diseño de plantas. Los esfuerzos deben iniciarse con la formación de familias de productos. Problemas en la Reducción del Tiempo de Preparación de la Fabricación Diseño de la planta 1.Formar familias de productos. 2.Asignar familias a las celdas. 3.Asignar la materia prima a su punto de uso. 4.Mantener la recepción y el embarque cercanos a la producción.

Problemas del Calidad equipo 1.Programa de 1.Ofrecer certificación del capacitación operario. sobre cómo 2.Ubicar a los utilizar la técnicos más cerca documentación de la producción. del proceso. 3.Vigilar las 2.Implementar descomposturas inspecciones para predecir las sucesivas con ocurrencias opiniones. futuras. 3.Desarrollar 4.Reclutar dispositivos a suficientes técnicos prueba de por turno. errores. 4.Desarrollar la capacidad para vigilar los parámetros importantes de la máquina.

Tiempo de Programación preparación 1.Proporcionar 1.Colocaren lugar documentación visible la sobre los secuencia diaria procedimientos de productos. de preparación. 2.No autorizar 2.Colocar productos cuyas soportes y piezas herramientas necesarias no cerca de las están máquinas. disponibles. 3.Ofrecer 3.Negociar lotes capacitación frecuentes y más para que los pequeños para operarios los clientes. puedan participar 4.Proporcionar información sobre la secuencia diaria.

Figura 2.11 Ejemplo de un diagrama de afinidades para reducir el tiempo de preparación de la fabricación.

Diagrama de árbol El diagrama de árbol se utiliza para ubicar con mayor detalle las acciones necesarias que se realizarán para alcanzar el objetivo general. Suponga que pretendemos desarrollar un diagrama de árbol para la formación de familias de 72


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productos; tal árbol se presenta en la figura 2.13. Observe que se puede efectuar el mismo ejercicio para cada concepto del diagrama de interrelaciones.

Figura 2.12 Diagrama de interrelaciones para el diseño de plantas

Figura 2.13 Diagrama de árbol para la formación de familias de productos.

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Diagrama de matriz El diagrama de matriz organiza información como características, funciones y tareas en grupos de conceptos que se pueden comparar. Una aplicación común de esta herramienta es el diseño de una tabla en la cual se definen los participantes y su función dentro de los equipos pequeños. Esta herramienta permite ubicar con facilidad los contactos importantes en problemas específicos y ayuda a identificar las personas asignadas a demasiados equipos. La tabla 2.10 supone que se forman tres equipos en respuesta a las acciones enlistadas en el diagrama de árbol (figura 2.13). Los equipos se concentran en: 1) el uso de las piezas, 2) el uso y la capacidad de las máquinas y 3) las predicciones de la demanda. Observe que se formarán equipos adicionales para las otras actividades identificadas en el diagrama de interrelaciones (figura 2.12). En la tabla, se han identificado a los líderes de los equipos y a los coordinadores porque pueden enfrentar una carga de trabajo más pesada y es conveniente que participen menos en otras acciones. Tabla 2.10 Diagrama de matriz para la participación en equipos Equipo/Participantes Equipo de uso de partes Equipo de uso y capacitación en máq. Equipo de predicción de demanda

Joe P L

Mary C

Jerry P C

Lou L

Linda

Daisy

P

C

L

lack P P

Nota .L: Líder del equipo C: Coordinador del equipo P: Participante del equipo

Diagrama de contingencias El diagrama de contingencias, formalmente conocido como diagrama de programas de decisión de procesos, ubica los eventos y las contingencias imaginables que pueden ocurrir durante la implementación. Es muy útil cuando el proyecto que se planifica está formado por tareas poco conocidas. El beneficio de evitar o responder con eficacia a las contingencias hace que valga la pena analizar estas posibilidades durante la fase de planeación.

Diagrama de red de actividades El diagrama de red de actividades se emplea con el fin de desarrollar un programa de trabajo para el esfuerzo de diseño de la planta. Este diagrama es sinónimo de la gráfica del método de ruta crítica (CPM). Asimismo, puede reemplazarse mediante una gráfica de Gantt y, si se define un rango de duración para cada actividad, también puede emplearse la técnica de evaluación y revisión de programas (PERT). El mensaje importante es que se requiere un calendario bien pensado para comprender la duración del proyecto de diseño de la planta. Este calendario se desarrolla después de que se han evaluado las acciones del 74


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diagrama de árbol (figura 2.13) con la matriz de priorización. La figura 2.14 contiene un ejemplo de un diagrama de red de actividades para la expansión de una línea de producción. Después de comprender la magnitud del esfuerzo de diseño de la planta, tal vez se requiera formar varios equipos pequeños que trabajen de manera concurrente en las diferentes tareas. En un ambiente participativo, se incluyen la producción, el manejo de materiales y los representantes de las funciones de apoyo en el proyecto de diseño de la planta. Ellos comprenden mejor cómo se ejecutan los procesos de la planta. Con su participación, se generan más ideas, se reduce en un alto porcentaje la resistencia al cambio en las organizaciones y mejora el resultado final. Si un equipo tiene niveles variables de comprensión acerca del diseño de la planta, debe iniciarse una interacción en el equipo, con enseñanza y capacitación. Las actividades de los equipos también se planifican y puede prepararse un programa semanal y asignar una o dos sesiones de trabajo por equipo. Programar las sesiones de trabajo ayuda a los integrantes de los equipos a asignar tiempo para las actividades. La tabla 2.11 contiene un típico programa de trabajo para los equipos definidos con anterioridad.

Matriz de priorización

Al desarrollar alternativas de diseño de una planta, es importante considerar: a. Características de la disposición Distancia total recorrida Visibilidad del piso de fabricación Estética general de la disposición Facilidad para agregar actividades futuras b. Requerimientos de manejo de materiales Uso del equipo de manejo de materiales actual Requerimientos de inversión en equipo nuevo Requerimientos de espacio y de personas

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B 3

A 2

C 2

5

5

8

2

D 0

2

0

2

3

5

7

8

10

E 2

5

2

5

5

G 5

10

5

10

H 10

17

17

21

10

17

17

21

F LEYENDA

A: Programar Periodos de paro para mover e instalar el equipo B: Entrevistar, evaluar, seleccionar y contratar empleados nuevos. C: Capacitar a los empleados nuevos. D: Entrevistar, evaluar y seleccionar vendedores de equipo E: Efectuar pedidos de equipo F: Entrevistar, evaluar seleccionar y contratar contratistas para la construcción G: Reunirse para revisar el plan de instalación (equipo de diseño de la planta, contratistas, empleados nuevos, representantes de ventas y administración) H: Plan ejecutivo de instalación y sistema de pruebas

4

2

6

6

10

Actividad D

ES

EF

LS

LF

D: Duración de la actividad ES: Inicio anticipado EF: Final anticipado LS Inicio tardío LF: Final tardío

Figura 2.14. Ejemplo de diagrama de red de actividades para un proyecto de diseño de planta con expansión de la línea de producción

T =21


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Tabla 2.11 Calendario semanal para las sesiones del equipo de trabajo Hora/ Día

8 – 10 a.m. 10 – 12 p.m. 1 – 3 p.m. 3 – 5 p.m.

Lunes

Martes

Partes

Miércoles

Jueves

Viernes

Demanda Demanda

Máquinas

Partes Máquinas

c. Carga de unidad implícita Impacto en los niveles de trabajo en proceso (WIP) Requerimientos de espacio Impacto en el equipo de manejo de materiales d. Estrategias de almacenamiento Requerimientos de espacio y de personas Impacto en el equipo de manejo de materiales Riesgos por factor humano e. Impacto general del edificio Costo estimado de la alternativa Oportunidades para nuevos negocios La matriz de priorización sirve para juzgar la importancia relativa de cada criterio al compararlos entre sí. La tabla 2.12 presenta la priorización de los criterios para el ejemplo del diseño de la planta. Los criterios se titulan para ayudarle a desarrollar una tabla con ponderaciones. A. Distancia total recorrida D. Facilidad para agregar negocios futuros B. Visibilidad en el área de fabricación E. Uso actual de equipo de manejo de materiales C. Estética general de la disposición F. Inversión en equipo nuevo para manejo de materiales

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Tabla 2.12 Matriz de priorización para la evaluación de las alternativas de diseño de la planta

Criterios A A B C D E F G H 1 J K

1 1/5 1/10 1/5 1 1 1 1 1 1/5 1 7.7

B

C

D

5 1 1/5 5 5 10 5 5 10 5 5 56.2

10 5 1 10 10 10 5 5 10 10 10 86.

5 1/5 1/10 1 5 5 5 5 10 5 10 51.3

E

F

G

H

I

J

1 1/5 1/10 1/5 1 1 1/5 1/5 5 1 5 14.9

1 1/10 1/10 1/5 1 1 1/5 1/5 1 1 1 6.8

1 1/5 1/5 1/5 5 5 1 5 5 5 5 32.6

1 1/5 1/5 1/5 5 5 5 1 10 5 5 37.6

1 1/10 1/10 1/10 1/5 1 1/5 1/10 1 1 1/5 5.

5 1/5 1/10 1/5 1 1 1/5 1/5 1 1 1/5 10.1

Total de columnas

K 1 1/5 1/10 1/10 1/5 1 1/5 1/5 5 5 1 14.

Totales de filas (%) 32.(9.9) 7.6 (2.4) 2.3 (0.7) 17.4 (5.4) 34.4(10.7) 41. (12.7) 23. (7.1) 22.9 (7.1) 59. (18.3) 39.2 (12.2) 43.4 (13.5) 322.2

Gran total

Tabla 2.13 Priorización de las alternativas de disposición con base en los niveles de trabajo en proceso (WIP)

Niveles de WIP P Q R S T Total de columnas

P 1 1/5 1 10 5 17.2

Q 5 1 5 10 10 31

Criterios R 1 1/5 1 1/10 1/5 2.5

S 1/10 1/10 10 1 5 16.2

T 1/5 1/10 5 1/5 1 6.5

Totales de filas (%) 7.3 (9.9) 1.6 (2.2) , 22. (30.0) 21.3 (29.0) 21.2 (28.9) 73.4 Gran total

G. Requerimientos de espacio J. Riesgos de factor humano H. Requerimientos de personal K. Costo estimado de la alternativa I. Impacto en los niveles de trabajo en proceso (WIP) Las ponderaciones que se acostumbra emplear para comparar la importancia de cada par de criterios son: 1 = misma importancia 5 = significativamente más importante 10 = mucho más importante 1/5 = significativamente menos importante 1/10 = mucho menos importante Observe que los valores en las celdas (i, j) y (j, i) son recíprocos. La importancia relativa resultante se presenta en la última columna entre paréntesis. Para esta 78


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aplicación, el criterio más importante para elegir el diseño de la planta es el impacto en los niveles de trabajo en proceso (WIP) (ponderación = 18.3), seguido por el costo estimado de la solución (ponderación = 13.5). Esta misma metodología se aplica para comparar todas las alternativas de diseño de la planta en cada criterio ponderado. Por ejemplo, suponga que se generan cinco alternativas de disposición, denominadas P, Q, R, S y T. La tabla 2.13 presenta la clasificación de las alternativas de disposición basada en el impacto del criterio de los niveles de WIP. Si desarrollamos una tabla similar para los diez criterios restantes, podremos evaluar cada alternativa de disposición y utilizar los once criterios para identificar la mejor disposición. El formato de esta tabla final aparece en la tabla 2.14. La última columna se calcula igual que en las tablas 2.12 y 2.13. Se suman los totales de las filas (representados por S) para obtener el gran total, a partir del cual se establecen los porcentajes (%P,..., %T). Tabla 2.14 Clasificación de las distribuciones mediante todos los criterios

A

B

C

P Q R S T Total de columnas

D

E

F

G.

Criterios H

I

.099 X .183 = .018 .022 X .183 = .004 .300 X .183 = .055 .290 X .183 = .053 .289 X .183 = .053 .183

J

K

Totales de filas (%) Σ (%P) Σ (%Q) Σ (%R) Σ (%S) Σ (%T) Gran total

Los porcentajes nos indican la conveniencia relativa de cada alternativa de disposición. Estos resultados deben presentarse a la administración de la planta para facilitar las decisiones finales en relación con la disposición, y para poder operar con eficiencia y eficacia.

2.6 PROBLEMAS 1. Le piden que planifique una planta para un hospital. Explique en detalle su primer paso. 2. Le piden que planifique un matadero municipal. Explique en detalle su primer paso. 3. ¿Por qué es importante integrar las decisiones de diseño de productos, procesos, calidad, programas y de la planta? ¿Quién debe participar en esta

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integración? ¿Qué técnicas están disponibles para apoyar este método integrado? 4. Localice en documentos y libros cuando menos cuatro empresas que hayan diseñado o rediseñado sus plantas considerando nuevos métodos de fabricación (por ejemplo, bahías de recepción múltiples, áreas de almacenamiento descentralizado, fabricación celular, kanbans). Para cada empresa, identifique con detalle la metodología empleada, los métodos utilizados y los resultados obtenidos. 5. Investigue en documentos y libros cuando menos cuatro compañías que hayan utilizando técnicas de fijación de (puntos de referencia (benchmarking) y/o despliegue de la función de calidad para identificar la competencia y las necesidades de los clientes. Para cada compañía, describa detalladamente la metodología empleada y los resultados obtenidos. 6. Identifique cuando menos cinco sistemas CAD disponibles para apoyar el proceso de diseño de plantas. Prepare una comparación de estos sistemas y recomiende el mejor. 7. Desarrolle una lista de materiales, un diagrama de ensamble y un diagrama del proceso de operación para una hamburguesa con queso y un taco con muchos ingredientes. Identifique los componentes adquiridos y los que se preparan de manera interna. 8. Exponga tres diferencias entre el diagrama de ensamble y el diagrama del proceso de operación. 9. Una pieza X requiere maquinado en una fresadora (se necesitan las operaciones A y B). Encuentre la cantidad de máquinas requerida para producir 3 000 piezas por semana. Suponga que la empresa funcionará cinco días por semana, 18 horas por día. Se conocen la información siguiente: Operación A B

Tiempo estándar 3 min 4 min

Eficiencia 95% 95%

Confiabilidad 95% 90%

Desperdicio 3% 5%

Nota: La fresadora requiere cambios de herramientas y mantenimiento preventivo después de cada lote de 500 piezas. Estos cambios requieren 30 minutos. 10. Forme un equipo y aplique las siete herramientas para la administración y la planificación con el fin de preparar el rediseño de lo siguiente: a. un banco. b. un jardín de niños. c. un hospital.

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CAPITULO 3 EL FLUJO, EL ESPACIO Y LAS RELACIONES DE LAS ACTIVIDADES 3.1 INTRODUCCIÓN Al determinar los requerimientos de una planta, se deben tomar en cuenta tres consideraciones importantes: el flujo, el espacio y las relaciones de las actividades. El flujo depende de los tamaños de los lotes, los tamaños de las cargas unitarias, el equipo y las estrategias de manejo de materiales, la disposición y la configuración del edificio. El espacio es una función de los tamaños de los lotes, el sistema de almacenamiento, el tipo y el tamaño del equipo de producción, la disposición, la configuración del edificio, las políticas de cuidado y organización del edificio, el equipo para manejo de materiales y el diseño de las oficinas, la cafetería y los vestidores. Las relaciones de las actividades se definen mediante el flujo del material o del personal, las consideraciones ambientales, la estructura organizacional, la metodología de mejoramiento continuo (las actividades de trabajo en equipo), los aspectos de control y los requerimientos de procesos. Como se indicó en los capítulos anteriores, la planificación de plantas es un proceso repetitivo. El equipo de planificación de plantas o el planificador de la planta necesitan interactuar no sólo con los diseñadores de productos, procesos y programas, sino también con la alta dirección para identificar las estrategias y los asuntos alternos que se van a considerar en el análisis (por ejemplo, los tamaños de los lotes, las estrategias de administración del almacenamiento, el diseño de oficinas, la estructura organizacional y la política ambiental). Además, el planificador de plantas necesita investigar continuamente el impacto de los métodos modernos de fabricación en el flujo, el espacio y las relaciones de las actividades. Por ejemplo, conceptos como el almacenamiento descentralizado, las bahías de recepción múltiples, las entregas en los puntos de uso, la administración y las funciones de apoyo descentralizadas, la calidad en el origen, la fabricación celular, las estructuras organizacionales de apoyo y la adquisición y la producción de lotes pequeños, pueden desafiar las relaciones tradicionales de las actividades y reducir los requerimientos de flujo y de espacio. Algunas de las relaciones tradicionales de las actividades que se desafiarán son las oficinas centralizadas, un área de almacenamiento centralizada, una sola área de recepción y un área de reelaboración descentralizada. Los requerimientos de flujo se reducen con las entregas en los puntos de uso internos y externos, el almacenamiento de los inventarios en áreas descentralizadas cercanas a los puntos de uso, el movimiento de materiales controlado por estrategias tipo pulí 81


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con los kanbans y las celdas de fabricación. Se requiere menos espacio para los inventarios; equipo de producción, de almacenamiento y de administración; oficinas; estacionamientos, y cafeterías.

3.2 PLANIFICACIÓN DEPARTAMENTAL Para facilitar la comprensión de las relaciones de flujo, el espacio y las actividades, es útil introducir el tema de la planificación departamental. En este momento del proceso de planificación de plantas no nos interesan mucho las entidades organizacionales. Más bien, nos interesa formar departamentos de planificación, entre los cuales están los departamentos de las áreas de producción, de apoyo, administrativas y de servicios (llamados departamentos de planificación de producción, de apoyo, administrativos y de servicios). Los departamentos de planificación de la producción son los conjuntos de estaciones de trabajo que se van a agrupar durante el proceso de disposición de la planta. La formulación de las unidades organizacionales debe ir paralela a la formación de los departamentos de planificación. Si, por alguna razón, la colocación de las estaciones de trabajo viola ciertos objetivos organizacionales, deben hacerse modificaciones a la disposición. Como regla general, los departamentos de planificación se determinan al combinar estaciones de trabajo que realizan funciones "similares". La dificultad con esta regla general es la definición del término "similares", lo cual se puede referir a estaciones de trabajo que realizan operaciones en productos o componentes similares, o a estaciones de trabajo que efectúan procesos similares Dependiendo del volumen-variedad del producto, los departamentos de planificación de la producción también se clasifican como departamentos por productos, de ubicación fija de materiales, de familias de productos (o tecnología de grupos) y de procesos (figura 3.1). Como ejemplos de departamentos de planificación de la producción formados por una combinación de estaciones de trabajo que realizan operaciones sobre productos o componentes similares, considere los departamentos de una línea de producción de motores en bloque, los departamentos de ensamblado de fuselajes de aeronaves y los departamentos de hojas metálicas laminadas planas. Suponga que la producción cubrirá una demanda grande y estable de un producto estandarizado, como un bloque de motor. En tal situación, las estaciones de trabajo deben combinarse en un departamento de planificación, de modo que trabajen en conjunto todas las estaciones de trabajo requeridas para obtener el producto. El departamento de planificación de productos resultantes puede considerarse un departamento de línea de producción.

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Boleta de

Alto

Departamento de planificación de productos

Disposición por productos Mediana

Disposición por ubicación fija Departamento de planificación de ubicación fija de materiales Baja

Baja

Departamento de planificación de familia de productos

Disposición por tecnología de grupos

Disposición por procesos Departamento de planificación de procesos

Alta

Figura 3.1 Clasificación de la disposición por volumen-variedad.

Luego, suponga que existe una demanda baja y esporádica de un producto muy grande y difícil de mover, por ejemplo, el fuselaje de una aeronave. Las estaciones de trabajo deben combinarse en un departamento de planificación que incluya todas las estaciones de trabajo requeridas para obtener el producto y el área de actividades. Este tipo de departamento de planificación de productos se puede considerar un departamento de ubicación fija de materiales. Un tercer tipo de departamento de planificación de productos se puede identificar cuando existe una demanda mediana de un número mediano de componentes similares. Los componentes similares forman una familia de componentes que, en la terminología de la tecnología de grupos, se puede producir mediante un "grupo" de estaciones de trabajo. La combinación del grupo de estaciones de trabajo genera un departamento de planificación de productos que se considera un departamento por familia de productos. Los departamentos de corte de metales, de corte de engranajes y de fresado son ejemplos de departamentos de planificación basados en la combinación de estaciones de trabajo que contienen procesos "similares". Tales departamentos de planificación se denominan

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departamentos por procesos ya que se forman al combinar estaciones de trabajo que realizan procesos "similares". La dificultad al definir los departamentos por procesos está en la interpretación de la palabra "similares". Por ejemplo, en una planta que se especializa en la producción de engranajes, el fresado, el moldeado de engranajes y el torneado de ejes podrían no considerarse similares y cada actividad se agruparía en su propio departamento de planificación. Sin embargo, en una planta que produce mecanismos de interruptores mecánicos, estos mismos procesos podrían agruparse en dos, no en tres, departamentos de planificación: un departamento de corte de engranajes, que contiene los procesos similares de fresado y formado de engranajes y un departamento de torneado. Y en un caso más extremo, en una planta de muebles, todo el procesamiento de metales ocurriría en un departamento de planificación de procesamiento de metales. Por lo tanto, los mismos tres procesos podrían considerarse similares y agruparse en un solo departamento de planificación de procesos. La decisión acerca de cuáles estaciones de trabajo se considerarán similares depende no sólo de las estaciones de trabajo, sino también de las relaciones entre las mismas y entre las estaciones de trabajo y la planta general. Casi todas las plantas están formadas por una combinación de departamentos de planificación por productos y por procesos. Por ejemplo, en una planta que consta principalmente de departamentos de planificación por procesos que producen una gran variedad de productos poco relacionados, la ubicación detallada de las estaciones de trabajo individuales dentro de un departamento por procesos puede basarse en la filosofía de un departamento de planificación por productos. (Por ejemplo, todas las actividades de pintura pueden agruparse juntas en un departamento de procesos de pintado. Sin embargo, la disposición del departamento de pintado puede consistir en una línea de pintado diseñada con base en la filosofía de un departamento de planificación por productos.) Por el contrario, en una planta constituida principalmente por departamentos de planificación por productos que generan pocos productos estándar en volúmenes altos, podríamos encontrar varios componentes "especializados" producidos en departamentos de planificación por procesos. Debe utilizarse un método sistemático al combinar estaciones de trabajo en departamentos. Debe evaluarse cada producto y componente y debe determinarse el mejor método para combinar las estaciones de trabajo en departamentos de planificación. La tabla 3.1 resume las bases para combinar las estaciones de trabajo en departamentos de planificación. Entre los departamentos de planificación de apoyo, administrativos y de servicios están las oficinas y las áreas para almacenamiento, control de calidad, mantenimiento, procesos administrativos, cafeterías, vestidores, casilleros y demás. Los departamentos de planificación de apoyo, administrativos y de

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servicios se suelen tratar como departamentos por "procesos" (actividades similares realizadas dentro de cierta área). Las organizaciones que utilizan métodos de fabricación modernos combinan los departamentos de planificación de la producción, de apoyo, administrativos y de servicios para crear departamentos integrados de planificación de la producción, de apoyo, administrativa, y de servicios. Tabla 3.1 Guía de procedimientos para combinar estaciones de trabajo en departamentos de planificación

Si el producto

Está estandarizado y tiene una demanda grande y estable. Es físicamente grande, complicado de mover y tiene una demanda esporádica baja.

El tipo de departamento de planificación debe ser

Y el método de combinar estaciones de trabajo en departamentos de planificación debe ser

Una línea de producción, departamentos por productos.

Combinar todas las estaciones de trabajo requeridas para obtener el producto. Ubicación fija de materiales, Combinar todas las estaciones de departamentos por productos. trabajo requeridas para generar el producto con el área de actividades requeridas para preparar el producto.

Se puede agrupar en Producto familia familias de partes similares producto departamento producidas por un grupo de estaciones de trabajo.

Combinar todas las estaciones de trabajo requeridas para obtener la familia de productos.

Ninguna de las anteriores.

Combinar estaciones de trabajo idénticas en departamentos de planificación iníciales e intentar combinar los departamentos de planificación iníciales similares sin debilitar la relaciones importantes dentro de los departamentos.

Departamentos por procesos

Un gran número de empresas capacita a sus operarios en casi todas las funciones de apoyo, administrativas y de control para que puedan volverse autónomos. En estos casos, los operarios (llamados técnicos o asociados) junto con un facilitadorcoordinador, controlan la operación de la celda de fabricación con un mínimo de apoyo externo. Las relaciones de las actividades y los requerimientos de flujo y de espacio en una planta con equipos auto dirigidos serán totalmente diferentes a las de una planta con departamentos tradicionales de producción, apoyo y administrativos (menos requerimientos de material, personal, preparación de herramientas y trabajo administrativo y menos necesidades de espacio).

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Muchas compañías que utilizan métodos de fabricación modernos convierten sus plantas a combinaciones de departamento de planificación por productos y de familia de productos (tecnología de grupos). Las disposiciones de tecnología de grupos se combinan con conceptos justo a tiempo (JIT) en una disposición de fabricación celular.

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 que se necesitan para fabricar la familia de piezas se agrupan para formar una "celda". La fabricación celular implica el empleo de celdas de fabricación las cuales se forman de diversas maneras, la más popular conlleva agrupar máquinas, empleados, materiales, herramental 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 técnicas justo a tiempo (JIT), de administración de la calidad total (TQM). La implementación exitosa de celdas de fabricación requiere abordar aspectos de selección, diseño, operación y control. La selección alude a la identificación de los 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 materiales. La operación de una celda implica establecer los tamaños de los lotes, la programación, la cantidad de operarios, el tipo de operarios y el tipo de control de producción (push o pulí). Se han propuesto varios enfoques para abordar los aspectos de selección 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. La clasificación es el agrupamiento de las partes en clases o familias de partes con base en atributos de diseño y la codificación es la representación de estos atributos al asignarles números o símbolos. El análisis del flujo de producción es un procedimiento para formar familias de partes al analizar las secuencias de operación y la ruta de la producción de una parte o componente a través de la planta. Las metodologías de agrupamiento (clustering) se usan para integrar las partes de modo que se puedan procesar como una familia. Esta metodología detalla las partes y las máquinas en filas y en columnas y las intercambia con base en cierto criterio, como los coeficientes de similitud. Por ejemplo, el algoritmo de 86


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agrupamiento directo (DCA, siglas en inglés de direct clustering algorith) forma conjuntos agrupados basados en filas y columnas que se mueven de manera secuencial hacia la parte superior izquierda. Es importante señalar que la formación de celdas rara vez es responsabilidad del planificador de la planta. Más bien, la suele efectuar el ingeniero de fabricación junto con el planificador de la producción. La formación de celdas, el control de inventarios, la predicción de la demanda, el balanceo de la línea de ensamble y un sinnúmero de otros temas son de gran interés e importancia para la planificación de plantas. Sin embargo, en muy pocas ocasiones (o en ninguna) caen bajo el dominio del planificador de plantas. Debido a que la importancia y las aplicaciones de la fabricación celular están incrementándose y a que eso afectare manera significativa la disposición de una planta, se ha optado por explicar el tema mediante los ejemplos siguientes. Se limitara el tratamiento a la utilización del algoritmo de agrupamiento directo (DCA, direct clustering algorithm) desarrollado por Chan y Milner. La metodología del DCA se basa en una 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. La metodología DCA consta de los pasos siguientes: Paso 1. Ordenar las filas y las columnas. Sumar los 1s en cada columna y en cada fila de la matriz máquina-parte. Ordenar las filas (de arriba hacia abajo) en orden descendente de la cantidad de 1s en las filas y en las columnas (de izquierda a derecha) en orden ascendente de la cantidad de 1s en cada una. Donde hay un empate, romperlo en una secuencia numérica descendente.

# parte 1 2 3 4 5 6 # de 1s

1 1 1

# de máquina 2 3 4 1

5

1

1

1

1 2

1 2

1

1 1

3

2

2

# de 1s 2 1 3 2 1 2

Figura 3.2 Matriz máquina-parte para el ejemplo 3.1.

Paso 2. Ordenar las columnas. Comenzando con la primera fila de la matriz, correr a la izquierda de la matriz todas las columnas que tengan un 1 en la primera

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fila. Continuar el proceso una fila tras otra hasta que no haya oportunidad de correr las columnas. Paso 3. Ordenar las filas. Columna por columna, comenzando con la del extremo izquierdo, correr las filas hacia arriba cuando existan oportunidades de formar bloques de 1s. Paso 4. Formar celdas. Buscar oportunidades de formar celdas de modo que todo el procesamiento para cada parte ocurra en una sola celda.

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 dijo, 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 una secuencia numérica 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.

# parte 3 6 4 1 5 2 # de 1s

5 1 1

2

# de máquina 4 3 2 1 1 1 1 1 1 2

2

2

1

1 1 1 3

# de 1s 3 2 2 2 1 1

Figura 3.3 Matriz máquina-parte ordenada.

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# parte 3 6 4 1 5 2 # de 1s

5 1 1

2

# de máquina 4 3 1 1 1 1 1 1 1 2

2

2

1

# de 1s 3 2 2 2 1 1

1 1 1 3

Figura 3.4 Matriz máquina-parte ordenada por columnas

# parte 3 6 5 4 1 2 # de 1s

5 1 1

2

# de máquina 4 2 3 1 1 1 1 1 1 2

2

2

1

1 1 1 3

# de 1s 3 2 1 2 2 1

Figura 3.5 Matriz máquina-parte ordenada por filas.

# parte 3 6 5 4 1 2

5 1 1

# de máquina 4 2 1 1 1 1

3

1

1 1

1 1 1

Figura 3.6 Formación de dos celdas.

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, sólo puede correrse la columna para la máquina 2. Éste es el único

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corrimiento de 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 o 4, la primera fila que se moverá es la de 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.

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 o 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 la parte 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.

# parte 1 2 3 4 5 6 # de 1s

1 1 1

# de máquina 2 3 4 1

5

1

1

1

1 2

1 2

1 1 3

2

1 1 3

# de 1s 2 1 3 2 2 2

Figura 3.7 Matriz máquina-parte

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# parte 3 6 5 4 1 2 # de 1s

5 1 1

2

# de máquina 4 3 2 1 1 1 1 1 1 1 2

2

1

1 1 1 3

3

# de 1s 3 2 1 2 2 1

Figura 3.8 Matriz máquina-parte ordenada

# de máquina # parte

5 3 1 6 1 5 4 1 2

4 1 1

2

# de máquina

# de máquina 3

1

1

# parte

1

1 1 1 (a)

1 1 1

5

4

2

3

1

1 1

6

1

1

5

1

4 1 2

3

1 1 1

1

5 3 1 6 1 5 4 1 2

# parte

1 1

4 1 1

2 1

3

1

1 1 1

1

1 1 1

1 (b)

(c)

Figura 3.9 Formación de celdas con las máquinas 2 o 3.

En la opción que se presenta en la figura 3.9 b, las máquinas 2, 4 y 5, pueden constituir una celda y las máquinas 1 y 3 pueden formar otra; en este caso, debe resolverse el maquinado de la parte 5 en la máquina 2. Por último, como se presenta en la figura 3.9 c, se puede usar la formación celular de la 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. Al examinar la figura 3.9 a, 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.

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Otra opción es duplicar la máquina 2 y colocarla en cada celda, igual que en la figura 3.10 a. O bien, como se aprecia en la figura 3.10 b, 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 partes 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 un medio natural de resolver el conflicto. 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.

# parte

3 6 5 4 1 2

5 1 1

# de máquina 4 2a 2b 1 1 1 1

3

1 1 1

1

1 1 1

(a)

# parte

3 6 5 4 1 2

# de máquina 5 4 2a 2b 1 1 1 1 1 1 1

3

1

1 1

1 1 1

(b)

Figura 3.10 Formación de celdas con duplicados de (a) la máquina 2 y (b) la máquina 3.

3.3 RELACIONES DE LAS ACTIVIDADES Las relaciones de las actividades aportan la base para muchas decisiones en el proceso de planificación de plantas. Las primeras relaciones consideradas son: 1. Las relaciones organizacionales, influidas por el rango de control y las relaciones de emisión de reportes. 2. Las relaciones de flujo, entre ellas el flujo de materiales, de personas, de equipo, de información y de dinero. 3. Las relaciones de control, incluyendo el control de materiales centralizado comparado con el descentralizado, el control del inventario en tiempo real comparado con lotes, el control del piso de taller y los niveles de automatización e integración.

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4. Las relaciones ambientales, entre ellas, consideraciones de seguridad y temperatura, ruido, emanaciones, humedad y polvo. 5. Las relaciones de procesos diferentes a las consideradas antes, como la carga en los pisos, los requerimientos para tratamiento de aguas, el procesamiento de químicos y los servicios especiales. Varias relaciones se pueden expresar de manera cuantitativa, otras deben expresarse en forma cualitativa. Por ejemplo, las relaciones de flujo suelen expresarse en términos de la cantidad de movimientos por hora, la cantidad de artículos que se moverán por turno, la tasa de rotación del inventario, la cantidad de documentos procesados por mes y los gastos mensuales de mano de obra y materiales. Se acostumbra representar de manera formal las relaciones organizacionales mediante un organigrama. Sin embargo, casi siempre existen relaciones organizacionales informales que deben considerarse al establecer las relaciones de actividades para una organización. Por ejemplo, puede parecer que el control de calidad tiene una relación organizacional limitada con la función de recepción en el almacén; no obstante, debido a que se requiere que interactúen de manera cercana, se pueden desarrollar relaciones organizacionales informales entre las dos funciones. Las reestructuraciones organizacionales basadas en métodos de fabricación modernos y motivadas por una mayor competencia internacional descentralizan y reasignan funciones. El planificador de diseño de plantas necesita tomar en cuenta tales posibilidades. Las relaciones de flujo son muy importantes para el planificador de plantas, quien observa el flujo como el movimiento de artículos, materiales, energía, información y/o personas. El movimiento de refrigeradores desde el fabricante a través de varios niveles de distribución hasta el cliente final es un importante proceso de flujo. La transmisión de pedidos de ventas desde el departamento de ventas hasta el departamento de control de la producción es un ejemplo de un proceso de flujo de información. El movimiento de pacientes, personal y visitantes dentro un hospital son ejemplos de procesos de flujo relacionados con personas. Las situaciones descritas son procesos de flujo discreto en donde elementos individuales discretos se mueven mediante el proceso de flujo. Un proceso de flujo continuo se diferencia de un proceso de flujo discreto en que el movimiento de aquél es perpetuo. Entre los ejemplos de procesos de flujo continuo están el flujo de la electricidad, el flujo de productos químicos dentro de una planta de procesamiento y el flujo de petróleo a través de conductos. Aunque muchos de los conceptos descritos en el texto se aplican a los procesos de flujo continuo, el énfasis principal está en los procesos del flujo discreto.

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Un proceso de flujo se describe en términos del sujeto de flujo, de los recursos que originan el flujo y de las comunicaciones que coordinan los recursos. El sujeto es el artículo que se procesará. Los recursos que originan el flujo son las plantas de procesamiento y de transporte requeridas para lograr el flujo necesario. Entre las comunicaciones que coordinan los recursos están los procedimientos que facilitan la administración del proceso de flujo. El enfoque adoptado para un proceso de flujo depende de la variedad de los sujetos, los recursos y las comunicaciones que existan en una situación específica. Si el proceso de flujo que está siendo considerado es el flujo de materiales hacia una planta de fabricación, se suele considerar el proceso de flujo como un sistema de administración de materiales. Los sujetos de los sistemas de administración de materiales son los materiales, las piezas y los suministros adquiridos por una empresa y requeridos para generar sus productos. Los recursos de los sistemas de administración de materiales incluyen: 1. El control de la producción y las funciones de adquisiciones 2. Los vendedores 3. El equipo de transporte y de manejo de materiales requerido para mover los materiales, las piezas y los suministros 4. Las funciones de recepción, almacenamiento y contabilidad.

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Simbología Sujeto del flujo

Pronósticos de producción

Recursos Control de la producción

Comunicaciones

Requisiciones de abasto

Departamento de adquisiciones

Registros de inventarios

Ordenes de compra Kanbans Pago del pedido

Vendedores Póliza de Embarque

Transporte Póliza de Embarque

Departamento de recepción

contabilidad

Boleta de movimiento Kanbans

Administración de materiales

Departamento de tiendas Figura 3.11 Sistema de administración de materiales.

Entre las comunicaciones dentro de los sistemas de administración de materiales están los pronósticos de producción, los registros de inventarios, las requisiciones de abasto, las órdenes de compra, las pólizas de embarque, las boletas de movimiento, los informes de recepción, los kanbans, el intercambio electrónico de datos (EDI) y el pago de los pedidos. La figura 3.11 contiene un esquema de un sistema de administración de materiales.

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Si el flujo de materiales, piezas y suministros dentro de una planta de fabricación va a ser el sujeto del proceso de flujo, el proceso se denomina sistema de flujo de materiales. El tipo de sistema de flujo de materiales se determina con base en la estructura de las actividades o los departamentos de planificación entre los que fluye el material. Existen cuatro tipos de departamentos de planificación de la producción. 1. 2. 3. 4.

Los departamentos de línea de producción. Los departamentos de ubicación fija de materiales. Los departamentos por familia de productos. Los departamentos por procesos.

La figura 3.12 contiene los sistemas de flujo de materiales más frecuentes para cada tipo de departamento.

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T I E N D A S

Torno

Taladro

Esmeril

Prensa

Dobladora

Taladro

Fresadora

Taladro

Torno

Torno

Taladro

Taladro

E N S A M B L E

A L M A C E N

(a)

T

Torno

Prensa

Esmeril

Pintura

Ensamblado

I E N D A

Soldadora

A L M A C E N

S

(b) Torno

Taladro

Esmeril

A

Ensamblado

L M

T I

Fresadora

Ensamblado

Soldadora

Pintura

A

E N

C Prensa

Torno

Taladro

Prensa

Ensamblado

D A

E N

Esmeril

Taladro

Ensamblado

Pintura

Ensamblado

S

(c)

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Torno

T I E N D A S

Torno

Taladro

Soldadora

Torno

Torno

Taladro

Pintura

Fresadora

Fresadora

Esmeril

Ensamblado

Fresadora

Fresadora

Esmeril

Ensamblado

Soldadura

Pintura

A L M A C É N

(d) Figura 3.12 Sistemas de flujo de materiales para diversos tipos de departamentos. (a) Departamentos de planificación por productos. (b) Departamentos de planificación por ubicación fija de materiales. (c) Departamento de planificación de familias de productos. (d) Departamentos de planificación de procesos.

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Simbología

Programa de producción

Control de la producción

Sujeto del flujo Recursos Comunicaciones

Emisión de orden de trabajo

Tiendas Boleta de movimiento Kanbans

Registros de almacén

Manejo de materiales Boleta de movimiento Hojas de ruta Kanbans

Departamentos de fabricación Boleta de movimiento Diagrama de ensamble

Departamento de ensamblado

Almacén

Figura 3.13 Sistema de flujo de materiales.

Los sujetos de los sistemas de flujo de materiales son los materiales, las piezas y los suministros empleados por una empresa para fabricar sus productos. Entre los recursos de los sistemas de flujo de materiales están: 1. Los departamentos de control de la producción y control de calidad 2. Los departamentos de fabricación, ensamblado y almacenamiento 3. El equipo de manejo de materiales requerido para mover materiales, piezas y suministros 4. El almacén 99


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Entre las comunicaciones dentro del sistema de flujo de materiales están: los programas de producción, las emisiones de órdenes de trabajo, las boletas de movimientos, los kanbans, los códigos de barras, las hojas de ruta, los diagramas de ensamble y los registros del almacén. La figura 3.13 contiene un esquema del sistema de flujo de materiales. Si el flujo de productos desde (que se origina en) una planta de fabricación es el sujeto del flujo, el proceso de flujo se denomina sistema de distribución física. El sujeto de los sistemas de distribución física son los artículos terminados producidos por la empresa. Entre los recursos de los sistemas de distribución física están: 1. El cliente 2. Los departamentos de ventas y de contabilidad y los almacenes 3. El equipo de manejo y transporte de materiales requerido para mover el producto terminado 4. La distribución del producto terminado

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Simbología Sujeto del flujo

Cliente

Recursos Pedido de venta Kanbans

Comunicaciones

Departamento de ventas Lista de selección

Pago

Almacén

Emisión de embarque

Manejo de materiales Informe de embarque

Contabilidad

Póliza de embarque Transporte Póliza de embarque Distribuidores Póliza de embarque Transporte

Figura 3.14 Sistema de distribución física.

Entre las comunicaciones dentro del sistema de distribución física están: los pedidos de venta, las listas de empaque, los informes de embarque, las emisiones de embarques, los kanbans, las facturas EDI y las pólizas de embarque. La figura 3.14 presenta un esquema de un sistema de distribución física. La administración de materiales, el flujo de materiales y el sistema de distribución física pueden combinarse en un sistema de flujo general. Tal sistema se denomina sistema de logística. La figura 3.15 contiene un esquema del flujo de logística.

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Vendedor

Sistema de administración de materiales

Sistema de flujo de materiales

Sistema de distribución física

Cliente Figura 3.15 Sistema de logística.

Los métodos modernos de fabricación repercuten en los sistemas de logística de diversas maneras. Por ejemplo, algunos proveedores ubican las plantas más cerca del cliente para entregar lotes más pequeños; los clientes emplean sistemas de intercambio electrónico de datos y kanbans para solicitar materiales justo a tiempo; los clientes y los proveedores emplean tecnologías de comunicación continua con los operarios de sistemas de transporte para evitar contingencias; los productos se entregan en bahías de recepción múltiples; los productos se reciben en áreas de almacenamiento descentralizadas (supermercados) en los puntos de uso; en muchos casos, no se efectúa una inspección de la revisión (los proveedores se han certificado) y no se requiere papeleo; los operarios de producción recuperan los materiales de los supermercados cuando se requiere; los productos se trasladan distancias cortas en las celdas de fabricación y/o las disposiciones de planificación de productos; y se usan alternativas más sencillas de manejo de materiales y de equipo de almacenamiento para recibir, guardar y mover materiales (los operarios de producción efectúan operaciones de recuperación y manejo desde los supermercados y entre los procesos). Estos cambios crean sistemas de logística eficientes con tiempos de preparación más breves, costos más bajos y mejor calidad.

102 102 102


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3.4 PATRONES DE FLUJO Las consideraciones de macroflujo de manejo de materiales, flujo de materiales, distribución física y logística son de valor para el planificador de plantas porque definen el ambiente general del flujo dentro de cada movimiento que ocurre. Dentro del ambiente general del flujo, una consideración fundamental es el patrón de flujo. Los patrones de flujo pueden considerarse desde la perspectiva del flujo dentro de las estaciones de trabajo, dentro de los departamentos y entre ellos.

El flujo dentro de las estaciones de trabajo Los estudios de movimientos y las consideraciones ergonómicas son importantes al establecer el flujo dentro de las estaciones de trabajo. Por ejemplo, el flujo dentro de una estación de trabajo debe ser simultáneo, simétrico, natural, técnico y habitual. Un flujo simultáneo implica la utilización coordinada de manos, brazos y pies. Las manos, los brazos y los pies deben comenzar y terminar sus movimientos juntos y no deben estar inactivos en un mismo momento, excepto durante periodos de descanso. El flujo simétrico es el resultado de coordinar los movimientos en relación con el centro del cuerpo. Las manos y los brazos izquierdos y derechos deben funcionar coordinados. Los patrones de flujo naturales son la base para los patrones de flujo rítmico y habitual. Los movimientos naturales son continuos, curvos y utilizan el impulso. Un flujo rítmico y habitual implica una secuencia de actividades metódica y automática. Asimismo, los patrones de flujo rítmico y habitual reducen la fatiga mental, visual y muscular, al igual que la tensión.

(a)

(b)

(c)

Figura 3.16 Patrones de flujo generales, (a) En línea recta, (b) En forma de U. (c) En forma de S. (d) En forma de W.

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El flujo entre los departamentos Por lo común, el flujo entre los departamentos es un criterio empleado para evaluar el flujo general dentro de una planta. El flujo suele consistir en una combinación de los cuatro esquemas de flujo generales de la figura 3.16. Una consideración importante al combinar los patrones de flujo que aparecen en la figura 3.16 es la ubicación de la entrada y la salida. Como resultado del plan de trazado o de construcción del edificio, la ubicación de la entrada (el departamento de recepción) y de la salida (el departamento de embarque) casi siempre están fijos en cierta ubicación y el flujo dentro de la planta se apega a estas restricciones. La figura 3.17 presenta algunos ejemplos de cómo se planifica el flujo dentro de una planta para cumplir con las restricciones de la entrada y la salida.

(a)

(b)

(c)

Figura 3.17 Flujo dentro de una planta considerando las ubicaciones de ía entrada y la salida, (a) En la misma ubicación, (b) En lados adyacentes, (c) En el mismo lado, pero en extremos opuestos, (d) En lados opuestos.

104 104 104


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Un aspecto importante de diseño en las plantas justo a tiempo es establecer la cantidad apropiada de bahías de recepción/embarque y de áreas de almacenamiento descentralizadas (supermercados) y su ubicación. Cada combinación de cantidad y ubicación de bahías de recepción/embarque y supermercados debe analizarse con detalle tomando en cuenta alternativas de disposición-administración integradas para identificar el impacto en el flujo, el tiempo, el costo y la calidad.

3.5 LA PLANIFICACIÓN DEL FLUJO Una planificación eficaz del flujo requiere combinar los patrones de flujo con pasillos adecuados para obtener un movimiento progresivo del origen al destino. El flujo eficaz dentro de una planta incluye el movimiento progresivo de los materiales, la información, o las personas entre los departamentos. Un flujo eficaz dentro de un departamento conlleva el movimiento progresivo de los materiales, la información, o las personas entre las estaciones de trabajo. El flujo eficaz dentro de una estación de trabajo implica el movimiento progresivo de los materiales, la información, o las personas de un extremo a otro de la estación de trabajo. La planificación eficaz del flujo es un proceso de planificación jerárquica. El flujo eficaz dentro de una planta se supedita al flujo eficaz entre los departamentos. Éste depende del flujo eficaz dentro de los departamentos, el cual se sujeta al flujo eficaz dentro de las estaciones de trabajo. Esta jerarquía se presenta en la figura 3.18. La planificación de un flujo eficaz dentro de la jerarquía requiere analizar los esquemas de flujo y los principios de flujo. Morris define un principio como "simplemente una afirmación vaga de que algo observado es cierto en ocasiones, pero no siempre". Se ha observado que los principios siguientes a menudo producen un flujo eficaz: maximizar las trayectorias de flujo dirigidas, minimizar el flujo y minimizar los costos del flujo. Una trayectoria de flujo dirigida es una trayectoria de flujo continua que avanza directamente del origen al destino. Una trayectoria de flujo continua es aquella que no cruza otras trayectorias. La figura 3.19 ilustra la congestión y las intersecciones indeseables que pueden ocurrir cuando se interrumpen las trayectorias de flujo. Una trayectoria de flujo dirigida que avanza del origen al destino es una trayectoria de flujo sin retrocesos.

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Figura 3.18 Jerarquía de planificación del flujo.

A

B

C

D

E

F

G

H

C

H

D

G

(a) A

B

E

F

(b)

Figura 3.19 Impacto de las interrupciones en las trayectorias de flujo, (a) Trayectorias de flujo continuas, (b) Trayectorias de flujo interrumpidas.

El principio de minimizar el flujo representa el método de simplificación del trabajo para el flujo de materiales. El método de simplificación del trabajo para el flujo de materiales incluye:

106 106 106


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1. Eliminar el flujo al planificar la entrega de materiales, información, o personas directamente al punto de uso final y eliminar los pasos intermedios. 2. Minimizar los flujos múltiples al planificar que el flujo entre dos puntos de uso consecutivos ocurra en la menor cantidad posible de movimientos, de preferencia uno solo. 3. Combinar, cuando sea posible, los flujos y las operaciones al planificar el movimiento de los materiales, la información, o las personas que van a interactuar con un paso del proceso. El principio de minimizar el costo del flujo puede considerarse desde las dos perspectivas siguientes: 1. Minimizar el manejo manual al reducir el desplazamiento, las distancias de viaje manuales y los movimientos. 2. Eliminar el manejo manual al mecanizar o automatizar el flujo para permitir que los trabajadores dediquen todo su tiempo a las tareas asignadas.

3.6 MEDICIÓN DEL FLUJO El flujo entre los departamentos es uno de los factores más importantes en la disposición de los departamentos dentro de una planta. Para evaluar las disposiciones alternas debe establecerse una medida de flujo. Los flujos se pueden especificar de una manera cualitativa o cuantitativa. Las medidas cuantitativas incluyen las piezas por hora, los movimientos por día, o las libras por semana. Las medidas cualitativas abarcan desde la necesidad absoluta de que dos departamentos estén cercanos entre sí hasta la preferencia de que dos departamentos no lo estén. En las plantas que manejan grandes volúmenes de materiales, información y personas en movimiento entre los departamentos, una medida cuantitativa del flujo será la base para la disposición de los departamentos. Por el contrario, en las plantas que poseen muy pocos movimientos reales de materiales, información y personas entre los departamentos, pero que tienen información e interrelaciones organizacionales significativas, una medida cualitativa del flujo será la base para la disposición de los departamentos. Con más frecuencia, una planta necesitará medidas cuantitativas y cualitativas del flujo y deberá emplear ambas medidas. Un diagrama útil en la medición de flujo es la tabla de millaje de la figura 3.20. Observe que la diagonal de la tabla de millaje está en blanco, porque es ilógica la pregunta "¿Qué distancia hay de Nueva York a Nueva York?". Además, la tabla de millaje es una matriz simétrica. (Las tablas de distancias no tienen que ser simétricas; si se utilizan pasillos o vías de un sentido, la distancia entre dos puntos 107


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rara vez será simétrica.) En la figura 3.20, hay 963 millas de Boston a Chicago y también 963 millas de Chicago a Boston. Si esto ocurre, casi siempre el formato de la tabla de millaje se cambia a una matriz triangular como la de la figura 3.21.

Boston

Chicago

Dallas

Nueva York

Pittsburgh

Raleigh

San Francisco, CA

Medición cuantitativa del flujo. Los flujos se miden de manera cuantitativa en términos de la cantidad trasladada entre los departamentos. La tabla más utilizada para registrar estos flujos es una tabla desde-hacia (origen-destino). Como se aprecia en la figura 3.22, una tabla desde-hacia se parece a la tabla de millaje de la figura 3.20.

1037

674

795

841

687

372

2496

963

1748

206

561

685

3095

917

802

452

784

2142

1552

1204

1166

1753

368

489

2934

445

2578

Atlanta

De A

Atlanta Boston

1037

Chicago

674

963

Dallas

795

1748

917

Nueva York

841

206

802

1552

Pittsburgh

687

561

452

1204

368

Raleigh

372

685

784

1166

489

445

San Francisco C.A

2496

3095

2142

1753

2934

2578

2843 2843

Figura 3.20 Tabla de millaje.

108 108 108


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Atlanta, GA 1037

Boston, MA

674 963

795

Chicago, IL

1748 917

841

Dallas, TX 1552

368

784 1166

489

3095 2142

1753 2934

445

Raleigh, PA

2496

685

452 1204

Pittsburgh, PA

372

561

802

Nueva York, PA

687

206

2578 2843

San Francisco, CA

Figura 3.21 Tabla de millaje triangular.

La tabla desde-hacia es una matriz cuadrada, pero rara vez es simétrica. La falta de simetría se debe a que no hay una razón definida para que los flujos de las tiendas a los talleres sean iguales que los flujos de los talleres a las tiendas.

3.7 REQUERIMIENTOS DE ESPACIO Tal vez la determinación más difícil en la planificación de plantas es la cantidad de espacio requerido en la planta. El momento del diseño para una planta suele representar de 5 a 10 años en el futuro. En general, existe gran incertidumbre en relación con el impacto de la tecnología, la mezcla de productos cambiante, los niveles cambiantes de demanda y los diseños organizacionales para el futuro. Debido a ello, las personas en la organización tienden a "darse un colchón" y a ofrecer estimados inflados de los requerimientos de espacio. Después, el planificador de plantas tiene la difícil tarea de proyectar los verdaderos requerimientos de espacio para un futuro incierto. Para complicar más las cosas, existe la ley de Parkinson. A grandes rasgos, afirma que las cosas crecerán para llenar toda la capacidad disponible más pronto de lo que se planifica. Por lo tanto, aunque la planta se desarrolle con espacio suficiente para el futuro, cuando llegue el futuro no habrá espacio disponible para ella. 109


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Debido a la naturaleza del problema relacionado con la determinación de los requerimientos de espacio, se recomienda que se aborde de manera sistemática. Para ser más precisos, los requerimientos de espacio deben desarrollarse "de abajo hacia arriba". Al establecer los requerimientos de espacio para actividades de almacenamiento, deben tomarse en cuenta los niveles de inventario, las unidades de almacenamiento, los métodos y estrategias de almacenamiento, los requerimientos del equipo, las limitaciones del edificio y los requerimientos de personal. En los ambientes de fabricación y de oficina, primero deben determinarse los requerimientos de espacio de las estaciones de trabajo individuales; a continuación, deben determinarse los requerimientos de los departamentos, con base en el conjunto de estaciones de trabajo en cada departamento. Los métodos de fabricación modernos cambian drásticamente los requerimientos de espacio en la producción, las áreas de almacenamiento y las oficinas. Específicamente, los requerimientos de espacio se reducen porque: 1) los productos se entregan en los puntos de uso en lotes y en unidades de carga más pequeñas; 2) las áreas de almacenamiento descentralizadas se ubican en los puntos de uso; 3) se realizan menos inventarios (los productos se "jalan" de los procesos anteriores mediante kanbans y se han eliminado las ineficacias internas y externas); 4) se emplean disposiciones más eficientes (es decir, las celdas de fabricación); 5) las empresas se reducen de tamaño (en fábricas concentradas, estructuras organizacionales más simples, descentralización de funciones, empleados multifúncionales, ambientes de equipo de alto rendimiento), y 6) se comparten las oficinas y se utilizan las telecomunicaciones.

La especificación de una estación de trabajo En el capítulo 1 se definió que una planta incluía los activos fijos que se necesitan para lograr un objetivo específico. Debido a que una estación de trabajo está formada por los activos fijos necesarios para realizar operaciones específicas, una estación de trabajo se considera una planta. Aunque tiene un objetivo más reducido, la estación de trabajo es muy importante. La productividad de una empresa está estrechamente relacionada con la productividad de cada estación de trabajo. Al igual que todas las plantas, una estación de trabajo incluye espacio para el equipo, materiales y el personal. El espacio del equipo para una estación de trabajo consiste en el espacio para:

110 110 110


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1. 2. 3. 4.

El equipo El desplazamiento de las mรกquinas El mantenimiento de las mรกquinas Los servicios de la planta

Los requerimientos de espacio del equipo se obtienen con facilidad a partir de las hojas de datos de la maquinaria. Para las mรกquinas que ya estรกn en operaciรณn, las hojas de datos de la maquinaria se consiguen a partir de los registros histรณricos del equipo del departamento de mantenimiento o de los registros del inventario del equipo del departamento de contabilidad. Para las mรกquinas nuevas, las hojas de datos de la maquinaria se adquieren por medio del proveedor del equipo. Si no existen hojas de datos de la maquinaria, debe efectuarse un inventario fรญsico para determinar cuando menos lo siguiente:

1. El fabricante y el tipo de la mรกquina 2. El modelo y el nรบmero de serie de la mรกquina 3. La ubicaciรณn de los mecanismos de paro de la mรกquina 4. Los requerimientos de carga para el piso 5. La altura estรกtica en el punto mรกximo 6. El recorrido vertical mรกximo 7. La anchura estรกtica en el punto mรกximo 8. El recorrido mรกximo a la izquierda 9. El recorrido mรกximo a la derecha 10.La profundidad estรกtica en el punto mรกximo 11.El recorrido mรกximo hacia el operario 12.El recorrido mรกximo en sentido contrario al operario 13.Los requerimientos y las รกreas de mantenimiento 14.Los requerimientos y las รกreas de servicio en la planta Los requerimientos de รกrea de taller para cada mรกquina, incluyendo el desplazamiento de la mรกquina, se establecen al multiplicar la anchura total (la anchura estรกtica mรกs el recorrido mรกximo a la izquierda y a la derecha) por la profundidad total (la profundidad estรกtica mรกs el recorrido mรกximo hacia y desde el operario). Para el requerimiento del รกrea de taller de la mรกquina, agregue los requerimientos de รกrea de mantenimiento y de servicio en la planta. La suma resultante representa el รกrea de maquinaria total para una mรกquina. La suma de las รกreas de maquinaria para todas las mรกquinas dentro de una estaciรณn de trabajo proporciona el requerimiento de รกrea de maquinaria para la estaciรณn de trabajo. Las รกreas de materiales para una estaciรณn de trabajo consisten en el espacio para:

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1. 2. 3. 4. 5.

Recibir y almacenar los materiales que llegan Los materiales en proceso Almacenar los materiales que salen y que se embarcan Almacenar y embarcar los desechos y los desperdicios Las herramientas, los soportes, los portapiezas, los dados y los materiales de mantenimiento

Con el fin de determinar los requerimientos de área para recibir y almacenar materiales, los materiales en proceso y almacenar y embarcar materiales, deben conocerse las dimensiones de las cargas unitarias que se van a manejar y el flujo de materiales a través de las máquinas. Debe asignarse espacio suficiente para la cantidad de cargas unitarias que suelen entrar y salir para guardarse en la máquina. Si se incluye una zona de conservación de inventario dentro de un departamento para los materiales que entran y salen, se debe proporcionar espacio para sólo dos unidades de carga antes de la máquina y dos unidades de carga después de la máquina. Dependiendo del sistema de manejo de materiales, el requerimiento mínimo de espacio puede incluir el requerido para una carga unitaria que se va a trabajar después, una carga unitaria desde la que se trabaja, una carga unitaria hacia la que se trabaja y una carga unitaria que se ha terminado. Tal vez se necesite espacio adicional para permitir que los materiales en proceso se pongan en la máquina, para que el material, como por ejemplo, en el caso de inventario de barras, se extienda más allá de la máquina, y para el retiro de material de la máquina. Debe proporcionarse espacio para retirar los desechos (virutas, recortes, etc.) y desperdicios (piezas defectuosas) de la máquina y para mantenerlos antes de sacarlos de la estación de trabajo. Las organizaciones que emplean kanbans han mencionado que necesitan menos espacio para los materiales. Sólo suelen tener cerca de la estación de trabajo dos contenedores o tarimas de materiales, y conservan el resto de los materiales (regulados por el número de kanbans) en un área de almacenamiento descentralizado (supermercados) cercana. Para establecer el requerimiento total del área para materiales, la única información que falta de agregar a lo ya mencionado es el espacio que se necesita para las herramientas, los soportes, los portapiezas, las matrices y los materiales de mantenimiento. Una decisión en relación con el almacenamiento de herramientas, soportes, portapiezas, matrices y materiales de mantenimiento en la estación de trabajo o en un área de almacenamiento central tendrá una relación directa con las necesidades de espacio. Cuando menos, debe proporcionarse espacio para acumular las herramientas, los soportes, los portapiezas, las matrices y los materiales de mantenimiento que se requieren cuando se altera la disposición de la máquina.

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Conforme crece el número de disposiciones para una máquina, también se incrementan los requerimientos de la estación de trabajo para herramientas, soportes, portapiezas, matrices y materiales de mantenimiento. Asimismo, desde los puntos de vista de la seguridad, los daños y el espacio, aumenta la conveniencia de un área de almacenamiento central. Por lo tanto, las organizaciones deben asignar espacio para las estaciones de trabajo de acuerdo con los conceptos que se emplearán. El área de personal para una estación de trabajo consiste en espacio para: 1. El operario 2. El manejo de materiales 3. La entrada y la salida del operario Los requerimientos de espacio para el operario y para el manejo de materiales dependen del método utilizado para efectuar la operación. El método debe elegirse mediante un estudio de movimientos de la tarea y un estudio ergonómico del operario. Se ofrecen los siguientes lineamientos generales para ilustrar los factores que deben tomarse en cuenta. 1. Las estaciones de trabajo deben diseñarse de modo que el operario pueda levantar y retirar los materiales sin caminar o hacer flexiones prolongadas o complicadas. 2. Las estaciones de trabajo deben diseñarse para la utilización eficiente y eficaz del operario. 3. Las estaciones de trabajo deben diseñarse para minimizar el tiempo dedicado al manejo manual de los materiales. 4. Las estaciones de trabajo deben diseñarse para maximizar la seguridad, la comodidad y la productividad del operario. 5. Las estaciones de trabajo deben diseñarse para minimizar los riesgos, la fatiga y la tensión visual. Además del espacio que se requiere para el operario y para el manejo de materiales, debe asignarse espacio para que el operario entre y salga. Se necesita un pasillo con un mínimo de 75 cm para que el operario se desplace alrededor de los objetos estacionarios. Si el operario camina entre un objeto estacionario y una máquina en funcionamiento, se precisa un pasillo con un mínimo de 90 cm. Si el operario camina entre dos máquinas en funcionamiento, se requiere un pasillo con un mínimo de 105 cm.

La especificación de un departamento Una vez acordados los requerimientos de espacio para las estaciones de trabajo individuales, se pueden establecer los requerimientos de espacio para cada 113 113 113


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departamento. Para hacer esto, necesitamos determinarlos requerimientos de servicios para los departamentos. Las necesidades de las áreas departamentales no son simplemente la suma de las áreas de las estaciones individuales incluidas dentro del departamento. Es muy posible que se compartan áreas de almacenamiento, matrices, mantenimiento de equipos, sevicios de la planta, artículos de limpieza, áreas de almacenamiento, operarios, piezas de repuesto, tableros de kanbans, tableros de información, comunicación y reconocimiento, tableros de problemas y señales de prevención para ahorrar espacio de recursos . Sin embargo, debe tenerse cuidado para asegurar que no se generen interferencias operativas al intentar combinar las áreas que necesitan las estaciones de trabajo individuales. Se requiere espacio adicional dentro de cada departamento para el manejo de materiales en su interior. Los requerimientos de espacio de pasillos no se pueden determinar con exactitud, porque todavía no se han definido por completo las configuraciones de los departamentos, la alineación de las estaciones de trabajo y el sistema de manejo de materiales. No obstante, en este punto podemos hacer un cálculo aproximado de las necesidades de espacio para los pasillos, dado que se conocen los tamaños relativos de las cargas que se manejarán. La tabla 3.2 ofrece una guía que sirve para estimar los requerimientos de espacio de pasillos. Los requerimientos de servicios departamentales son iguales a la suma de los requerimientos de servicios para las estaciones de trabajo individuales que se incluirán en un departamento. Estos requerimientos, al igual que los requerimientos de las áreas departamentales, deben registrarse en una hoja de requerimientos de servicios y de áreas departamentales. Dicha hoja se presenta en la figura 3.22. Tabla 3.2 Los estimados de holguras para pasillos

a.

Si la carga más grande es

El porcentaje de holguras a del pasillo es

Menor de 6 pies cuadrados Entre 6 y 12 pies cuadrados Entre 12 y 18 pies cuadrados Mayor de 18 pies cuadrados

5 -10 10 -20 20-30 30 -40

Expresado como un porcentaje del área neta requerida para el equipo, el material y el personal.

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HOJA DE REQUERIMIENTOS DE SERVICIOS Y DE AREAS DEPARTAMENTALES Requerimientos de servicios Estación de trabajo

Cant.

Torno de resolver

Corriente eléctrica

Aire comprimido

5

440 V AC

10 CFM @ 100 psi

Máquina destornillador

6

440 V AC

Mandril

2

440 V AC

Carga para el piso

Área (pies cuadrados) Altura

Equipo

Material

Personal

Total

150 PSF

49

240

100

100

440

10 CFM @ 100 psi

190 PSF

49

280

240

120

640

10 CFM @ 100 psi

150 PSF

59

60

100

40

200

Otros

Área neta requerida 1280 Holgura de pasillos de 13 % 167 Área total requerida 1447

Figura 3.22 Hoja de requerimientos de servicios y de áreas departamentales

115 115 115


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Ejemplo 3.5 Un departamento de planificación para la compañía ABC está formado por 13 máquinas que realizan operaciones de torneado. El departamento de planificación incluye cinco tornos de revólver, seis máquinas destornilladoras automáticas y dos mandriles. Se entrega para las máquinas materia prima en barras, en paquetes de 8 pies. Las "huellas" para las máquinas son de 4 X 12 pies para los tornos de revólver, 4 X 14 pies para las máquinas destornilladoras y 5 X 6 pies para los mandriles. Se utilizan huellas de espacio para el personal de 4 X 5 pies. Se estima que los requerimientos para almacenamiento de materiales son de 20 pies cuadrados por torno de revólver, 40 pies cuadrados por máquina destornilladora y 50 pies cuadrados por mandril. Se emplea una holgura de espacio del pasillo de 13%. Los cálculos del espacio se resumen en la figura 3.22. Se requiere un total de 1 447 pies cuadrados de espacio de taller para el departamento de planificación. Si va a proporcionarse espacio en el departamento de clasificación para el escritorio de un supervisor, debe agregarse al total del equipo, los materiales, el personal y los pasillos. Observe que, en este ejemplo, la compañía ABC organizó las máquinas en un departamento de planificación de procesos y que el diseño no incluye provisiones para la preparación de herramientas, los tableros de información, el mantenimiento autónomo, los cambios rápidos, el aseguramiento de la calidad y las reuniones del equipo. También, se supone que se utilizan alternativas flexibles de equipo de manejo de materiales para mover los materiales, el inventario en proceso y los artículos terminados.

La disposición de los pasillos La ubicación de los pasillos en una planta debe promover un flujo eficaz. Los pasmos se clasifican como departamentales y principales. El análisis de los pasillos departamentales se pospondrá hasta que se establezca la disposición de los departamentos. La planificación de pasillos demasiado estrechos puede provocar plantas congestionadas con altos niveles de problemas en daños y seguridad. Por el contrario, planificar pasillos demasiado amplios desperdicia el espacio y debilita el mantenimiento. La anchura de los pasillos debe determinarse al analizar el tipo y el volumen de flujo que manejará el pasillo. El tipo de flujo se especifica al considerar las personas y los tipos de equipo que emplean el pasillo. La tabla 3.3 especifica las anchuras del pasillo para diferentes tipos de flujo. Si el flujo previsto para un pasillo indica que sólo en raras ocasiones ocurrirá un flujo al mismo tiempo en direcciones opuestas, las anchuras para los pasillos principales pueden obtenerse de la tabla 3.4. Sin embargo, si se prevé que en un pasillo a menudo ocurrirá un flujo en dos sentidos, la anchura del pasillo debe ser igual a la

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suma de las anchuras del pasillo requerida para los tipos de flujo en cada dirección. Tabla 3.3 Anchuras de pasillos recomendadas para diferentes tipos de flujo Tipo de flujo Tractores Montacargas de horquilla de 3 toneladas Montacargas de horquilla de 2 toneladas Montacargas de horquilla de 1 tonelada Camión para pasillo angosto Camión para plataforma manual Personal Personal con puertas que se abren hacia un solo lado del pasillo Personal con puertas que se abren hacia ambos lados del pasillo

Anchura del pasillo (pies)

12 11 10 9 6 5 3 6 8

3.8 PROBLEMAS 1. Explique cuál es el propósito de un sistema de administración de materiales, un sistema de flujo de materiales y un sistema de distribución física para un banco. 2.

¿Cuándo recomendaría una disposición de tecnología de grupos?

3. El flujo de documentos que se espera en una sección del ayuntamiento de una ciudad consiste en lo siguiente: 10 registros médicos por día de los registros de licencias de matrimonio. 7 certificados por día de los registros de licencias de matrimonio. 6 muestras de sangre por día de las licencias de matrimonio para el laboratorio. 6 informes de muestras de sangre por día del laboratorio para licencias de matrimonio. 1 caja de registros médicos por semana de licencias de matrimonio para los registros. Se pueden utilizar las siguientes conversiones de equivalencia de la carga: Un registro médico equivale a un certificado. Un registro médico equivale a un medio de una muestra de sangre. Un registro médico equivale a un informe de muestra de sangre. Un registro médico equivale a un décimo de una caja de registros médicos. Desarrolle una tabla desde-hacia para esta sección del ayuntamiento de la ciudad y luego prepare una tabla de relaciones. 117 117 117


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4. Al diseñar la disposición para un hospital de ortopedia, describa cómo se afecta el diseño si el componente de flujo más importante son los pacientes, los médicos, las enfermeras, o el acceso al costoso equipo de diagnóstico como el equipo para rayos X, de tomografia axial computarizada y de imágenes de resonancia magnética. 5.

¿Cuándo recomendaría una disposición de posición fija?

6. ¿Qué tipo de disposición es muy popular en las plantas justo a tiempo? ¿Por qué? 7.

Mencione tres limitaciones del tipo de disposición por procesos.

8. Utilice el algoritmo de agrupamiento directo, con el fin de formar celdas para la siguiente matriz máquina parte

# de máquina # parte 1 2 3 1 1 1 2 1 3 1 4 1

4

1

9. Para la siguiente matriz máquina parte, forme celdas mediante el algoritmo de agrupamiento directo y, si existen conflictos, proponga métodos alternos para resolverlos. # de máquina # parte 1 2 3 4 1 1 1 2 3 1 1 4 1 1 5 1 6 1

5

1

1

10. Sing y Rajamani ofrecen datos para un distribuidor mededero de una ciudad que quiere disminuir el manejo del material al cambiar de una disposición por procesos a una disposición GT. Se analiza la instalación de una banda transportadora para mover partes entre las células. Se propone delimitar el movimiento entre células. A continuación, aparece la matriz máquina parte para el

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distribuidor maderero. Utilice el DCA para formar las celdas y, si existen conflictos, proponga métodos alternos para resolverlos.

# de máquina # parte 1 2 3 4 1 2 1 1 3 1 4 1 1 5 1 6 7 1 1 8 1

5 1

6 1 1

1

1 1

# de máquina 11. Para el problema 10. Suponga que la matriz máquina – parte para el

distribuidor maderero es como la que aparece a continuación. Emplee el DCA para formar las celdas y, si existen conflictos, proponga métodos alternos para resolverlos. # parte 1 2 3 4 5 6 7 8

1

2

3 1

1

4

5 1

1 1

1 1

6 1 1

1 1 1 1

1

1 1

1

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CAPITULO 4 MANEJO DE MATERIALES 4.1 INTRODUCCIÓN El diseño del sistema de manejo de materiales es un componente importante del diseño general de una planta. El diseño de la disposición y el diseño del sistema de manejo de materiales son inseparables. Rara vez sucede que se considere uno sin tener en cuenta al mismo tiempo el otro. La integración entre estas dos funciones es fundamental en el diseño de una nueva planta. El manejo de materiales se observa en todas las actividades cotidianas: el correo entregado en un sistema postal, las piezas que se desplazan en un sistema de fabricación, las cajas y las cargas de tarimas trasladadas en un sistema de distribución industrial, las piezas rechazadas en un sistema de manejo de desechos, o las personas que se mueven en un sistema de autobuses o de tránsito masivo. El manejo de materiales es una parte integral del proceso general de diseño de una planta. Los problemas de manejo de materiales surgen en una amplia variedad de contextos y existen numerosas soluciones alternas. Suele haber más de una solución "óptima" para un problema de diseño de un sistema de manejo de materiales. Ésta es un área donde el ingeniero de manejo de materiales debe tener una perspectiva amplia y debe estar consciente de los "efectos de la integración".

4.2 EL ÁMBITO Y LAS DEFINICIONES DEL MANEJO DE MATERIALES En una planta industrial típica, el manejo de materiales ocupa 25% de todos los empleados, 55%, de todo el espacio de la fábrica, y 87% del tiempo de producción (Frazelle [14]). Se estima que el manejo de materiales representa entre 15 y 70% del costo total de un producto fabricado. El manejo de materiales es una actividad donde se pueden lograr muchas mejoras, lo cual provoca importantes ahorros en costos. La meta ideal es "eliminar por completo" las actividades de manejo de materiales, aunque en casi todos los casos reducir la cantidad de manejo es una meta práctica más adecuada. No obstante, el perfeccionamiento en los procesos para el manejo de materiales conduce a flujos de fabricación y de distribución más eficientes. Una reducción en la cantidad de veces que se maneja un producto genera menos requerimientos de equipo para manejo de materiales. Sin embargo, ello no es suficiente. El manejo de materiales se puede concebir como un medio a través del cual se reducen los costos totales de fabricación mediante un control más eficiente del flujo de materiales, una reducción en los inventarios y una mayor seguridad. 120


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Un sistema de manejo de materiales bien diseñado puede ser la columna vertebral de la estrategia general de ejecución de la producción de una empresa. La importancia del manejo de materiales se observa en muchas operaciones contemporáneas de fabricación y distribución. Definiciones A continuación se presentan algunas definiciones de manejo de materiales: 1. El manejo de materiales es el arte y la ciencia de mover, guardar, proteger y controlar el material. 2. Manejo de materiales significa proporcionar la cantidad correcta del material correcto, en el lugar correcto, en la posición correcta, en la secuencia correcta, y mediante el costo correcto y los métodos correctos. La primera definición comunica el hecho de que el proceso de diseño del manejo de materiales es una ciencia y un arte, y que la función de manejo de materiales implica mover, almacenar, proteger y controlar el material. Es una disciplina basada en las ciencias que se relaciona con muchas áreas de la ingeniería y, por lo tanto, deben aplicarse métodos de diseño de ingeniería. Por tal razón, el proceso de diseño del manejo de materiales entraña definir el problema, recopilar y analizar datos, generar soluciones alternas, evaluar las alternativas, seleccionar e implementar las alternativas elegidas, y efectuar revisiones periódicas. Es un arte porque los sistemas de manejo de materiales no pueden diseñarse de manera explícita sólo con fórmulas científicas o modelos matemáticos. El manejo de materiales requiere conocer y apreciar "qué es correcto y qué no lo es", lo cual se basa en una experiencia práctica significativa en el campo.La segunda definición captura la esencia de la función del manejo de materiales. Analicemos con detalle cada elemento de esta definición: La cantidad correcta. La "cantidad correcta" se refiere al problema de cuánto inventario se necesita. La filosofía justo a tiempo (JIT) se concentra en no tener inventarios. La cantidad correcta es lo que se necesita y no lo que se prevé. Por lo tanto, se apoya una estructura de control de flujo de materiales tipo atracción ("pull"). Se prefieren las cargas más pequeñas. Con las significativas reducciones en el tiempo de preparación, la concordancia de los tamaños de los lotes de producción y los tamaños de los lotes de transferencia produce mejores entregas de la cantidad correcta de materiales. El material correcto. Los dos errores más frecuentes al surtir pedidos (order picking) en forma manual son surtir una cantidad incorrecta y tomar el material erróneo. Estos errores apuntan al hecho de que se necesita un sistema de identificación preciso. La identificación automática es fundamental para una identificación precisa. Los métodos manuales no se comparan con la identificación automática (por ejemplo, un sistema de código de barras). Sin embargo, son

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tareas más fundamentales las mejoras como simplificar el sistema de numeración de partes y mantener la integridad y la precisión del sistema de base de datos. La condición correcta. La "condición correcta" es el estado en el cual el cliente pretende recibir el material. El cliente puede especificar que el material se entregue empacado o desempacado, clasificado con base en especificaciones de equipos, pintado o despintado, en envases retornables especificados por el cliente, y demás. Los artículos también deben entregarse sin daños. La secuencia correcta. En el manejo de materiales es muy evidente el impacto de la "secuencia correcta" de las actividades realizadas en la eficiencia de una operación de fabricación o distribución. La simplificación del trabajo ayuda a eliminar las operaciones innecesarias o a mejorar las que permanecen. La combinación de pasos y la modificación de la secuencia de las operaciones también producen un flujo de materiales más eficiente. La orientación correcta. La "orientación correcta" significa colocar el material para facilitar su manejo. El posicionamiento es fundamental en los sistemas automatizados, como en las operaciones de manejo mediante un robot, en donde la orientación de las piezas debe especificarse de manera explícita. A menudo, modificar el diseño de las piezas por medio de la inclusión de "bordes para manejo" reduce el tiempo de manejo. El uso de tarimas en cuatro direcciones comparado con el de tarimas en dos direcciones puede eliminar los problemas debidos a la orientación. El lugar correcto. El "lugar correcto" aborda el transporte y el almacenamiento. Es conveniente transportar el material directamente al punto de uso, en vez de almacenarlo en un lugar intermedio. En algunas situaciones, los materiales se dejan a lo largo de los pasillos e interrumpen las operaciones de los montacargas. Deben abordarse explícitamente los problemas asociados con el almacenamiento centralizado comparado con el descentralizado El momento correcto. El "momento correcto" representa entregar a tiempo, no antes ni después. Reducir la variación del tiempo de entrega es la clave para este elemento de la definición de manejo de materiales. Un sistema flexible de manejo de materiales, como el de montacargas operados manualmente, tiene amplias desviaciones en los tiempos de transporte, mientras que un sistema de vehículos guiados automáticamente tiene tiempos de transporte más previsibles. La meta es desarrollar un sistema de manejo de materiales que produzca tiempos más reducidos en el ciclo de producción, y no reducir los tiempos de entrega del manejo de materiales. En la práctica, se ha observado una y otra vez que las velocidades promedio más bajas son preferibles a las velocidades promedio más rápidas si están acompañadas por una reducción en la variación de las velocidades: la reducción de la variación es lo importante, con el fin de que la varianza y por consiguiente la desviación estándar sean minimas. La frase "nos

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apresuramos para esperar" se expresa con frecuencia en las operaciones de manejo de materiales. El costo correcto. El "costo correcto" no es necesariamente el costo más bajo. Minimizar el costo es un objetivo erróneo en el diseño de un sistema de manejo de materiales. La meta más adecuada es diseñar los sistemas de manejo de materiales más eficientes al costo más razonable. En el contexto correcto manejo de materiales es una función de apoyo. Las entregas a tiempo a menudo producen mayor satisfacción del cliente, lo cual se traduce en una mayor demanda del producto y mayores ingresos. Las operaciones de manejo de materiales deben apoyar los esfuerzos de una empresa por una mayor rentabilidad. El método correcto. Existen tres aspectos del "método correcto" que ameritan un análisis más a fondo. Primero, si hay métodos correctos, debe haber métodos incorrectos. Segundo, es importante reconocer lo que hace correctos a los métodos y lo que los hace incorrectos. Tercero, observe que hablamos métodos y no de un método; utilizar más de un método suele ser lo correcto.

Alcance del manejo de materiales El alcance del manejo de materiales es muy amplio. Identifica tres perspectivas en el alcance de las actividades de manejo de materiales: convencional, contemporánea y progresiva. La "perspectiva convencional" sólo se concentra en el movimiento de los materiales de un lugar a otro, por lo general dentro de la misma planta de fabricación y distribución. La pregunta que se formula es "¿cómo movemos el material de la bahía de recepción al área de almacenamiento?" Se presta muy poca atención a las relaciones entre las tareas generales de manejo que ocurren dentro de la misma planta. La "perspectiva contemporánea" amplía la atención hacia el movimiento general de los materiales en una fábrica o almacén, y se esfuerza en desarrollar un plan integral de manejo de materiales. La "perspectiva progresiva" es un sistema total. Esta perspectiva considera al manejo de materiales como todas las actividades de manejar materiales que provienen de todos los proveedores, manejar materiales dentro de la planta de fabricación y distribución, y la distribución de los artículos terminados a los clientes. Las grandes empresas por lo general optan por una perspectiva progresiva.

4.3 PRINCIPIOS DEL MANEJO DE MATERIALES Los principios para el manejo de materiales son importantes en la práctica. A menudo, ocurre que ningún modelo matemático ofrece soluciones universales al problema general del manejo de materiales. Estos principios aportan afirmaciones concisas de los fundamentos de la práctica de manejo de materiales. Se han condensado a partir de décadas de experiencia en el manejo de materiales y ofrecen una guía y una perspectiva a los diseñadores de un sistema de manejo de 123


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materiales. Sin embargo, la utilización de estos principios no debe interpretarse como un sustituto del buen juicio y la experiencia. Los 10 principios del manejo de materiales y sus definiciones, recientemente adoptados por el College-Industry Council of Material Handiing Education (CICMHE) son los siguientes: 1. El principio de la planificación. Un plan es un curso de acción recomendado que se define antes de la implementación. En su forma más sencilla, un plan de manejo de materiales define el material (qué) y los movimientos (cuándo y dónde); juntos establecen el método (cómo y quién). 2. El principio de la estandarización. La estandarización significa menos variedad y personalización en los métodos y el equipo empleados. 3. El principio del trabajo. La medida del trabajo es el flujo de materiales (volumen, peso, o cuenta por unidad de tiempo) multiplicado por la distancia que se trasladan. 4. El principio ergonómico. La ergonomía es la ciencia que busca adaptar el trabajo o las condiciones laborales a las aptitudes del trabajador. 5. El principio de la carga unitaria. Una carga unitaria es aquella que se almacena o traslada como una entidad única cada vez, como una tarima, un contenedor, o una bolsa, sin tomar en cuenta el número de artículos individuales que forman la carga. 6. La utilización del espacio. El espacio en el manejo de materiales es tridimensional y, por lo tanto, se cuenta como un espacio cúbico. 7. El principio del sistema. Un sistema es un conjunto de entidades interactuantes y/o interdependientes que forman un todo unificado. 8. El principio de la automatización. La automatización es una tecnología relacionada con la aplicación de dispositivos electromecánicos, electrónicos y sistemas basados en computadoras para operar y controlar las actividades de producción y servicios. Sugiere la vinculación de varias operaciones mecánicas para crear un sistema que se controle mediante instrucciones programadas. 9. El principio ambiental. La conciencia ambiental aparece a partir de la intención de no desperdiciarlos recursos naturales y de predecir y eliminar los posibles efectos negativos de nuestras acciones diarias en el ambiente. 10.El principio del costo del ciclo de vida. Los costos del ciclo de vida incluyen todos los flujos en efectivo que ocurren a partir del momento en el que se gasta dinero por primera vez para planificar u obtener una nueva pieza del equipo, o para implantar un método nuevo, hasta que ese método y/o equipo se reemplaza por completo.

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Tabla 4.1 Hoja de revisión del manejo de materiales Condiciones que indican oportunidades de mejorar 1. Equipo de producción inactivo debido a escasez de material. 2. Material apilado directamente en el piso. 3. Los contenedores de la planta no están estandarizados. 4. Los operarios hacen viajes largos por materiales y suministros. 5. Demoras excesivas. 6. Material mal enrutado. 7. Retrocesos por material. 8. No se usa el sistema automático de captura de datos. 9. Excesivo retiro de basura. 10. El sistema no se puede ampliar y/o cambiar. 11. El trabajo no se separa previamente en equipos. 12. Cargas aplastadas por bloques apilados.

Condición observada

Atención del supervisor

Atención de la administración

Estudio analítico

Inversión de capital

Otros comentarios


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Estos 10 principios del manejo de materiales son lineamientos útiles para resolver los problemas del tema. Es obvio que no todos los principios se aplican en cada proyecto de manejo de materiales. Además, estos principios sirven como una lista de comprobación, pero los diseñadores de sistemas de manejo de materiales deben manejarlos instintivamente. La aplicación de estos principios a las actividades diarias puede mejorar las soluciones de manejo de materiales.

4.4 DISEÑO DE SISTEMAS DE MANEJO DE MATERIALES El proceso de diseño de sistemas de manejo de materiales implica los seis pasos del proceso de diseño de ingeniería. En el contexto del manejo de materiales, estos pasos son: 1. Definir los objetivos y el ámbito del sistema de manejo de materiales. 2. Analizar los requerimientos para mover, almacenar, proteger y controlar materiales. 3. Generar diseños alternos que cumplan con los requerimientos del sistema de manejo de materiales. 4. Evaluar los diseños alternos del sistema de manejo de materiales. 5. Seleccionar el diseño más conveniente para mover, almacenar, proteger y controlar materiales. 6. Implementar el diseño elegido, el cual incluye la elección de proveedores, la capacitación del personal. la instalación, depuración y puesta en marcha del equipo, y revisiones periódicas del funcionamiento del sistema. Desarrollo de diseños alternos de un sistema de manejo de materiales Para estimular el desarrollo de alternativas, debe considerarse el "enfoque de sistemas ideales", propuesto por Nadler. Este método consta de cuatro fases: 1. Enfocarse hacia el sistema teórico ideal. 2. Conceptualizar el sistema ideal final. 3. Diseñar el sistema ideal tecnológicamente funcional. 4. Instalar el sistema recomendado. El sistema teórico ideal es un sistema perfecto que tiene costo cero, calidad perfecta, ningún riesgo de seguridad, no desperdicia espacio, y no tiene ineficiencias administrativas. El sistema ideal final es un sistema que se podría alcanzar en el futuro porque existe la tecnología para su desarrollo, pero no se ha logrado su aplicación en una situación específica de manejo de materiales. El sistema ideal tecnológicamente funcional es un sistema para el cual existe la tecnología requerida; sin embargo, los costos elevados u otras condiciones evitan que, en este momento, se instalen algunos componentes. El sistema recomendado es un sistema cuyo costo es conveniente y que funcionará sin obstáculos para su implementación exitosa. 126


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Seguir el método ideal de sistemas nos permite ampliar nuestro horizonte más allá del estado actual de la tecnología. Asimismo, se aprecia que este método amplía la búsqueda de alternativas más allá de lo que el diseñador del sistema de manejo de materiales conoce en la actualidad. Ecuación de un sistema de manejo de materiales Como una ayuda para guiar el desarrollo de diseños alternos de un sistema de manejo de materiales, a continuación veremos la utilidad de usar la ecuación de un sistema de manejo de materiales, la cual aparece en la figura 4.1. Al igual que la lista de comprobación de la tabla 4.1, ofrece un medio con el cual identificar oportunidades para el mejoramiento; la ecuación de un sistema de manejo de materiales nos brinda la estructura para identificar soluciones a los problemas de manejo de materiales. El qué define el tipo de materiales trasladados, el dónde y el cuándo identifican los requerimientos de lugar y tiempo, el cómo y el quién señalan los métodos de manejo de materiales. Todas estas preguntas nos conducen al sistema recomendado.

¿Por qué?

¿Qué?

Materiales

¿Dónde?

+

¿Cuándo?

Movimientos

¿Cómo?

+

Métodos

¿Quién?

¿Cuál?

+

Sistema elegido

Alternativas de sistemas de manejo de materiales Figura 4.1 Ecuación de un sistema de administración de materiales.

La ecuación de un sistema de manejo de materiales se obtiene mediante Materiales + Movimientos + Métodos = Sistema recomendado

A continuación aparece una lista detallada de las preguntas qué, dónde, cuándo, cómo, quién, y cuál.

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La pregunta Qué 1. ¿Qué tipos de materiales se van a mover? 2. ¿Qué características tienen? 3. ¿Qué cantidades se mueven y se almacenan? La pregunta Dónde 1. ¿De dónde viene el material? ¿De dónde debe provenir? 2. ¿Dónde se entrega el material? ¿Dónde debe entregarse? 3. ¿Dónde se almacena el material? ¿Dónde debe almacenarse? 4. ¿Dónde se pueden eliminar, combinar y simplificar las tareas de manejo de materiales? 5. ¿Dónde puede usted aplicar la mecanización o la automatización? La pregunta Cuándo 1. ¿Cuándo se necesita el material? ¿Cuándo debe moverse? 2. ¿Cuándo es el momento de mecanizar o automatizar? 3. ¿Cuándo debemos efectuar a una revisión del funcionamiento del manejo de materiales? La pregunta Como 1. ¿Cómo se mueve o se almacena el material? ¿Cómo debe moverse o almacenarse el material? ¿Cómo son los métodos alternos para mover o almacenar el material? 2. ¿Cómo saber cuánto inventario debe mantenerse? 3. ¿Cómo se registra el material? ¿Cómo se debe registrar el material? 4. ¿Cómo debe analizarse el problema? La pregunta Quién 1. ¿Quién debe manejar el material? ¿Cuáles son las aptitudes requeridas para realizar las tareas de manejo de1 materiales? 2. ¿Quién debe capacitarse para atender y mantener el sistema de manejo de materiales? 3. ¿Quién debe participar en el diseño del sistema? La pregunta Cuál 1. ¿Cuáles operaciones de manejo de materiales son necesarias? 2. ¿Cuál tipo de equipo de manejo de materiales debe considerarse, en caso necesario? 3. ¿Cuál sistema de manejo de materiales tiene un costo conveniente? 4. ¿Cuál alternativa se prefiere?

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4.5 DISEÑO DE UNA CARGA UNITARIA Definición del principio de carga unitaria De entre los diez principios del manejo de materiales, el principio de la carga unitaria merece especial atención. Bright define una carga unitaria como: una cantidad de artículos, o material a granel, ordenados o sujetados de modo que la masa pueda levantarse o moverse como un objeto único que es demasiado grande para manejo manual, los cuales conservan su orden para un movimiento posterior. Está implícito que los objetos únicos demasiado grandes para manejo manual también se consideran cargas unitarias. Apple comenta lo siguiente acerca de la definición anterior: Se aprecia que dos criterios importantes son: 1) Una cantidad grande de unidades 2) Un tamaño grande para un manejo manual. Sin embargo, en la actividad en conjunto de manejo y distribución física de materiales, estos dos criterios, al igual que el de ponderación de la definición anterior, y el "principio del tamaño de la unidad", dejan cierto margen de imprecisión, porque es obvio que un "puñado" o una "carretada" se relacionan con el concepto de carga unitaria. Tanchoco y otros, al reconocer la ambigüedad citada por Apple, define una carga unitaria como: Un solo artículo, varios artículos o material a granel ordenado o sujetado de modo que la carga se pueda almacenar, levantar y mover entre dos lugares como una sola masa. Esta definición no limita el método de movimiento a los métodos no manuales. Sin embargo, la definición es restrictiva en el sentido de que sólo se define un tipo particular de carga unitaria para un movimiento único entre dos lugares. Esto sugiere que la naturaleza de la carga unitaria puede cambiar cada vez que se mueve un artículo, varios artículos o material a granel. Por lo tanto, se permite que la "unidad" trasladada tenga una cantidad y un tamaño variable por movimiento. Para ser realistas, los autores sienten que es importante tal amplitud en la definición de carga unitaria porque, en una secuencia específica de movimientos y almacenamientos, en realidad puede ser más económico manejar diferentes tipos de cargas unitarias mediante una secuencia de movimientos que un solo tipo de carga unitaria por medio de la misma secuencia de movimientos. Si retomamos la última explicación, lo que define la carga unitaria es que "se levanta y se mueve entre dos lugares como una sola masa". Por lo tanto, un solo objeto levantado y trasladado manualmente entre dos lugares constituye una carga unitaria. Dos bandejas para piezas con componentes idénticos levantadas y trasladadas mediante una plataforma rodante de una máquina a otra integran una 129


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carga unitaria. Una carga de tarima de cajas de cartón de diferentes tamaños con diversos productos levantada y trasladada con un montacargas del área de empaque al área de embarque es una carga unitaria. Una carga completa de productos entregada por un camión de carga del almacén a la tienda del cliente constituye una carga unitaria. Si el camión está medio lleno, todavía es considerada una carga unitaria. Lo que define una carga unitaria es el movimiento. El tamaño de la carga unitaria puede variar de una sola pieza transportada por una persona, a cada caja de cartón movida mediante una banda transportadora, a varias cajas de cartón en una tarima movida por montacargas, a varios contenedores de usos múltiples movidos por ferrocarril a través de varios estados, o por barcos a varios continentes. La especificación del tamaño de la carga unitaria afecta de manera significativa la especificación y la operación del sistema de manejo de materiales. Las cargas unitarias grandes requieren de equipos más grandes y pesados, pasillos más anchos, y pisos con capacidad de carga más grande. Asimismo, las cargas unitarias grandes aumentan el inventario de trabajo en proceso porque los artículos deben acumularse hasta un tamaño de carga grande antes de mover el recipiente o la tarima. Una ventaja importante es que se hacen menos movimientos. Las cargas pequeñas aumentan los requerimientos de transporte, pero pueden reducir el inventario de trabajo en proceso. Las cargas unitarias pequeñas suelen requerir métodos simples de manejo de materiales, como carretillas y dispositivos similares. Las cargas pequeñas apoyan el concepto de producción justo a tiempo. Cuando el tamaño de la carga unitaria es 1 pieza, el tiempo de terminación es mayor. El sistema de manejo de materiales está en el nivel de su capacidad y ahora es un recurso limitativo. La conclusión más importante de esto es que, para lograr una producción de una sola unidad, el tiempo de manejo de materiales debe ser más corto que el tiempo de procesamiento de una unidad. Dos elementos importantes al determinar el tamaño de la carga unitaria son el límite "cúbico" y el límite de peso (por ejemplo, una caja de cartón corrugado con dimensiones exteriores de 16" X 12" X 6" y un límite de peso bruto de 65 Ib). (Al especificar las dimensiones de la caja, la longitud y la anchura se refieren al lado corto y al lado largo de la abertura de la caja. La profundidad es ortogonal en relación con la longitud y la anchura.) La integridad de la carga unitaria se mantiene de diversos modos. Por ejemplo, se utilizan cajas para piezas, cajas de cartón, y tarimas para contener la carga unitaria. Asimismo, la carga unitaria se suele atar, envolver con plástico mediante estiramiento o mediante calor. Deben ofrecerse consideraciones específicas acerca del modo en el que se mueve la carga unitaria. Apple enumera cuatro métodos básicos:

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1. 2. 3. 4.

Levantar la masa desde abajo. Insertar el elemento elevador en el cuerpo de la carga unitaria. Apretar la carga entre dos superficies elevadoras. Levantar la carga desde arriba.

En la esencia del proceso de diseño de un sistema de cargas unitarias se hallan las relaciones de dimensiones entre las diversas formas que adopta la carga unitaria. La figura 4.2 muestra varias etapas en el proceso de flujo de materiales en donde las relaciones de las dimensiones tienen una función importante. En esta ilustración, se supone que las cajas de cartón se apilan en tarimas y que las cargas de tarimas completas se montan directamente en camiones o se apilan en bloques en un almacén antes de cargarse en camiones para su embarque a los clientes. La utilización de contenedores retornables merece particular interés. Los contenedores con buenas características de apilamiento y embalaje ofrecen una importante reducción en los costos de manejo de materiales. La apilabilidad significa que un contenedor completo se puede apilar o poner encima de otro contenedor completo en la misma orientación espacial. Las tapas o las lengüetas integradas en el diseño del envase a menudo se emplean para apoyar ese tipo de envase. El embalaje significa que la forma de los envases permite que se inserte uno vacío dentro de otro vacío.

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Caja de cartón 12” x 8” x 10”

Tarima de madera (de 4 direcciones) 32” x 48” x 5.5”

Carga de tarima 32” x 48” x 45.5” 16 cajas por capa 4 capas por tarima

Muro de almacenamiento apilado en bloque

Camión 8´- 6” I.D. 48”

32”

32” 48”

32” 32” 32” 50”

50”

50”

50”

48” + 2” Holgura

Figura 4.2 Relaciones de dimensiones entre diversos elementos en un sistema de distribución.

La eficiencia de los contenedores retornables El análisis que se presenta a continuación ilustra la importancia de elegir el tipo correcto de contenedores retornables. Dadas las dimensiones siguientes de un tipo particular de contenedor reutilizable de plástico: Dimensiones internas 18" X 11" X 11" Dimensiones externas 20" X 12" X 12" Cada contenedor embalado 20"X 12" X 12" Se utiliza un camión con dimensiones internas de 240" X 120" X 120" para transportar estos contenedores. Los contenedores no se acomodan en tarimas. Suponga que no se requiere una holgura entre los contenedores ni entre los contenedores y las paredes del camión.

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Determine lo siguiente: 1. La utilización del espacio del contenedor. 2. La eficiencia del espacio de almacenamiento. 3. La capacidad de embalaje del contenedor. 4. La utilización del espacio del camión si todos los contenedores se apilan verticalmente en una sola orientación. 5. La proporción de contenedores vacíos devueltos del camión. La utilización del espacio del contenedor se obtiene al dividir el espacio cúbico utilizable entre la envoltura exterior del contenedor. Para este ejemplo, la eficiencia del envase es: (18" X 11" X 11")/ (20" X 12" X 12") = 0.76 o 76% La eficiencia del espacio de almacenamiento es la proporción de espacio cúbico utilizable dividida entre el espacio cúbico de almacenamiento. Si la dimensión de la abertura de almacenamiento es de 24" X 16"X 14", entonces la eficiencia del almacenamiento es: (18" X 11" X 11")/(24" X 16" X 14") = 0.45 o 45% La capacidad de embalaje del contenedor se determina al dividir la altura general del contenedor entre la altura embalada, es decir, 12‖/2" = 6; la capacidad es 6:1 Seis contenedores embalados utilizan el mismo espacio que un contenedor cerrado. El contenedor ocupa todo el espacio en el camión con 240"/20" =12 contenedores a lo largo de la longitud del camión, 120"/12" =10 contenedores a lo largo de la anchura del camión, y 120"/12" =10 contenedores apilados verticalmente. La cantidad total de contenedores esl2X10X10=l 200. La utilización del espacio del camión es: (18" X 11" X 11")(1 200)/(240" X 120" X 120") = 0.76 o 76% Una pila de contenedores cargados tiene 120"/12" = 10 contenedores. Una pila de contenedores vacíos tiene 55 contenedores, es decir, 1 + (120" - 12")/2" = 55 Por lo tanto, la cantidad total de contenedores vacíos por camión es 55 X (240"/20") X (120"/12") = 6 600 La proporción de contenedores vacíos devueltos del camión es: 6600/1200= 5.5 133


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Tamaño de contenedor 1/16

Tamaño de contenedor 1/8

Tamaño de contenedor 1/4

Tamaño de contenedor 1/2

Figura 4.3 Sistema de contenedores/tarimas con dimensiones progresivas.

No puede pasarse por alto el impacto de la proporción de contenedores vacíos devueltos del camión en la eficiencia general de la función de distribución. Se pueden lograr reducciones de costos significativas con proporciones más altas de contenedores vacíos devueltos del camión. Al seleccionar los contenedores, una de las consideraciones más importantes es la progresión del tamaño. La figura 4.3 muestra un sistema de contenedores con dimensiones progresivas (es decir, un contenedor más pequeño tiene la mitad del tamaño del contenedor más grande). Aquí la progresión es 1/1, ½, ¼, 1/8, 1/16 y así sucesivamente. El empleo de estos tipos de contenedores permite el uso eficiente de la cubierta de carga de un vehículo guiado automáticamente mientras el vehículo levanta y entrega contenedores en las estaciones a lo largo de su ruta.

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Las tarimas y los tamaños de las tarimas El empleo de tarimas ("pallets") es otro método común de contener la carga unitaria. Las tarimas vienen en diversos diseños que suelen estar determinados por la aplicación.. Entre los tamaños de tarimas más comunes están los siguientes: 32" X 40" 36" X 48"

40" X 48" 42" X 42"

48" X 40" 48" X 48"

La primera dimensión corresponde a la longitud del larguero horizontal y la segunda a la longitud de las secciones anchas de la tarima. Las tarimas también se clasifican como de dos direcciones, en donde la horquilla elevadora sólo puede entrar en dos lados opuestos de la tarima y queda paralela al larguero horizontal, o de cuatro direcciones, en donde la horquilla elevadora puede entrar en cualquier lado de la tarima. También, se han popularizado las tarimas que no son de madera. La tabla 4.2 presenta una comparación de diversos tipos de tarimas. La relación entre el contenedor y la tarima, denominada el problema de carga de la tarima, debe abordarse de manera explícita. El objetivo en el problema de la carga de la tarima es maximizar la utilización del espacio (es decir, el "espacio cúbico de la tarima"). En teoría, para cada tamaño de caja de cartón se podrían establecer, de entre todas las combinaciones, el tamaño de tarima y el esquema de carga que maximizan la utilización cúbica. Sin embargo, es una práctica muy común limitar la cantidad de tamaños alternos de tarimas a dos o tres tamaños habituales. Existe un problema similar de "utilización del espacio" al colocar carga en los camiones, los barcos cargueros y los aviones de carga. El uso óptimo del espacio cúbico no es el único objetivo en el problema de la carga de tarima. Casi siempre, la estabilidad de la carga es una consideración igualmente importante por razones de carga uniforme en el equipo y la seguridad del manejo del material. Otro parámetro se basa en el costo (por ejemplo, pies cúbicos por dólar).

Interacciones de la carga unitaria con los componentes de un almacén El propósito del análisis siguiente es mostrar la relación existente entre el tamaño y la configuración de la carga unitaria y otros factores del sistema, y enfatizar el análisis detallado que se requiere en el proceso de diseño. El sistema específico considerado está integrado por las operaciones de empaque, carga y traslado, almacenamiento y embarque. Estas operaciones posteriores a la fabricación y al ensamblado se encuentran en una amplia variedad 135


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de industrias. Se examinan con detalle las diversas interacciones relacionadas con el equipo y la planta. Un factor fundamental en estas interacciones es la especificación de la caja de cartón empleada y el tamaño de la tarima. Estos dos factores afectan directamente la elección del equipo para el manejo del material y la configuración física de la planta de almacenamiento. Además, se afectan la utilización del almacén y del camión para carretera. Por lo tanto, se justifica la atención al diseño de la carga unitaria. Tabla 4.2 Comparación de los diferentes tipos de tarimas

Material

Peso base

Madera

55-112 Ib

Facilidad Durabilidad de reparación

Mediana

Impacto ambiental

Aplicaciones comunes

Alta

El material es biodegradable y reciclable

Amplia utilización general, incluyendo abarrotes, automóviles, artículos no perecederos, equipo

Bolsas de carga, recolección de pedidos, impresión, materiales de construcción

Fibra de madera comprimida

30-42 Ib

Mediana

Baja

El material es reciclable y se puede quemar sin dejar residuos combustibles

Tablero corrugado de fibra

8-12 Ib

Baja

Baja

El material es biodegradable y reciclable

Embarque de exportaciones; embarque de abarrotes, productos ligeros de papel, partes industriales

El material es reciclable

Sistemas cautivos o de circuito cerrado, aplicaciones farmacéuticas, sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación, automóviles

Plástico

Metal

35-75 Ib

32-100 Ib

Alta

Alta

Mediana

Mediana

El material es reciclable

Sistemas cautivos o de circuito cerrado, aplicaciones farmacéuticas, sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación, militares, equipo pesado, industria aeroespacial

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Las siguientes son las operaciones específicas incluidas en este ejemplo: Artículos terminados empacados mediante cajas de cartón que se cierran por arriba. Las cajas de cartón se transportan a un formador automático de tarimas ("paletizador") mediante una banda transportadora. Las cargas de tarimas se preparan con un formador automático de tarimas. Después, las cargas de tarimas completas se guardan en el almacén de artículos terminados con un montacargas de horquilla elevadora. Este vehículo se emplea exclusivamente para operaciones del almacén. Tras recibir los pedidos de los clientes, las cargas completas de tarimas se recuperan del almacén con un montacargas de horquilla elevadora que se usa exclusivamente para operaciones de la bahía de embarque. Luego, las cargas de tarimas recuperadas se instalan en camiones para su entrega a los clientes. La figura 4.4 exhibe un diagrama esquemático para el sistema descrito. Para cualificar todavía más el sistema que se considera, se supone que éste sólo mueve una categoría de productos. En este caso, el propósito es aislar las interacciones entre los numerosos elementos del sistema, y ejemplificar la importancia de la carga unitaria en relación con estas interacciones.

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Formador automático Tarimas

Banda transportadora Estación de empaque

Montacargas

Bahía de carga

Camiones

Figura 4.4 Esquema de un subsistema de fabricación de empaque, formación de tarimas, almacenamiento y embarque.

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Tal vez, la especificación del tamaño de la caja de cartón sea el elemento más importante en el diseño del sistema de carga unitaria. El tamaño de la caja seleccionado determina la cantidad de piezas que contiene cada caja y el número total de cajas que pueden empacarse y transportarse al formador automático de tarimas. La velocidad de flujo de las cajas hacia el formador automático de tarimas se establece con base en la velocidad de flujo de las piezas hacia las estaciones de empaque y el tiempo requerido para empacar cada caja. El paso siguiente es ordenar la carga de tarimas a través del formador automático de tarimas. Deben especificarse el tipo y el tamaño de la tarima y elegirse el mejor esquema de carga de las tarimas. La velocidad a la que se forman las cargas de tarimas completas está en función de la capacidad del formador automático de tarimas y de los dos factores antes descritos, es decir, el tamaño de la caja y el tamaño de la tarima. Del formador automático de tarimas, las cargas de tarimas completas se guardan en un almacén con un diseño de anaqueles abiertos o selectivos. Se emplea un montacargas de horquilla elevadora para recoger las cargas del formador automático de tarimas y para el posterior apilamiento de estas cargas en el almacén, al igual que para la recuperación de las cargas del almacenamiento hacia un lugar de recepción/entrega en el área de la bahía de embarque. Por lo tanto, el tipo de equipo para manejo de materiales especificado determinará el requerimiento de espacio de piso para el almacén. Por ejemplo, el uso de un montacargas para pasillos estrechos reduce de manera significativa el requerimiento de espacio de piso. Sin embargo, los ahorros en el costo de construcción del edificio deben sobrepasar el costo de los montacargas más onerosos para pasillos estrechos. Además, es relevante la pregunta de qué altura debe tener el edificio para almacenamiento. Para el ejemplo en consideración, sólo se considera una altura de edificio (20 ft de altura libre). El paso siguiente es colocar las cargas de la tarima en un camión para entrega a los clientes. La cantidad de cargas de tarimas entregadas por camión está limitada por las dimensiones interiores del camión, al igual que por las dimensiones y capacidad del montacargas de la bahía para maniobrar la carga dentro del camión. Una vez más, deben examinarse las interacciones entre las cargas de tarimas, el montacargas de la bahía, y el camión de carga. Deben considerarse soluciones intermedias adicionales entre el uso del espacio del almacén y el empleo del camión. Este último determina el número de viajes que debe hacer el vehículo para completar la entrega de una cantidad específica de artículos. El análisis anterior destaca las numerosas interacciones posibles en un sistema simplificado. Es importante observar que el objetivo en el proceso descrito es entregar las piezas al cliente y que las especificaciones de los tamaños de las cajas de cartón y las tarimas son sólo medios para este fin. A continuación, se 139


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presenta un ejemplo numérico para ilustrar algunas de las interacciones. Se consideran las alternativas siguientes: 1. Tamaño de la caja de cartón • 12"L X 10"A X 10"Alt • 10"L X 80"A X 8"Alt 2. Tarimas • 40"L X 48"A (en 2 direcciones) • 48"L X 40"A (en 2 direcciones) • 36"L X 36"A (en 4 direcciones) 3. Formador automático de tarimas • Altura máxima de cargas de 70" 4. Montacargas (operaciones en el almacén) Montacargas con contrapeso y soporte simple, clasificado para 3 000 Ib a 24" de carga central. La altura máxima de la horquilla es 106". Montacargas con contrapeso y soporte doble, clasificado para 3 000 Ib a 24" de carga central. La altura máxima de la horquilla es 130". Montacargas para pasillos estrechos con capacidad de elevación de hasta 20 ft con una carga de 3 000 Ib. 5. Capacidad del almacén Diseño de anaquel de tarimas a una sola profundidad con una altura de 20 ft libres. Diseño de apilamiento de bloques con una altura de 20 ft libres. 6. Montacargas (operaciones de la bahía de embarque) Montacargas con contrapeso y soporte simple, clasificado para 2 000 Ib a 24" de carga central. La altura máxima de la horquilla es 106". 7. Camión 7'6" A X 40'L X 11'Alt (dimensiones internas) Existen un total de 36 configuraciones posibles del sistema con base en las combinaciones de los siete componentes del sistema enlistados; es decir, (2)(3)(1)(3)(2)(1)(1) = 36. Un ejemplo de una configuración es utilizar cajas de cartón de 10"L X 10"A X 8"Alt, tarimas de 48"L X 40"A, el formador automático de tarimas, un montacargas para pasillos estrechos, y el diseño de almacenamiento de anaquel de tarimas para el almacén, un montacargas con contrapeso y soporte simple en el área de embarque, y el camión particular presentado. Para cada una de las 36 configuraciones posibles del sistema, el área total requerida en el almacén se obtiene con base en una capacidad máxima de

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500.000 piezas. Se emplean las medidas siguientes para comparar las 36 configuraciones: Área del almacén (espacio de piso requerido) Utilización cúbica del almacén Utilización del camión Cantidad de camiones requeridos para entregar 500 000 piezas El procedimiento para obtener estas medidas consta de los pasos siguientes: 1. Definir las especificaciones del componente del sistema para: a. Caja de cartón b. Tarima c. Formador de tarimas d. Montacargas (almacén) e. Almacenamiento en almacén Altura libre del edificio Anaquel para tarimas comparado con apilamiento de bloques a. Montacargas (bahía de embarque) b. Camión 2. Establecer la cantidad de capas de cajas de cartón por carga unitaria con base en los límites de peso y altura: a. Peso de la carga unitaria b. Altura de la carga unitaria 3. Determinar el número de cargas unitarias por bahía (o pila) sujeto a: a. Restricción de altura del edificio b. Capacidad de altura máxima de los montacargas 4. Calcular el área requerida y la utilización cúbica del almacén. 5. Precisar la cantidad total de cargas unitarias por camión con base en lo siguiente: a. Restricciones de dimensiones b. Método de carga del camión Una tarima por entrada a un camión Una pila de tarimas por entrada a un camión 6. Calcular el uso del camión. 7. Repetir los pasos 1-6 para todas las combinaciones de componentes del sistema.

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El esquema de carga de tarimas para cada par caja de cartón-tarima debe asemejarse al de las figuras 4.5 y 4.6.

48”

40” 12”L x 10”A x 10”Alt 16 cajas de cartón/capa 17 piezas/caja de cartón 27.2 lb/caja de cartón 29.412 cajas de cartón

40” 19”L x 8”A x 8”Alt 24 cajas de cartón/capa 9 piezas/caja de cartón 15.7 lb/caja de cartón 55.556 cajas de cartón

Figura 4.5 Patrones de tarimas para tamaños alternos de cajas de cartón en una tarima de 48" X 40".

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36”

36” 12”L x 10”A x 10”Alt 9 cajas de cartón/capa 17 piezas/caja de cartón 27.2 lb/caja de cartón 29.412 cajas de cartón

36” 10”L x 8”A x 8”Alt 16 cajas de cartón/capa 9 piezas/caja de cartón 15.7 lb/caja de cartón 55.556 cajas de cartón

Figura 4.6 Esquema de tarimas para tamaños alternos de cajas de cartón en una tarima de 36" X 36".

La combinación de contenedores y tarimas Otra alternativa para considerar en el diseño de sistemas de carga unitaria es participar en un sistema de combinación de contenedores/tarimas. Se usa en muchos lugares de Europa y ahora lo han adoptado más compañías estadounidenses. En vez de comprar, estas compañías rentan contenedores y tarimas por una tarifa diaria por contenedor o por tarima. Si usted necesita algunos, simplemente acude al depósito más cercano y obtiene todos los que requiera. Después de utilizarlos, los debe devolver al depósito u otra empresa en la cadena de suministros se adjudica la posesión y, a la vez, asume la renta diaria. La figura 4.7 ilustra el flujo de contenedores/tarimas en: (a) un sistema convencional, {b) un sistema de combinación de contenedores/tarimas, y (c) un sistema logístico integrado y de combinación de contenedores/tarimas.

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La principal ventaja de un sistema de combinación de contenedores y tarimas es que minimiza el movimiento de tarimas vacías y aumenta la utilización. Asimismo, no es necesario asignar espacio adicional para almacenarlos. Como el operario del sistema de combinación posee los contenedores y las tarimas, es responsable de darles mantenimiento. Por lo tanto, la calidad de los contenedores y las tarimas tiende a ser mucho mejor, lo cual provoca menos daño en los productos y una relación más eficiente con el equipo de manejo de materiales. Un sistema logístico integrado y de combinación de contenedores/tarimas ofrece un mejor nivel de eficiencia al mover productos y contenedores/tarimas por todo el sistema de producción y distribución. Con tal sistema, los contenedores/tarimas vacíos que no requieren reparación se pueden transferir como una carga normal a la planta de otro usuario en la misma entrega común del transportador.

Proveedor de componentes

Proveedor de componentes

Fabricante

Fabricantes

Distribuidor de artículos terminados

Distribuidor de artículos terminados

(a) Convencional

Contratista de combinación contenedores/tarimas Simbología:

Lleno Vacío

(b) Combinación contenedores/tarimas

Proveedor de componentes

Fabricante

Contratista de combinación contenedores/tarima

Distribuidor de artículos

Simbología: Flujo de contenedores/tarimas llenos Flujo de contenedores/tarimas vacíos

(c) Sistema logístico integrado y de combinación de contenedores/tarimas Figura 4.7 Flujos de contenedores/tarimas en: (a) un sistema convencional, (b) un sistema de combinación, y (c) un sistema logístico integrado y de combinación de contenedores/tarimas.

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Una pregunta interesante de diseño es: "¿El sistema de manejo de materiales debe diseñarse alrededor de la carga unitaria o el sistema de carga unitaria debe diseñarse para ajustarse al sistema de manejo de materiales?". La respuesta obvia es: "¡Ninguna de las dos cosas!". El sistema de carga unitaria es una parte integral del sistema de manejo de materiales y deben establecerse de manera simultánea. Aunque la determinación simultánea es ideal, en la práctica es más común tomar decisiones secuenciales, sobre todo al diseñar sistemas de manejo de materiales a gran escala. Como resultado, primero se diseña la carga unitaria o el sistema de manejo y almacenamiento. De estas dos opciones, la primera parece ser el método preferido entre los diseñadores de sistemas de manejo de materiales. A muchos les cuesta aceptar el hecho de que el tamaño de los contenedores y de las tarimas debe estar entre las primeras cosas que se determinan, no entre las últimas. En los casos en donde se pretende mejorar un sistema de manejo de materiales existente, la configuración física de un edificio existente puede afectar las especificaciones de la carga unitaria. Las anchuras de las puertas, el espaciamiento entre las columnas, las anchuras de los pasillos, los radios de giro de los vehículos para el manejo de materiales, las alturas máximas de apilamiento de los montacargas, y las alturas libres de los edificios están entre los numerosos factores que afectarán el diseño del sistema de carga unitaria.

4.6 EL EQUIPO DE MANEJO DE MATERIALES Algunos opinan que el manejo de materiales es sinónimo de equipo para manejo de materiales. Eso es lamentable porque el manejo de materiales es mucho más que la especificación del equipo. Se considera al manejo de materiales desde una perspectiva de sistemas. Incluso, puede existir una situación en donde una tarea específica dentro de la solución general del sistema de manejo de materiales no requiera ningún equipo en absoluto. La atención debe concentrarse primero en el material, segundo en el movimiento, y tercero en el método. Es muy fácil encontrar una situación problemática y pensar de inmediato en soluciones de equipo, en vez de en soluciones de un sistema de manejo de materiales. La especificación del equipo es uno de los últimos pasos en el proceso para establecer el sistema adecuado para el manejo de materiales. No obstante, un recurso esencial es conocer las alternativas de equipo que necesita el diseñador de un sistema de manejo de materiales para preparar diseños alternos. Constantemente se desarrollan nuevas generaciones de equipo y cualquier persona que participe en la especificación del mismo para el manejo de materiales debe mantenerse al corriente de las tecnologías más recientes. Clasificación del equipo para manejo de materiales en las categorías siguientes:

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1. Contenedores y equipo unificador Contenedores Unificadores 2. Equipo para transporte de materiales Bandas transportadoras Vehículos industriales Monocarriles, torres elevadoras, grúas 3. Equipo para almacenamiento y recuperación Almacenamiento y recuperación de cargas unitarias - Equipo para almacenamiento de cargas unitarias - Equipo para recuperación de cargas unitarias Almacenamiento y recuperación de cargas pequeñas 4. Equipo automático para recopilación y comunicación de datos Identificación y reconocimiento automáticos Comunicación automática sin documentos

4.7 ESTIMACIÓN DE LOS COSTOS DEL MANEJO DE MATERIALES El desarrollo de alternativas de diseño para manejo de materiales no sólo abarca especificar el "método correcto de manejo". Es igual de importante que la alternativa elegida tenga el "costo correcto". La estimación del costo de las alternativas de manejo de materiales no es un asunto trivial. En un extremo del espectro está un método "general" mediante la utilización de datos estándar y reglas empíricas Como ejemplo del empleo de datos empíricos, es posible obtener un estimado muy preciso del costo de adquisición de algunos tipos específicos de tarimas con patines a través del costo unitario de cada uno. Las reglas empíricas deben utilizarse con precaución. El precio de compra del equipo de manejo de materiales varía significativamente de una empresa a otra, de un modelo a otro, y de un año a otro, y los valores obtenidos de una lista se des actualizan con facilidad. Por lo tanto, es conveniente que quienes ofrecen datos empíricos actualicen frecuentemente sin cesar los valores de costos en sus listas. No obstante, es responsabilidad del ingeniero de manejo de materiales verificar la precisión de la información que se usa en cualquier proyecto. Un error común que se comete con mucha frecuencia incluso los ingenieros industriales más experimentados es caer en la trampa de utilizar "reglas empíricas" para generar el costo estimado para el equipo planificado de manejo de materiales. La utilización del equipo actual para manejo de materiales es una tarea mucho más compleja de lo que era en el pasado. Las reglas empíricas, como $350 por pie lineal de banda transportadora de rodillos instalada, pueden haber funcionado en el pasado, pero en la actualidad es probable que generen un estimado impreciso del verdadero costo de utilización. La siguiente es una breve 146


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lista d« los factores de costos que afectan la estimación actual del equipo para manejo de materiales y que no se tenían que considerar hace algunos años: Las soluciones de manejo de materiales ya no son cuestión de conectar dos lugares físicamente mediante una banda transportadora. Casi todas las soluciones actuales son sistemas, con componentes lógicos para capturar información electrónica y tomar decisiones dinámicas de envío. Como resultado, los estimados del costo de una solución deben incluir los costos del hardware, el software y la integración del sistema de controles. Las nuevas tecnologías de manejo de materiales han modificado de manera radical la cantidad de mano de obra requerida para instalar y preparar una planta. Una banda transportadora convencional todavía puede necesitar aproximadamente 20% de su precio de compra para instalarse, mientras que una nueva banda transportadora modular quizá sólo requiera 10% para instalación. Además, también se reduce significativamente la distribución tradicional de la corriente eléctrica mediante el empleo de estos nuevos dispositivos. El equipo de manejo de materiales ahora es una empresa global, y como tal, dependiendo de las presiones económicas mundiales, los precios del equipo fluctúan 30% hacia arriba o hacia abajo cada año. El mercado de equipos está abarrotado de proveedores de equipos "similares". Igual que en la industria automotriz, ahora podemos comprar dos dispositivos diferentes, que realizan las mismas funciones básicas, y donde uno cuesta menos de la mitad del otro. Las preferencia de tecnología del usuario final, el ruido, la seguridad, la eficiencia de la energía, la modularidad, la flexibilidad en el manejo del producto, la confiabilidad y la facilidad de mantenimiento ahora orientan las opciones de cuál dispositivo es el correcto para cualquier aplicación específica. El método correcto para estimar el costo de utilización de una solución de manejo de materiales es aplicar un modelo complejo de asignación de precios, el cual incluya la mayor cantidad posible de factores pertinentes de asignación de precios. Casi todos los integradores de sistemas más experimentados, que instalan varios sistemas cada año, tienen tal modelo. La precisión de estos modelos de estimación se relaciona directamente con el grado de detalle reflejado en los elementos del modelo. La clave para mantener la precisión de estos módulos complejos es hacer un proceso de validación en donde constantemente se introduzcan "datos reales y actuales" en el modelo, y que éste se conserve lo más actualizado posible, con el fin de poder permanecer en el mercado en este mundo globalizado. Para el diseño de sistemas de manejo de materiales más complejos, es inevitable que se emplee un método más sistemático para verificar las interacciones entre 147 147 147


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los diversos componentes del diseño del sistema. Se requieren métodos como el análisis de simulación para efectuar estas verificaciones. La utilización del análisis de simulación revela algunos conflictos internos entre los componentes del manejo de materiales que pueden provocar condiciones de retraso por bloqueo e interbloqueos. La función de manejo de materiales es facilitar la producción. Por lo tanto, el mejor sistema de manejo de materiales es aquel que genera operaciones de producción óptimas. 4.8 CONSIDERACIONES DE SEGURIDAD La seguridad no debe ser una idea que se deba postergar al diseñar una solución de manejo de materiales o de cualquier parte de una planta. Al incluir ingeniería de seguridad en el diseño, se evita depender de los controles del proceso o del equipo de protección personal. Muchos proveedores de equipo para manejo de materiales proporcionan equipo que cumple con la OSHA; pero tener equipo "seguro" no garantiza un ambiente de trabajo "seguro". La clave para una planta segura es concentrarse en la relación entre la fuerza de trabajo y el equipo. Muchas soluciones de manejo de materiales implican la utilización de algún tipo de anaquel de tarimas y de montacargas industriales. Una desventaja común en estas soluciones es una disposición deficiente en el área de anaqueles. Al concentrarse en la eficiencia del espacio, muchos planificadores incluyen anchuras de pasillos insuficientes para el tipo de vehículos empleados. Aunque la fuerza de trabajo esté muy capacitada o sea consciente de la seguridad, los pasillos muy estrechos producirán soportes dañados, vehículos dañados, y trabajadores dañados. La tabla 4.3 muestra las anchuras de pasillos recomendadas para el diseño de una planta. Una relación entre la fuerza de trabajo y el equipo que merece especial atención es el uso de los pasillos por los peatones y los montacargas industriales. Cada año, se producen miles de lesiones como resultado de la interacción entre peatones y montacargas. En la planta ideal, habría pasillos para peatones y pasillos para vehículos totalmente separados. Sin embargo, esto no suele ocurrir. Una manera de reducir la frecuencia de interacción es mantener las áreas de oficinas o las áreas comunes de los empleados a lo largo del perímetro del edificio, lejos de las áreas de almacenamiento o de procesamiento. Las entradas a los pasillos de desplazamiento deben mantenerse despejadas, lejos de equipo o estructuras en construcción que puedan crear "puntos ciegos" para los peatones y los operarios de vehículos. Se deben colocar postes o barreras en las entradas, para que los peatones se detengan, observen y avancen conscientemente. Si se van a utilizar pasillos comunes, deben tener 3 pies adicionales de anchura y se debe marcar un sendero para peatones en uno de los lados del pasillo. Las áreas de embarque son muy peligrosas, debido a la gran cantidad de vehículos que acostumbran emplearlas. Se deben incorporar salones para los conductores de vehículos que entran y salen, y se debe restringir el acceso al área de embarque

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para que los operarios de vehículos realicen su trabajo sin distracciones innecesarias por parte de los peatones. Tabla 4.3 Anchuras de pasillos recomendadas para el diseño de una planta

Tipo de equipo Montacargas de 3 ruedas con contrapeso Montacargas de 4 ruedas con contrapeso Carretilla con extensión Carretilla con extensión de profundidad doble Carretilla de recolección de pedidos Carretilla de tórreta Carretilla de soporte giratorio Carretilla de carga lateral Carretilla de soporte fijo Montacargas con contrapeso y aditamento Tarima con patín manual Tarima con patín eléctrico

Pasillo de recolección

Pasillo transversal

9'-10' 10'-12' 8'6" 8'6" 5' 5' 5'-6' 6' 5' 12' 6' 7'-8'

10' 12' 10' 10' 10' 12' 12' 15'-20' 20' 14'-20' 8'-10' 8'-10'

Otras soluciones de manejo de materiales se relacionan con la utilización de bandas transportadoras. Una vez más, mantener las bandas transportadoras y los montacargas separados es el mejor método. Cuelgue las bandas transportadoras de las vigas del techo o colóquelas en un entresuelo. Si es necesario montar bandas transportadoras en el piso cerca de los pasillos, use bolardos o rieles para proteger los soportes de la banda transportadora. Ya sea un punto de entrada a la banda transportadora, una mesa de empaque, o un proceso de producción. El diseño de las estaciones de trabajo es muy importante en la prevención de lesiones. La ergonomía deficiente, que obliga al trabajador a adaptarse al trabajo, en vez de adaptar el trabajo al trabajador, representa un tercio de todas las lesiones en el trabajo. Entre los factores de riesgo que se deben evitar, está obligar a los operarios a adoptar posiciones extrañas, repetir movimientos, usar fuerza excesiva, hacer contacto con tensión, y recibir vibraciones. Lo ideal es que las estaciones de trabajo se ajusten para permitir que el trabajo se haga entre los hombros y las rodillas, y que no se efectúe a una distancia mayor de 18-24" del cuerpo del trabajador. También, debe evitarse que los trabajadores se agachen, arrodillen o acuclillen. El acta para ciudadanos con discapacidades (ADA) impone obligaciones específicas a los empresarios en relación con el empleo de personas con discapacidades. El ADA demanda que los empresarios lleven a cabo adaptaciones razonables en relación con las actividades que puedan desempeñar personas calificadas con una discapacidad. Una persona calificada con una discapacidad es

149 149 149


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alguien que cumple con los requerimientos legítimos de aptitud, educación u otros y que puede realizar las funciones esenciales en un puesto con o sin una adaptación razonable. El grado en el que un empresario debe adaptarse a una "persona calificada" es determinado por el ADA. En caso de que se deban realizar adaptaciones, los empresarios, y sus diseñadores de plantas, deben realizar juicios basados en evidencia confiable u objetiva. Desde una perspectiva de la seguridad, ninguna regulación de la Agencia de Salud y Seguridad Ocupacional (OSHA) existente o propuesta controla el empleo de personas con discapacidades. Los lineamientos de la OSHA pugnan por condiciones laborales que defiendan la seguridad y la salud de todos los trabajadores, incluyendo a quienes tienen necesidades especiales y limitaciones. Si los empleados pueden ejecutar sus funciones de un modo que no plantee un riesgo para su propia seguridad o la de otras personas, es irrelevante el hecho de que tengan una discapacidad.

4.9 PROBLEMAS 1 Para cada uno de los siguientes principios del manejo de materiales: a) explique qué significa, y b) ofrezca un ejemplo específico de cómo se aplica. a. Principio del trabajo b. Principio ergonómico 2 Para cada uno de los siguientes principios del manejo de materiales: a) explique qué significa, y b) proporcione un ejemplo específico de cómo se aplica. a. Principio de la carga unitaria b. Principio de la utilización del espacio 3 Desarrolle un conjunto de atributos para comparar las bandas transportadoras con clasificación de artículos. 4 Desarrolle un conjunto de atributos para comparar los sistemas automatizados de vehículos guiados. 5 Desarrolle un conjunto de atributos para comparar los sistemas de almacenamiento de cargas unitarias. 6 Desarrolle un conjunto de atributos para comparar las tecnologías de recuperación de cargas unitarias. 7 Desarrolle un conjunto de atributos para comparar las alternativas de almacenamiento de piezas pequeñas. 8 Desarrolle un conjunto de atributos para comparar los sistemas automatizados de recopilación de datos.

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9 Compare lo siguiente: a. Un montacargas con una carretilla de plataforma b. Una carretilla de extensión con una carretilla de tórrela 10 Compare lo siguiente: a. Un anaquel de carga frontal contra un anaquel de carga transversal b. Un anaquel de carga invertida contra un anaquel móvil 11 Visite una fábrica en su ciudad y efectúe una revisión del sistema de contenedores. Haga una lista de comprobación. 12 Asista a una fábrica en su ciudad y describa dispositivos/sistemas de manejo de materiales que observe.

los

diferentes

151 151 151


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CAPITULO 5 MODELOS DE PLANIFICACIÓN DE LA DISPOSICIÓN Y ALGORITMOS DE DISEÑO 5.1 INTRODUCCIÓN La generación de disposiciones alternas es un paso determinante en el proceso de planificación de plantas ya que la disposición seleccionada servirá para establecer las relaciones entre las actividades. Es importante tener en cuenta que la disposición final será elegida o se basará en una de las alternativas generadas, a fin de que el planificador trabaje de manera creativa y exhaustiva al generar disposiciones alternas. Este capítulo, se centrara en desarrollar alternativas para la disposición. De manera más específica, se desarrollara una disposición en bloques (que muestra las ubicaciones y los tamaños relativos de los departamentos de planificación) a diferencia de una disposición detallada (la cual indica la ubicación exacta de todo el equipo, las mesas de trabajo y las áreas de almacenamiento dentro de cada departamento). Se abordara la determinación de los requerimientos. El capítulo 1 versó acerca de las relaciones estratégicas entre la planificación de la planta y la fabricación, la distribución y la mercadotecnia. Del plan estratégico general debe surgir una estrategia para la disposición de la planta. Los planes de productos, fabricación, comercialización, distribución, administración y recursos humanos afectarán y serán afectados por la disposición de la planta. Los requerimientos de la planta provocados por el diseño de productos, el diseño de procesos y las decisiones del diseño de programas se examinaron en el capítulo 2. En el capítulo 3 se presentó un tratamiento completo del modo en el que las relaciones de las actividades y los requerimientos de espacio afectan la planificación de una planta. A partir de ese análisis y del énfasis del capítulo 1 en el establecimiento de relaciones entre las actividades y la determinación de las necesidades de espacio, es evidente que esas dos actividades son esencialmente importantes al diseñar una disposición para una planta. Es conveniente contestar la siguiente pregunta: ¿Qué se hace primero, el sistema de manejo de materiales o la disposición de la planta? Al parecer, la mayoría de las personas considera que primero viene la disposición y luego se desarrolla el sistema de manejo de materiales. No obstante, las decisiones del manejo de materiales tienen un gran impacto en la eficacia de una disposición. Así, las decisiones siguientes afectan la disposición: 1. El almacenamiento centralizado comparado con el descentralizado del trabajo en proceso (WIP), la preparación de herramientas y los suministros. 152 152 152


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2. El manejo basado en trayectoria fija comparado con el de trayectoria variable. 3. La unidad de manejo (carga unitaria) planificada para los sistemas. 4. El grado de automatización utilizado en el manejo. 5. El tipo de nivel del control del inventario, el control físico y el control computarizado de los materiales. Cada una de las consideraciones anteriores afecta los requerimientos de espacio, equipo y personal, al igual que el grado de proximidad que se necesita entre las funciones. ¿Por qué las personas primero tienden a concentrarse en la disposición? Una razón tal vez sea un énfasis excesivo en el proceso de fabricación. Por ejemplo, parece perfectamente lógico poner el departamento B junto al departamento A, si el proceso B ocurre inmediatamente después del proceso A. En tal situación, el problema del manejo se reduce a: ¿cuál es el mejor modo de mover materiales de A a B? El sentido común sugiere que el problema de manejo se puede abordar después de finalizar la disposición. Sin embargo, si los materiales no pueden fluir directamente de una máquina en A a una máquina en B, se requiere almacenar el WIP en A, B, u otro lugar. De acuerdo con los requerimientos de almacenamiento y de control, puede fijarse un área de almacenamiento WIP centralizada, de forma que los materiales fluyan de A a S (almacenamiento) y luego de S a B. Con tal sistema de almacenamiento WIP centralizado, los materiales no fluyen de A a B, y ya no es necesario que B se encuentre junto a A. Además, el sistema centralizado ofrece mayor flexibilidad cuando hay que cambiar la secuencia de los procesos. 5.2 TIPOS BÁSICOS DE DISPOSICIÓN Se identifican cuatro tipos de departamentos de planificación 1. 2. 3. 4.

Los departamentos de ubicación fija de materiales. Los departamentos de líneas de producción. Departamentos por familia de productos. Departamentos por procesos.

153


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A L M A C É N

Tornear

Perforar

Esmerilar

Moldear

Doblar

Perforar

Fresar

Perforar

Tornear

Tornear

E N S A M B L E

Perforar

A L M A C É N

Perforar

(a)

A L M A C E N E S

Tornear

Moldear

Soldar

Esmerilar

Pintar

Montar

A L M A C É N

(b) A L M A C É N E S

Tornear

Perforar

Esmerilar

Montar

Fresar

Montar

Soldar

Pintar

Moldear

Tornear

Perforar

Esmerilar

Perforar

Montar

Moldear

Montar

Perforar

Esmerilar

A L M A C É N

(c)

154 154 154


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A L M A C E N E S

Tornear

Tornear

Perforar

Soldar

Tornear

Tornear

Perforar

Pintar

Fresar

Fresar

Esmerila

Montar

Fresar

Fresar

Esmerila

Montar

Soldar

Pintar

A L M A C É N

(d)

Figura 5.1. Tipos de disposiciones, (a) Disposición de línea de producción, (b) Disposición por productos fijos, (c) Disposición por familia de productos, (d) Disposición por procesos

En concepto, la disposición para un departamento con ubicación de materiales fija es diferente a la de las otras tres. Con las otras disposiciones, el material llega a la estación de trabajo; en el caso de los departamentos con ubicación fija de materiales, la estación de trabajo llega al material. Se usa en proyectos de montaje de aeronaves, construcción de embarcaciones y en casi todos los de construcción. La disposición del departamento de ubicación fija de materiales implica poner en secuencia y colocar las estaciones de trabajo alrededor del material o producto. Si bien los departamentos de una ubicación fija se suelen asociar con productos grandes y voluminosos, no están limitados a estas aplicaciones. Por ejemplo, en los sistemas para ensamble de computadoras, con frecuencia ocurre que los materiales, los subensambles, los gabinetes, los periféricos y los componentes lleguen a una estación de trabajo de integración y prueba de sistemas y que el producto terminado se "construya" o monte y pruebe en ese único lugar. Tales disposiciones se conocen como disposiciones de productos fijos.

155 155 155


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Disposición por grupos Ventajas

Desventajas

1. Al agrupar los productos, se produce un uso más alto de las máquinas. 2. Se esperan líneas de flujo más uniformes y distancias de viaje más cortas que para las disposiciones por procesos. 3. A menudo se prodvfcen beneficios de atmósfera de equipo y ampliación del trabajo. 4. Tiene algunos de los beneficios de las disposiciones por productos y las disposiciones esos dos tipos. por procesos; es una solución intermedia entre 5. Estimula que se tome en cuenta el equipo de uso general.

1. Implica una supervisión general. 2. Se requieren más conocimientos de la mano de obra, para que los integrantes de los equipos dominen todas las operaciones. 3. Es esencial que el control de la producción equilibre los flujos por las celdas individuales. 4. Si el flujo no está equilibrado en cada celda, se necesitarán zonas intermedias en la celda y almacenamiento del trabajo en proceso para eliminar la necesidad de manejo de material adicional hacia y desde la celda. 5. Tiene algunas de las desventajas de las disposiciones por productos y de las disposiciones por procesos; es una solución intermedia entre los dos tipos. 6. Disminuye la oportunidad de utilizar equipo especializado.

Disposición por procesos Ventajas 1. Mayor empleo de máquinas. 2. Se puede manejar equipo de uso general. 3. Muy flexible para asignar personal y equipo 4. Diversidad de tareas para el personal. 5. Es posible una supervisión especializada

Desventajas 1.

Mayores requerimientos de manejo de materiales.

2.

Implica un control más complicado de la producción. 3. Más trabajo en proceso. y equipo. 4. Líneas de producción más extensas. 5. Se necesitan mayores conocimientos para adaptarse a la diversidad de tareas requeridas.

156 156 156


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La disposición para un departamento de línea de producción se basa en la secuencia de procesamiento para las piezas producidas en la línea. Los materiales suelen fluir de una estación de trabajo directamente a la siguiente. Las trayectorias de flujo bien planificadas producen este ambiente de alto volumen y baja variedad. Tales arreglos se conocen como disposiciones por productos. Por otra parte, la disposición para un departamento de familia de productos se basa en el agrupamiento de las piezas para formar familias de productos. Las piezas que no son idénticas pueden agruparse en familias con base en secuencia de procesamiento, formas, composición de materiales, requerimientos de herramientas, manejo/almacenamiento/requerimientos de control comunes, entre otros criterios. La familia de productos se considera como un pseudoproducto y se desarrolla una disposición de pseudoproductos. El equipo de procesamiento demandado para el pseudoproducto se agrupa y se coloca en una celda de fabricación. Por lo general, la disposición resultante tiene un alto grado de flujo dentro de los departamentos y flujo escaso entre departamentos; se suele denominar una disposición de grupos o una disposición de familia de productos.

Tabla 5.1 (continuación)….

6. 7.

8.

9.

10.

6. 7. 8. 9.

Disposición por grupos Ventajas Desventajas Al agrupar los productos, se produce 7. Implica una supervisión general. un uso más alto de las máquinas. 8. Se requieren más conocimientos de la mano de Se esperan líneas de flujo más obra, para que los integrantes de los equipos uniformes y distancias de viaje más dominen todas las operaciones. cortas que para las disposiciones por 9. Es esencial que el control de la producción procesos. equilibre los flujos por las celdas individuales. A menudo se producen beneficios de 10. Si el flujo no está equilibrado en cada celda, se atmósfera de equipo y ampliación del necesitarán zonas intermedias en la celda y trabajo. almacenamiento del trabajo en proceso para Tiene algunos de los beneficios de eliminar la necesidad de manejo de material las disposiciones por productos y las adicional hacia y desde la celda. disposiciones esos dos tipos. por 11. Tiene algunas de las desventajas de las procesos; es una solución intermedia disposiciones por productos y de las disposiciones entre por procesos; es una solución intermedia entre los Estimula que se tome en cuenta el dos tipos. equipo de uso general. 12. Disminuye la oportunidad de utilizar equipo especializado. Disposición por procesos Ventajas Desventajas Mayor empleo de máquinas. 6. Mayores Se puede manejar equipo de uso requerimientos de manejo de materiales. general. 7. Implica Muy flexible para asignar personal y un control más complicado de la producción. equipo 8. Más trabajo en proceso. y equipo. Diversidad de tareas para el 9. Líneas personal.

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una

supervisión

de producción más extensas. 10.

Se necesitan mayores conocimientos para adaptarse a la diversidad de tareas requeridas.

Tabla 5.1 Ventajas y limitaciones de la disposición por productos fijos, la disposición por productos, la disposición por grupos y la disposición por procesos.

La disposición para un departamento por procesos se obtiene al agrupar los procesos similares y poner departamentos de procesos individuales relacionados entre sí con base en el flujo entre los departamentos. Casi siempre se presenta un alto grado de flujo entre departamentos y flujo escaso dentro de los departamentos. Tal disposición se conoce como disposición por procesos y se emplea cuando el volumen de actividad para las partes individuales o los grupos de partes no es suficiente para justificar una disposición por productos o una disposición de grupos. Las disposiciones de productos fijos, por productos, de grupos, y por procesos se comparan en la tabla 5.1. Es común que en un contexto en particular se tenga algunos productos que se adaptan mejor a unos tipos de disposición que a otros. Por lo tanto, en la práctica suele dar buenos resultados una disposición híbrida o combinada.

5.3 PROCEDIMIENTOS PARA LA DISPOSICIÓN Se han creado una gran variedad de procedimientos para ayudar al planificador de plantas a diseñar disposiciones. Estos procedimientos se clasifican en dos categorías principales: para construcción y para mejoramiento. Los métodos de la disposición para construcción implican desarrollar una disposición nueva "desde cero". Los procedimientos para mejoramiento generan alternativas de disposición basadas en una disposición existente. Una gran parte del trabajo consiste en hacer cambios menores en la disposición existente, ubicar máquinas nuevas, revisar una sección de la planta, y efectuar estudios ocasionales para el manejo de materiales. Los planes para una nueva y completa línea de producción o una fábrica nueva quizá puedan ser encabezados de periódicos, pero excepto en caso de una guerra o una expansión novedosa, el planificador de plantas común rara vez tendrá que considerar tal problema.

Procedimiento de disposición de planta de Apple Apple propuso la siguiente secuencia detallada de pasos al producir la disposición de una planta. 1. Obtener los datos básicos. 2. Analizar los datos básicos. 158 158 158


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3. Diseñar el proceso productivo. 4. Planificar el esquema de flujo de materiales. 5. Considerar el plan general de manejo de materiales. 6. Calcular los requerimientos de equipo. 7. Planificar las estaciones de trabajo individuales. 8. Seleccionar el equipo específico para manejo de materiales. 9. Coordinar grupos de operaciones relacionadas. 10.Diseñar las relaciones entre las actividades. 11.Determinar los requerimientos de almacenamiento. 12.Planificar las actividades de servicio y auxiliares. 13.Establecer los requerimientos de espacio. 14.Asignar las actividades al espacio total. 15.Considerar los tipos de construcciones. 16.Desarrollar una disposición maestra. 17.Evaluar, ajustar y revisar la disposición con las personas adecuadas. 18.Obtener las aprobaciones. 19.Instalar la disposición. 20.Dar seguimiento a la implementación de la disposición. Apple señaló que estos pasos no necesariamente se efectúan en la secuencia presentada. Lo explica de la siguiente forma: Dado que no hay dos proyectos idénticos de diseño de una disposición, tampoco son iguales los procedimientos para diseñarlos. Siempre habrá que avanzar y retroceder entre estos pasos, antes de que sea posible completar uno anterior que se analizaba.

Procedimiento de disposición de plantas de Reed Reed recomendó el siguiente "plan de ataque sistemático" como los pasos requeridos para "planificar y preparar la disposición". 1. Analizar el o los productos que se van a obtener. 2. Determinar el proceso que se necesita para fabricar el producto. 3. Preparar diagramas de planificación de la disposición. 4. Precisar las estaciones de trabajo. 5. Analizar los requerimientos del área de almacenamiento. 6. Fijar las anchuras mínimas de los pasillos. 7. Establecer las necesidades de las oficinas. 8. Considerar las instalaciones para el personal y los servicios. 9. Inspeccionar los servicios de la planta. 10.Considerar expansiones futuras. Reed opina que el diagrama de planificación de la disposición es "la fase más importante de todo el proceso de la disposición" e incorpora lo siguiente:

159 159 159


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9. Proceso de flujo, incluyendo operaciones, transporte, almacenamiento e inspecciones. 10.Tiempos estándar para cada operación. 11.Elección y equilibrio de las máquinas. 12.Elección y equilibrio de la fuerza de trabajo. 13.Requerimientos de manejo de materiales.

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1

Núm. ENSAMBLE

--

NOMBRE DE LA PARTE

PIEZAS ENSAMBLE

PIEZAS REQ./HR

NOMBRE DE ENSAMBLE

ENSAMBLE/PRODUCTO

PRODUCCION HRS/DIA

Figura 5.2 Tabla de planificacion de la disposicion

HOJA

DE

ELABORADA POR

FECHA


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Procedimiento de planificación sistemática de la disposición (SLP) de Muther Muther desarrolló un procedimiento para la disposición que denominó planificación sistemática de la disposición o SLP (Systematic Layout Planing). La estructura para la SLP aparece en la figura 5.3. Emplea como base el diagrama de relaciones de actividades. Con base en los datos originales y en la comprensión de las funciones y las relaciones entre las actividades, se efectúa un análisis del flujo de materiales (tabla desde-hacia) y un análisis de la relación de las actividades (tabla de relaciones de actividades). A partir de los análisis efectuados, se desarrolla un diagrama de la relaciones (figura 5.4).

162


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Datos originales y actividades

2. Relaciones de actividades

Análisis

1. Flujo de materiales

3. Diagrama de relaciones

4. Requerimientos de espacio

5. Espacio disponible

7. Consideraciones de modificación

8. Limitaciones prácticas

Búsqueda

6. Diagrama de relaciones de espacio

10. Evaluación

Selección

9. Desarrollar disposiciones alternas

Figura 5.3 Procedimiento de planificación sistemática de la disposición (SLP).

163


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El diagrama de relaciones ubica las actividades en el espacio. Con frecuencia, las cercanías se emplean para reflejar la relación entre pares de actividades. Aunque el diagrama de relaciones está en dos dimensiones, en algunos casos se han desarrollado diagramas tridimensionales cuando se analizan edificios de varios pisos, entresuelos, y/o espacio colgante.

5

8

3

6

1

9 2 7

4

Figura 5.4 Diagrama de relaciones

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8

5

(9000)

(12,000)

3

6

(9000)

(1000)

1 (1000) 9 (1000) 2 (1000)

7 4

(4000)

(9000)

Figura 5.5 Diagrama de relaciones de espacio

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1

3

2 8

5

2

9

4

3

4

7 6

4

7 5

5

6

7 8

8

Figura 5.6 Disposiciones en bloques alternos.

Los dos pasos siguientes implican determinar la cantidad de espacio que se asignará a cada actividad. Una vez efectuadas las asignaciones de espacio, se desarrollan plantillas de espacios para cada departamento de planificación y el espacio se "sobrepone al diagrama de relaciones" para obtener el diagrama de relaciones de espacio (figura 5.5). Con base en las consideraciones de modificación y las limitaciones prácticas, se generan (figura 5.6) y se evalúan varias alternativas de disposición. Después, se identifica y se recomienda la alternativa más adecuada. El procedimiento SLP se puede emplear de manera secuencial para desarrollar primero una disposición en bloques y después una disposición detallada para cada departamento de planificación. En esta última aplicación, se utilizan la relaciones entre las máquinas, las estaciones de trabajo, los lugares de almacenamiento y las entradas hacia y las salidas del departamento con el fin de determinar la ubicación relativa de las actividades dentro de cada departamento. 5.4 ENFOQUES ALGORÍTMICOS La ubicación relativa de los departamentos con base en sus "calificaciones de cercanía" o "intensidades de flujo de materiales" se puede reducir a un proceso algorítmico. Son procedimientos/algoritmos formales que ayudan al analista a desarrollar o mejorar una disposición, y al mismo tiempo le brindan criterios objetivos para facilitar la evaluación de diversas alternativas de disposición que surgen en el proceso. Los algoritmos de disposición presentados, al menos en teoría, pueden ejecutarse a mano. Sin embargo, para casi todos los problemas prácticos del mundo real,

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estos algoritmos están diseñados para, o se recomienda que se usen con el auxilio de, una computadora. Los algoritmos para disposiciones basados en computadora que existen no pueden reemplazar el criterio y la experiencia de las personas y no pueden capturar las características cualitativas de una disposición; sin embargo, los algoritmos de disposición computarizados mejoran de manera significativa la productividad del planificador y la calidad de la solución final al generar y evaluar en forma numérica una gran cantidad de alternativas de disposición en muy poco tiempo. Asimismo, los algoritmos computarizados son muy eficaces para efectuar rápidamente análisis de "escenarios hipotéticos" con base en la variación de los datos incorporados o de la disposición misma.

Clasificación de algoritmos Muchos algoritmos de disposición se clasifican de acuerdo con el tipo de datos originales que requieren. Algunos algoritmos sólo admiten datos de "flujo" cualitativo (como una tabla de relaciones) mientras que otros funcionan con una matriz de flujo (cuantitativa) expresada como una tabla desde-hacia. Algunos algoritmos (como BLOCPLAN) aceptan una tabla de relaciones y una tabla desde hacia; sin embargo, las tablas sólo se usan una a la vez al evaluar una disposición. La tendencia actual es hacia algoritmos que utilizan una tabla desdehacia, la cual suele requerir más tiempo y esfuerzo para prepararse, pero ofrece más información sobre el flujo de piezas (o viajes de manejo de materiales) cuando se termina. Dado que los valores de flujo se pueden convertir a calificaciones de relaciones y viceversa, casi todos los algoritmos se pueden emplear con cualquier tipo de datos. Por supuesto, si una tabla de relaciones se puede convertir a una tabla desde-hacia (al asignar valores numéricos a las calificaciones de cercanía), los valores de "flujo" elegidos por el planificador sólo representan una escala ordinal. Con respecto a los datos originales, el tiempo y el esfuerzo invertidos para compilar una tabla de relaciones o una tabla desde-hacia aumentan rápidamente con la cantidad de departamentos. Dado que la tabla de relaciones se basa en las calificaciones de cercanía asignadas por los usuarios, su construcción a menudo requiere información de varias personas. Después de obtener tal información, el analista necesita identificar y resolver las posibles inconsistencias. Por ejemplo, para el mismo par de departamentos, una persona puede asignar una "A" mientras que otra asigna una "I". En lugar de intentar decidir quién tiene la razón y quién no, el analista debe reunirse con ambas personas para comprender las razones detrás de sus opiniones, y de acuerdo con todas las partes interesadas, determinar la calificación de cercanía final que se utilizará para el par. Debido al notorio aumento en la cantidad de los pares de departamentos posibles como una función de la cantidad de departamentos, por lo general las tablas de relaciones no son prácticas para problemas con 20 o más departamentos. Esa misma dificultad a causa del aumento en la cantidad de departamentos se aplica a las tablas desde-hacia. Para los problemas de tamaño mediano o grande 167


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(por ejemplo, 20-30 o más departamentos), no sería práctico incluir todos los elementos en una tabla desde-hacia. No obstante, en tales casos es posible desarrollar la tabla desde-hacia en un tiempo razonable mediante los datos de la ruta de producción para cada producto (o familia de productos). Por ejemplo, si el tipo de producto A se procesa a través de los departamentos 1-2-5-7, y se mueve a una velocidad de, por ejemplo, 20 cargas/hr, establecemos ƒ12 = ƒ25 = ƒ57 = 20 en la tabla desde-hacia, la cual se completa al repetir este proceso para cada producto (o tipo de productos), y se califica como una "matriz escasa" (es decir, que contiene muchas celdas en blanco). De hecho, en muchos casos es útil desarrollar primero una tabla desde-hacia completa y separada para cada producto (o tipo de productos) de modo que los datos de flujo a nivel productos permanezcan disponibles en todo momento para el analista. Después, se pueden combinar tablas desde-hacia individuales a nivel de producto en una tabla acumulada, utilizando ponderaciones adecuadas para los tipos de producto individuales, en caso necesario. Por supuesto, el desarrollo de la tabla desdehacia del modo mencionado se lleva a cabo con ayuda de computadoras en casi todos los casos. Asimismo, si la unidad de flujo para el producto cambia conforme avanza de un proceso al siguiente, se pueden insertar multiplicadores apropiados en los datos de direccionamiento o ruteo para aumentar o disminuir la escala de la intensidad de flujo con base en la unidad de flujo. Asimismo, los algoritmos de disposición se clasifican de acuerdo con el objetivo de sus funciones objetivo. Existen dos objetivos básicos: uno pretende minimizar la suma de los flujos por las distancias, mientras que el otro pretende maximizar una calificación de adyacencia. En términos generales, lo primero, es decir, el objetivo "basado en las distancias" —el cual es similar al objetivo clásico del Problema de la asignación cuadrática (QAP)— es más conveniente cuando los datos originales se expresan como una tabla desde-hacia, y el segundo, es decir, el objetivo "basado en la adyacencia", es más conveniente para una tabla de relaciones. Considere primero el objetivo basado en las distancias. Suponga que m representa el número de departamentos ƒij denota el flujo del departamento i al departamento j (expresado en la cantidad de cargas unitarias desplazadas por el tiempo unitario), y cij representa el costo de mover una carga unitaria una unidad de distancia del departamento i al departamento j. El objetivo es minimizar el costo por tiempo unitario por movimiento entre los departamentos. Expresado matemáticamente, el objetivo se escribe así

en donde dij es la distancia del departamento i al departamento j. En muchos algoritmos de disposición, dij se mide de manera rectilínea entre los centroides de los departamentos; sin embargo, también se puede medir de acuerdo con la estructura particular de sus pasillos (si se especifica). Observe que se supone implícitamente que los valores de cij en la ecuación anterior son independientes 168


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de la utilización del equipo de manejo, y se relacionan de manera lineal con la longitud del movimiento. En los casos donde los valores de cij no satisfacen los supuestos anteriores, es posible establecer cij = 1 para todos los i y los j y concentrarse sólo en el viaje total de cargas unitarias en la planta, es decir, el producto de los valores ƒij y dij. En algunos casos, además es posible emplear los valores cij como "ponderaciones" relativas (basadas en los atributos de las cargas unitarias como el tamaño, el peso, la dificultad de manejo, entre otras) y minimizar la suma ponderada del viaje por carga unitaria en la planta. Después, considere el objetivo basado en la adyacencia, en donde la calificación de adyacencia se calcula como la suma de todos los valores de flujo (o los valores de las relaciones) entre los departamentos adyacentes en la disposición. Al suponer que xij = 1 si los departamentos i y j son adyacentes (es decir, que comparten una orilla) en la disposición, y 0 en caso contrario, el objetivo es maximizar la calificación de adyacencia, de modo que,

Aunque la calificación de adyacencia derivada de la ecuación anterior es útil al comparar dos o más disposiciones alternas, a menudo se busca evaluar la eficiencia relativa de una disposición específica en relación con cierto límite inferior o superior. Para esto, el planificador puede usar la siguiente calificación de adyacencia "normalizada":

Como resultado, la calificación de adyacencia normalizada siempre estará entre 0 y 1. Si la calificación de adyacencia normalizada es igual a 1, implica que todos los pares de departamentos con un flujo positivo entre ellos son adyacentes en la disposición. En algunos casos, el planificador puede representar una relación X entre los departamentos i y j al asignar un valor negativo a ƒij El valor negativo exacto que se va a emplear debe determinarse con respecto a los valores de flujo "reales" (positivos) de la tabla desde-hacia. Si se aplican valores de flujo "negativos", la calificación de adyacencia normalizada debe modificarse de este modo:

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en donde F y representan el conjunto de pares de departamentos con valores de flujo positivo y negativo, respectivamente. Muchos algoritmos de disposición emplean la representación discreta

Figura 5.7 Representación de una disposición discreta comparada con una disposición continua.

(la cual aparece en la figura 5.7a) que permite a la computadora guardar y manipular la disposición como una matriz. Con dicha representación, el área de cada departamento se redondea al número entero más cercano de cuadros. Si el tamaño de los cuadros es muy grande (muy pequeño), los departamentos pequeños (grandes) pueden tener muy pocos (demasiados) cuadros. Asimismo, el tamaño de los cuadros establece la "resolución" general de la disposición; un tamaño de cuadro más pequeño produce una resolución más fina que, a su vez, aporta más flexibilidad en las formas de los departamentos. Sin embargo, como el área total es fija, un tamaño de cuadro más pequeño genera una mayor cantidad de cuadros (o una matriz más grande), lo cual aumenta de manera considerable la carga computacional. Por lo tanto, en los algoritmos que emplean la representación discreta, la elección de un tamaño de cuadro adecuado es una decisión importante que debe tomarse al inicio del proceso de planificación. La alternativa (véase la figura 5.7b) es la representación continua, en donde no hay una estructura de cuadros subyacente. (La cuadrícula de la figura 6.8b se conservó sólo para efectuar una comparación.) Si bien en teoría esa representación es más flexible que su contraparte discreta, también es más difícil de implementar en una computadora. De hecho, excepto para un caso (en donde las formas de ciertos departamentos se "ajustan" para aceptar un edificio no rectangular), los algoritmos actuales de disposición por computadora que emplean la representación continua están limitados a un edificio rectangular y a formas de departamento rectangulares.

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Aunque es posible modelar edificios no rectangulares al utilizar departamentos "ficticios" fijos en términos generales, no es sencillo definir departamentos no rectangulares arbitrarios con forma de L o de U y otros con la representación continua. Si un departamento es rectangular y conocemos el área que requiere, sólo necesitamos conocer la coordenada x, y de su centroide y la longitud lateral en dirección norte-sur para especificar su ubicación y su forma exactas. (¿Cómo especificaría la ubicación y las formas exactas de un departamento en forma de L o de T con un área conocida? Entre las especificaciones alternas, ¿cuál requiere la cantidad de datos mínima?, ¿cuál facilita identificar y evita la superposición de los departamentos?) Aunque el ojo humano puede juzgar formas e identificar con facilidad los departamentos divididos, para que la computadora "reconozca" un departamento dividido se necesita crear medidas formales que puedan incorporarse en un algoritmo. Por ejemplo, considere la representación discreta, en donde un departamento se representa como un conjunto de cuadros. Suponga que hay un "punto" que sólo se puede mover de un cuadro a un cuadro adyacente. (Dos cuadros son adyacentes sólo si comparten una orilla de longitud positiva; dos cuadros que se "tocan" en las esquinas no se consideran adyacentes.) Se dice que el departamento i no está dividido si el punto anterior puede iniciar en cualquier cuadro asignado al departamento i y viajar a cualquier otro cuadro asignado al departamento i sin visitar cualquier cuadro no asignado al departamento i. En otras palabras, dadas las restricciones impuestas en los movimientos del punto, debe ser posible "llegar a" cualquier cuadro asignado al departamento i desde cualquier otro de tales cuadros. Por ejemplo, el departamento de la figura 5.8a y 5.8b está dividido, mientras que los de las figuras 5.8c y 5.8d no lo están. De acuerdo con la definición anterior, el departamento de la figura 5.8e tampoco está dividido. Se dice que los departamentos como el de la figura 5.8e "encierran un vacío" y no se consideran prácticos o razonables en la disposición de una planta. Los algoritmos de disposición se clasifican de acuerdo con su función principal; es decir, mejoramiento de la disposición comparado con construcción de la disposición. Los algoritmos para mejoramiento suelen iniciar con una disposición inicial suministrada por el analista y

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(a)

(b)

(d)

(c)

(e)

Figura 5.8 Ejemplos de departamentos divididos y no divididos.

buscan mejorar la función objetivo a través de cambios "graduales" en la disposición. Los algoritmos para construcción crean una disposición "a partir de cero". Además, se pueden dividir en dos categorías: los que suponen que se proporcionan las dimensiones del edificio y los que suponen que no. El primer tipo de algoritmo de construcción es conveniente cuando una operación se traslada a un edificio antiguo y vacío. El segundo tipo de algoritmo de construcción es para aplicaciones donde "todo está por hacer" Sin embargo, incluso con las aplicaciones donde "todo está por hacer", por lo general existe un plano del lugar que muestra la propiedad, los caminos cercanos, etcétera. Dadas las restricciones impuestas por el plano del lugar, a menudo es necesario construir el nuevo edificio dentro de cierto "entorno". Si se emplea un algoritmo de construcción del segundo tipo, puede ser difícil asegurar que el edificio resultante se ajuste de manera adecuada al entorno. Por otra parte, con los algoritmos de construcción del primer tipo, se puede modelar el entorno como un "edificio existente" para obtener un mejor ajuste entre el edificio real y el entorno. Sobre todo por esta razón, los algoritmos de construcción que presentamos en este capítulo son del primer tipo (es decir, suponen que se proporcionan las dimensiones del edificio).

Método del intercambio pareado La mayoría de los problemas de diseño conllevan rediseñar una planta existente debido, entre otras causas, a la adición de máquinas nuevas, los cambios en las mezclas de productos, las decisiones relacionadas con la contracción y la expansión de las áreas de almacenamiento, o a la comprensión de que la 172 172 172


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disposición anterior ya no es adecuada para las necesidades actuales. Por lo tanto, se recibe una disposición existente y el problema es sugerir una mejor disposición. El método de intercambio pareado ([51] y [8]) es un algoritmo de disposición para mejoramiento. Aunque puede emplearse tanto con un objetivo sustentado en la adyacencia como en las distancias, se suele usar más con este último. A continuación, para hacerlo más accesible, ilustraremos el método de intercambio pareado con ayuda de un ejemplo basado en departamentos con áreas iguales. Después, se mostrará su implementación en departamentos con áreas desiguales (que es lo que ocurre en la práctica) mediante CRAFT, MÚLTIPLE y otros.

Tabla 5.2 Matriz de flujo de materiales

Al departamento

1 2 3 4

Del departamento 1 2 3 4 --- 10 15 20 --- 10 5 --5 ---

Considere cuatro departamentos del mismo tamaño. Los flujos de materiales entre los departamentos aparecen en la tabla 5.2. La disposición existente se presenta en la figura 5.9a. El valor de la función objetivo (o "costo total") para la disposición existente se calcula así: TC1234 = 10(1) + 15(2) + 20(3) + 10(1) + 5(2) + 5(1) = 125 La notación de subíndices indica el orden de los departamentos en la disposición inicial. El método de intercambio pareado simplemente establece que, para cada iteración, se evalúen todos los intercambios factibles en las ubicaciones de los pares de departamentos y que se seleccione el par que provoque la reducción más grande en el costo total. [Avanzar en la dirección de la reducción más grande en el costo también se conoce como "el descenso más abrupto (steepest descent)" en optimización.] Como se supone que todos los departamentos tienen el mismo tamaño, los intercambios factibles son 1-2, 1-3, 1-4, 2-3, 2-4 y 3-4. Esta matriz de distancias se vuelve a calcular cada vez que se efectúa un intercambio. Los costos totales resultantes de estos intercambios son TC2134 (1-2) = 10(1) + 15(1) + 20(2) + 10(2) + 5(3) + 5(1) = 105 TC3214 (1-3) = 10(1) + 15(2) + 20(1) + 10(1) + 5(2) + 5(3) = 95 TC4231 (1-4) = 10(2) + 15(1) + 20(3) + 10(1) + 5(1) + 5(2) = 120 TC1324 (2-3) = 10(2) + 15(1) + 20(3) + 10(1) + 5(1) + 5(2) = 120 TC1432 (2-4) = 10(3) + 15(2) + 20(1) + 10(1) + 5(2) + 5(1) = 105

173 173


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TC1243 (3-4) = 10(1) + 15(3) + 20(2) + 10(2) + 5(1) + 5(1) = 125 Por lo tanto, seleccionamos el par 1-3 (presenta el menor costo) y efectuamos el intercambio en la disposición. Esto se observa en la figura 5.9b. Para la siguiente iteración, consideramos todos los intercambios factibles formados por el mismo conjunto que en la iteración 1. Los costos totales resultantes son TC3124 (1-2) = 10(1) + 15(1) + 20(2) + 10(1) + 5(1) + 5(3) = 95 TC1234 (1-3)= 10(1) + 15(2) + 20(3) + 10(1) + 5(2) + 5(1) = 125 TC3241 (1-4) = 10(2) + 15(3) + 20(1) + 10(1) + 5(1) + 5(2) = 110 TC2314 (2-3) = 10(2) + 15(1) + 20(1) + 10(1) + 5(3) + 5(2) = 90 (a) Iteración 0

1

2

(b) Iteración 1

3

2 1

(c) Iteración 2

2 3

3 4

1

4

4

Figura 5.9. Las disposiciones correspondientes a cada iteración.

Tabla 5.3 Matriz de distancias basada en la disposición existente

Al departamento

Del departamento 1 2 3 4 1 --1 2 3 2 --1 2 3 --1 4 ---

TC3412 (2-4) = 10(1) + 15(2) + 20(1) + 10(3) + 5(2) + 5(2) = 105 TC4213 (3-4) = 10(1) + 15(1) + 20(2) + 10(2) + 5(1) + 5(3) = 105 Se selecciona el par 2-3 con un valor de costo total de 90. La figura 6.10c presenta la disposición resultante después de dos iteraciones. Al continuar, los cálculos de la tercera iteración son TC3214 (1 -2) = 10(1) + 15(2) + 20(1) + 10(1) + 5(2) + 5(3) = 95 TC1324 (1-3) = 10(2) + 15(1) + 20(3) + 10(1) + 5(1) + 5(2) = 120 TC3421 (1-4) = 10(1) + 15(3) + 20(2) + 10(2) + 5(1) + 5(1) = 125

174 174 174


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TC2134 (2-3) - 10(1) + 15(1) + 20(2) + 10(2) + 5(3) + 5(1) = 105 TC3142 (2-4) = 10(2) + 15(1) + 20(1) + 10(3) + 5(1) + 5(2) = 100 TC4123 (3-4) = 10(1) + 15(2) + 20(1) + 10(1) + 5(2) + 5(3) = 95 Debido a que el costo total más bajo para esta iteración, 95, es peor que el valor del costo total de 90 en la segunda iteración, se termina el procedimiento. La disposición final es 2-3-1-4, igual que en la figura 5.9c. La disposición final también se conoce como una disposición 2-opt, porque no hay intercambios en dos sentidos que puedan reducir más el costo de la disposición. Observaciones. El procedimiento de intercambio pareado descrito no garantiza la obtención de una solución óptima de la disposición porque el resultado final depende de la disposición inicial; es decir, una disposición inicial diferente puede producir otra solución. Por lo tanto, sólo podemos afirmar que es óptimo de manera local. Asimismo, tal vez haya observado que es posible retroceder a una de las disposiciones alternas a partir de una iteración anterior. Por ejemplo, la disposición 1-2-3-4 es con la que empezamos y observamos la misma disposición en la segunda iteración cuando se intercambiaron los departamentos 1 y 3 con base en la solución de la iteración uno; es decir, la disposición 3-2-1-4. Además, también pueden ocurrir disposiciones simétricas; por ejemplo, 4-3-2-1 en la iteración 3 es idéntica a 1-2-3-4. El intercambio pareado se efectúa con facilidad sólo si los dos departamentos considerados tienen el mismo tamaño (como supusimos en este ejemplo). De lo contrario, hubiéramos tenido que esforzarnos en reorganizar los dos departamentos que se intercambian y quizá otros departamentos en la disposición. Analizaremos el intercambio de departamentos con áreas desiguales en el algoritmo CRAFT y los siguientes.

Método basado en gráficas El método basado en gráficas (o grafos) es un algoritmo de disposición para construcción; tiene sus raíces en la teoría de gráficas. A menudo, se emplea con un objetivo basado en la adyacencia. El reconocimiento de la utilidad de la teoría

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1 Arco 1-2 1-5 2-3 2-4 2-5 3-4 4-5

0

9 7

5

2 2

13 (a)

12

Ponderación 9 0 12 13 7 20 2 63 Total

4 20 3

5

0 7

1

9 10

2 13

12

Arco 1-5 2-5 1-2 1-4 2-4 2-3 3-4

Ponderación 0 7 9 10 13 12 20 71 Total

4 20

3

(b) Figura 5.10 Gráficas de adyacencias para disposiciones en bloques alternos.

de gráficas como un instrumento matemático en la solución de los problemas de planificación de plantas tiene sus orígenes de finales de la década de los sesenta 176 176 176


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y de principios de la década de los setenta. El uso de los métodos de la teoría de gráficas tiene muchas similitudes con el método SLP desarrollado por Muther. Considere la disposición en bloques de la figura 5.10a. Primero desarrollamos una gráfica de adyacencias en donde cada nodo representa un departamento y un arco que conecta a dos nodos indica que dos departamentos comparten una orilla. Se prepara una gráfica similar para la disposición en bloques alterna de la figura 5.10b. Observamos que las dos gráficas de la figura 5.10 son subgráficas de la gráfica de la figura 5.11b, la cual se deriva de la tabla de relaciones de la figura 5.11a. La tabla de relaciones presenta "ponderaciones" numéricas más que calificaciones alfabéticas de cercanía. Dado el objetivo basado en la adyacencia, la disposición en bloques (b) es mejor que la disposición en bloques (a) con calificaciones de 71 y 63, respectivamente. Por lo tanto, encontrar una disposición en bloques máximamente ponderada equivale a obtener una gráfica de adyacencias con la suma máxi7ma de las ponderaciones de los arcos.

1 9 2

8 12

10 13

3 20 4

0 7

0 2

5

Figura 5.11 Tabla de relaciones y diagrama de relaciones para el ejemplo basado en gráficas.

Antes de describir un método para determinar las gráficas de adyacencias, primero se harán las siguientes observaciones: a. La calificación de adyacencia no considera las distancias, ni relaciones diferentes a las adyacencias que existan entre departamentos. b. No se toman en cuenta las especificaciones de dimensiones de los departamentos; tampoco se considera la longitud de las orillas entre departamentos adyacentes. c. Los arcos no se intersecan; esta propiedad de las gráficas también se denomina planaridad.

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d. La calificación es muy sensible a la asignación de ponderaciones numéricas en la tabla de relaciones. Al desarrollar una gráfica de adyacencias planar máximamente ponderada podemos seguir dos estrategias. Una es iniciar con el diagrama de relaciones y podar de manera selectiva arcos conectores asegurándose que la gráfica final sea planar. La segunda es desarrollar mediante iteraciones una gráfica de adyacencias a través de un algoritmo de inserción de nodos que conserve en todo momento la planaridad. A continuación se describe un procedimiento heurístico basado en el segundo método. Procedimiento: Paso 1. De la tabla de relaciones de la figura 5.11a, elija el par de departamentos con la ponderación más grande. Si existen empates, adopte una opción de manera arbitraria. Así, se seleccionan los departamentos 3 y 4 para entrar a la gráfica. Paso 2. A continuación, se escoge el tercer departamento que va a entrar. Se determina con base en la suma de las ponderaciones con respecto a los departamentos 3 y 4. A partir de la figura 5.12a, se elige el departamento 2 con un valor de 25. Las columnas en esta figura corresponden a los departamentos que ya están en la gráfica de adyacencias y las filas pertenecen a los departamentos no seleccionados. La última columna proporciona la suma de las ponderaciones para cada departamento no asignado. Paso 3. Luego, se establece el cuarto departamento al evaluar el valor de agregar uno de los departamentos no asignados representado por un nodo en una cara de la gráfica. Una cara de la gráfica es una región acotada o delimitada de la gráfica. Por ejemplo, una cara triangular es la región delimitada por los arcos 2-3, 3-4 y 4-2 en la figura 5.12a. Designaremos esta cara como 2-3-4. La región exterior se denomina cara externa. Para el ejemplo en consideración, los valores de agregar los departamentos 1 y 5 son 27 y 9, respectivamente. Se selecciona el departamento 1 y se coloca dentro de la región 2-3-4, como se observa en la figura 6.13b.

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5.12 Pasos en el procedimiento basado en gráficas

Paso 4. La tarea restante es determinar en cuál cara insertar el departamento 5. Para este paso, el departamento 5 se inserta en las caras 1-2-3, 1-2-4, 1-3-4 y 23-4. La inserción del 5 en las caras 1-2-4 y 2-3-4 produce valores idénticos a 9. Se selecciona arbitrariamente 1-2-4. Esta solución es óptima con una suma total de ponderaciones de arcos igual a 81.

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Paso 5. Una vez determinada una gráfica de adyacencias, el paso final es preparar la correspondiente disposición en bloques. La figura 5.13 muestra una disposición en bloques basada en la gráfica de adyacencias final. El modo en el que desarrollamos la disposición en bloques es similar al método SLP. Debemos considerar que al realizar la disposición en bloques, la forma original de los departamentos tuvo que alterarse de manera significativa a fin de satisfacer los requerimientos de la gráfica de adyacencias. En la práctica, tal vez no se tenga tanta libertad para efectuar tales alteraciones, dado que las formas de los departamentos se suelen derivar de la geometría de las máquinas individuales dentro del departamento y de la configuración de la disposición interna.

12

2

13 7

9 1 8 10

3 20

5

0 2 4

Arco 1-2 1-3 1-4 1-5 2-3 2-4 2-5 3-4 4-5

Ponderación 9 8 10 0 12 13 7 20 2 81 Total

Figura 5.13 Disposición en bloques obtenida de la gráfica de adyacencias final.

CRAFT Introducido en 1963 por Armour, Buffa y Vollman , CRAFT (Computerized relative allocation of facilities technique, Técnica computarizada de asignación relativa de plantas) es uno de los primeros algoritmos de disposición publicados. Emplea una tabla desde-hacia como datos originales para el flujo. El "costo" de la disposición se mide mediante la función objetivo. Los departamentos no están limitados a formas rectangulares y la disposición se representa en forma discreta. Dado que CRAFT es un algoritmo de disposición para mejoramiento, comienza con una disposición inicial, la cual suele representar la disposición actual de una planta existente, pero también puede representar una disposición prospectiva desarrollada por otro algoritmo. CRAFT determina primero los centroides de los departamentos en la disposición inicial. Luego, calcula la distancia rectilínea entre los centroides de pares de departamentos y guarda los valores en una matriz de distancias. El costo de la disposición inicial se determina al multiplicar cada 180 180 180


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concepto en la tabla desde hacia por los conceptos correspondientes en la matriz de costos unitarios (por ejemplo, los valores cij) y la matriz de distancias. CRAFT considera todos los intercambios de departamentos en dos sentidos (pareados) o en tres sentidos e identifica el mejor intercambio; es decir, el que produce la reducción más grande en el costo de la disposición. (No se pueden dividir los departamentos como resultado de un intercambio en dos sentidos o en tres sentidos.) Una vez identificado el mejor intercambio, CRAFT actualiza la disposición de acuerdo con el mejor intercambio y calcula los nuevos centroides de los departamentos, al igual que el nuevo costo de la disposición para completar la primera iteración. La siguiente iteración comienza cuando CRAFT vuelve a identificar el mejor intercambio al considerar todos los intercambios posibles de dos o de tres sentidos en la disposición (actualizada). El proceso continúa hasta que ya no se puede obtener una reducción en el costo de la disposición. La disposición final que se consigue también se conoce como una disposición 2-opt (3-opt) porque ningún intercambio en dos sentidos (o en tres sentidos) puede reducir más el costo de la disposición. Debido a que las computadoras eran relativamente "lentas" en la década de los sesenta, la implementación original de CRAFT se desviaba ligeramente de la descripción anterior. Cuando el programa consideraba intercambiar las ubicaciones de los departamentos i y j;', en lugar de intercambiar en realidad las ubicaciones para calcular sus nuevos centroides y el costo real de la disposición, calculaba un costo de la disposición estimado al sólo tratar temporalmente el centroide del departamento i en la disposición actual como el centroide del departamento j y viceversa; es decir, sólo intercambiaba los centroides de los departamentos i y j. Es evidente que dos departamentos del mismo tamaño, sean adyacentes o no, siempre se pueden intercambiar sin alterar los otros departamentos en la disposición. Sin embargo, si dos departamentos no son del mismo tamaño, la adyacencia es una condición necesaria pero no suficiente, para poder intercambiarlos sin modificar los otros departamentos. Esto es, en ciertos casos, incluso si dos departamentos (de distinto tamaño) son adyacentes, tal vez no sea posible intercambiarlos sin alterar los otros departamentos. CRAFT es flexible en relación con las formas de los departamentos. Siempre y cuando el departamento no esté dividido, acepta prácticamente cualquier forma de departamento. En teoría, debido a la medición de la distancia de un centroide a otro, la disposición óptima (la cual tiene un valor de la función objetivo de cero) consiste en rectángulos concéntricos. Por supuesto, el problema anterior surge del hecho de que el centroide de algunos departamentos con formas de O, de U y de L puede estar fuera del departamento mismo. A menos que la disposición inicial contenga departamentos concéntricos, CRAFT no desarrollará dicha disposición. Sin embargo, algunas formas de departamentos pueden ser irregulares, y el valor de la función objetivo puede subestimarse debido a la medición de un centroide a otro. 181 181 181


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Una de las ventajas de CRAFT es que puede capturar la disposición inicial con gran precisión. Esta ventaja se deriva sobre todo de la capacidad de CRAFT para aceptar edificios u obstáculos no rectangulares ubicados en un lugar de un edificio no rectangular. Sin embargo, además de depender en gran medida de las trayectorias, una de las desventajas de CRAFT es que rara vez genera formas de departamentos que produzcan pasillos rectos e ininterrumpidos, como se busca en la disposición final. El establecimiento de algunos departamentos en ubicaciones específicas y, en algunos casos, la colocación de departamentos ficticios en la disposición para representar los pasillos principales, puede conducir a formas de departamentos más razonables. No obstante, como ocurre con prácticamente todos los algoritmos de disposición computarizados, la disposición final generada por la computadora no debe presentarse a quien toma la decisión antes de que el planificador la "moldee" o la "adapte" a la disposición práctica. Ejemplo 5.1 Considere una planta de fabricación con siete departamentos. La tabla 5.4 contiene los nombres de los departamentos, sus áreas y su tabla desde-hacia. Suponemos que todos los valores cij se establecieron igual a uno. El edificio y la disposición actual aparecen en la figura 5.14, en donde se asume que cada cuadro mide 20' X 20'. Dado que el espacio total disponible (72 000 ft2) es mayor que el espacio total requerido (70 000 ft 2), generamos un departamento ficticio único (H) con un área de 2 000 ft2. (En casi todos los casos, dependiendo de la cantidad de espacio disponible en exceso, es muy conveniente emplear dos o más departamentos ficticios con requerimientos de espacio distribuidos de manera uniforme. Observe que la asignación del exceso de espacio en la planta tiene una función significativa al determinar las opciones de expansión futura para muchos departamentos.) Por razones prácticas, suponemos que están fijas las ubicaciones de los departamentos de recepción (A) y embarque Tabla 5.4 Datos departamentales y tabla desde-hacia para el ejemplo 5.1

Nombre del departamento

Área 2 (ft )

Núm. de cuadros

1. A: Recepción 2. B: Fresado 3. C: Moldeado 4. D: Atornillado m/c 5. E: Montaje 6. F: Enchapado 7. G: Embarque 8. H: Ficticio

12000 8000 6000 12000 8000 12000 12000 2000

30 20 15 30 20 30 30 5

FLU JO A 0 0 0 0 0 0 0 0

B 45 0 0 20 0 5 0 0

C 15 0 0 0 0 0 0 0

D 25 30 0 0 0 0 0 0

E 10 25 5 35 0 25 0 0

F 5 15 10 0 65 0 0 0

G 0 0 0 0 35 65 0 0

H 0 0 0 0 0 0 0 0

182 182 182


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En primer lugar CRAFT calcula el centroide de cada departamento que aparece en la figura 5.14. Después, para cada par de departamentos, calcula la distancia rectilínea entre sus centroides y la multiplica por el concepto correspondiente en la tabla desde-hacia. Por ejemplo, la distancia rectilínea entre los centroides de los departamentos A y B es igual a seis cuadros. CRAFT multiplica 6 por 45 y suma el resultado a la función objetivo. La repetición del cálculo anterior para todos los pares de departamentos con un flujo diferente de cero produce un costo de disposición inicial de 2 974 unidades. (CRAFT calcula la distancia en cuadros, no en pies. Por lo tanto, el costo real de la disposición es igual a los 2 974 X 20 = 59.480 unidades.)

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1 A 2 A

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A

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3 A

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4 B

B

B

B

B

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C

C

C

C

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E

E

E

5 B 6 B

B

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B

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C

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7 B

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B

B

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H

H

H

F

F

F

F

F

Figura 5.14 Disposición inicial de CRAFT y los centroides de los departamentos para el ejemplo 5.1 (z = 2 974 X 20 = 59 480 unidades).

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A A A

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G G G

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B

B

B

B

B

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C

C

C

C

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F

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G

G

G

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B B

B B

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F F

F F

F F

F F

F F

F

F F

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B D D

B D

B D

D D

F F F

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F

B D D

B D D

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C

C

C C

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E E E

E

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E

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E E E

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E

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F F F F

F

Figura 5.15 Disposición intermedia de CRAFT obtenida después de intercambiar los departamentos E y F (z = 2 953 X 20 = 59 060 unidades).

departamento F. No obstante, sin tomar en cuenta su implementación exacta, dicho esquema de intercambio sude conducir a formas deficientes de departamentos. De hecho, las formas de departamentos en CRAFT a menudo 183 183 183


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tienden a deteriorarse con la cantidad de iteraciones, incluso si todos los departamentos en la disposición inicial son rectangulares. La reducción estimada en el costo de la disposición obtenida al intercambiar (los centroides de los departamentos E y F es igual a 202 unidades. Al intercambiar los departamentos E y F y calcular nuevos centroides de los departamentos, CRAFT calcula el costo real de la disposición que aparece en la figura 5.15 como 2 953 unidades. Por lo tanto, la reducción real en el costo de la disposición es de 21 unidades, a diferencia de 202 unidades. Se puede verificar que la significativa desviación anterior se debe principalmente a que el nuevo centroide del departamento F (después del intercambio) se desvía mucho de la ubicación estimada. En la iteración siguiente, basada en una reducción estimada de 95 unidades en el costo de la disposición, CRAFT intercambia los departamentos B y C para obtener la disposición de la figura 5.16. El costo de la disposición es igual a 2 833.50 unidades, lo cual representa una reducción real de 119.50 unidades. Esto ilustra con claridad que el error en la estimación puede ser en cualquier dirección. Con los costos estimados, CRAFT determina que ningún otro intercambio en dos o tres sentidos (de áreas iguales o adyacentes) puede reducir más el costo de la disposición y termina con la solución final de la figura 5.16 Recuerde que una disposición generada por computadora no debe presentarse a quien toma las decisiones antes de que el analista la adapte a una disposición práctica. Al adaptar una disposición, el analista puede descartar los cuadros y utilizar una representación continua. Al hacerlo, si es necesario, puede emparejar las orillas de los departamentos y cambiar ligeramente las áreas o su orientación. Después de adaptar el diseño de la 1 2

1 A

2 A

3 A

4 A

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A

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A

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A

A

A

A

A

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A

A

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G

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B

B

B

B

B

B

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C C

C

C C

B B

B

B

B

B

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F F

F F

F F

F F

F F

F F

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F F

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C

C

C

C

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E

E

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E

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D D

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D D

E E

E

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E E

F F

F F

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E

E

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G G

F

F

Figura 5.16 Disposición final de CRAFT (z = 2 833.50 X 20 = 56 670 unidades).

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A

C

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B F D

H

E

Figura 5.17 Disposición final "ajustada" obtenida con CRAFT.

figura 5.16, se consigue la dispocisión de la figura 5.17. Observe que, excepto en el departamento H (el cual es ficticio) no se hicieron cambios significativos en ningún departamento; sin embargo, la disposición de la figura 5.17 es más razonable y tal vez más práctica que la de la figura 5.16. Una vez ajustada del modo anterior, no suele ser posible reevaluar una disposición mediante un algoritmo basado en computadora, a menos que uno esté dispuesto a redefinir el tamaño de los cuadros y repetir el proceso utilizando el nuevo tamaño. Asimismo, necesitamos enfatizar que en muchos problemas del mundo real, ajustar una disposición suele ir más allá de modificar las formas o las áreas de los departamentos. Al ajustar una disposición, el analista debe tomar en cuenta ciertos factores o restricciones cualitativos que el algoritmo quizá no haya considerado. Se dijo antes que sí dos departamentos no son del mismo tamaño, la adyacencia es una condición .necesaria pero no suficiente para poder intercambiarlos sin alterar los otros departamentos. Es obvio que la adyacencia es necesaria porque, de lo contrario, es físicamente imposible intercambia dos departamentos con áreas distintas sin alterar los demás. (Recuerde que el espacio adicional también se modela como un "departamento) Por otra parte, el hecho de que la adyacencia no sea suficiente se demuestra con ayuda del siguiente ejemplo. Considere una disposición de 7 X 5 con seis departamentos igual que la de la figura 5.18. Observe que los departamentos 2 y 4 tienen áreas diferentes pero son adyacentes, lo cual implica que podemos dibujar una caja alrededor de ellos. A pesar de esto, no es posible intercambiar los departamentos 2 y 4 sin dividir el departamento 2. De hecho, si introducimos la disposición anterior en CRAFT, y fijamos las ubicaciones de todos los departamentos excepto el 2 y el 4, CRAFT no los intercambia incluso si ƒ1,4 se establece igual a un valor grande. Por supuesto, el ejemplo anterior se elaboró para demostrar que la adyacencia no es suficiente. En casi todos los casos, dos departamentos con distinto tamaño adyacentes pueden intercambiarse sin dividir ninguno de los dos.

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6 6 6 6 2 1 1

6 6 6 6 2 1 1

6 6 6 6 2 2 2

5 5 5 4 2 3 3

5 5 4 4 2 3 3

Figura 5.18. Ejemplo para demostrar que CRAFT no puede intercambiar dos departamentos adyacentes con áreas diferentes

De algún modo, es más complicado especificar las condiciones requeridas para un intercambio en tres sentidos. Suponga que los departamentos i, j y k se consideran para un intercambio en tres sentidos donde el departamento i "reemplaza" al; j, el departamento j "reemplaza" al k, y el departamento k "reemplaza" al i. Si se dibuja una "caja" alrededor de los departamentos i, j y k, y esta "caja" no contiene ningún otro departamento (excepto para casos como el del ejemplo para los departamentos 2 y 4) podemos efectuar un intercambio en tres sentidos sin modificar ningún otro departamento. Observe que, para dibujar esa caja, es preciso que ninguno de los tres departamentos comparta una orilla con los otros dos; todavía se puede dibujar la caja anterior si el departamento i es adyacente al departamento j (pero no al k), y si el departamento k es adyacente al departamento j (pero no al i). Si no es viable dibujar esa caja, los departamentos del mismo tamaño todavía permiten algunos intercambios en tres sentidos. Suponga que los departamentos i y j son adyacentes pero el departamento k está separado de ambos. Para el intercambio anterior de los departamentos i, j y k, por ejemplo, se puede efectuar el intercambio sin alterar otros departamentos si los departamentos k y j tienen el mismo tamaño. Por supuesto, también son posibles otras combinaciones entre ellas cuando los tres departamentos no son adyacentes pero tienen el mismo tamaño). La implementación por computadora de intercambios en tres sentidos no es sencilla (por ejemplo, se debe decidir qué departamento mover primero y cómo reasignar los cuadros). Además, la cantidad de intercambios de tres sentidos posibles aumenta con rapidez con el número de departamentos (lo cual puede provocar tiempos de ejecución prolongados). Debido a que los algoritmos de disposición de plantas (de un solo piso) más recientes sólo se concentran en intercambios en dos sentidos, y como el requerimiento de adyacencia o de tamaño igual se ha facilitado con diversas técnicas de formación de disposiciones, no presentaremos con detalle los intercambios en tres sentidos realizados por CRAFT."

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5.5 PROBLEMAS 1 ¿Cuáles son algunos de los factores importantes que deben tomarse en cuenta cuando se diseña una disposición? 2 ¿Qué clase de efecto tienen las decisiones de manejo de materiales en'la efectividad de la disposición de una planta en un ambiente de fabricación? 3 ¿Para qué tipos de ambientes de fabricación son más convenientes los siguientes diseños de la disposición? a. Disposición fija de productos c. Disposición por grupos

b. Disposición por productos d. Disposición por procesos

4 Compare los objetivos principales del diseño de una disposición para las situaciones siguientes: a. Embotelladora de refrescos b. Taller de impresión c. Planta de procesamiento de alimentos d. Planta de fabricación de muebles e. Fabricante de chips para computadoras f. Astillero g. Planta de refinado h. Recinto universitario 5 ¿Cuáles son las diferencias básicas entre los algoritmos de disposición para construcción y para mejoramiento? , 6 Contraste y compare los procedimientos de disposición de plantas propuesos por Apple, Reed y Muther. Se van a ubicar cuatro departamentos en un edificio de 600 X 1 000 ft. Los flujos de tráfico de personal y los requerimientos de área esperados para los departamentos aparecen en las tablas siguientes. Desarrolle una disposición de bloques utilizando la SLP. Dpto. A B C D

A 0 125 100 125

B 250 0 0 285

C 25 400 0 175

D 240 335 225 0

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Departamento A B C D

Dimensión del departamento: 200 ft X 200ft 400 ft X 400 ft 600 ft X 600 ft 200 ft X 200ft

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CAPITULO 6 OPERACIONES DEL ALMACÉN 6.1 INTRODUCCIÓN

Las operaciones del almacén se encuentran en constante evolución debido a que están a merced de numerosas iniciativas de negocios, de logística y gubernamentales; entre ellas la producción justo a tiempo (JIT), la respuesta rápida, la respuesta eficiente al cliente, la distribución de flujo continuo, la mejor satisfacción al cliente, la seguridad de los operarios, y la protección del ambiente. A medida que el tiempo transcurre aparecen nuevos y más complejos problemas. Las cadenas de suministro son más cortas y, esperamos, más integradas, el mundo es más pequeño, los clientes son más exigentes, y los cambios en la tecnología se suceden con mayor rapidez. Además de la dificultad que esos problemas encierran, considere el grado de complejidad de las cuestiones siguientes, las cuales afectan todavía más el reto de superar las expectativas de los clientes: La compañía A tuvo una explosión de unidades de conservación de existencia (las SKU, por las siglas en inglés de Stock Keeping Units), la cual provocó una escasez importante de espacio de almacenamiento. No existe un acuerdo de si este problema debe resolverlo el grupo de fabricación produciendo lotes más pequeños o el grupo de almacenamiento agregando más espacio en metros cuadrados. La compañía B tiene un problema de capacidad con un artículo nuevo que se vende mucho y no han acordado quién debe resolverlo: el grupo de fabricación aumentando su capacidad, el grupo de calidad aumentando el rendimiento o el grupo de mantenimiento aumentando los lapsos de operación. La compañía C tiene un problema de satisfacción de los clientes. No saben si el problema debe resolverlo el grupo de logística por medio de la reconfiguración de la red de distribución, el grupo de tecnología de la información con la instalación de un nuevo Sistema de administración del almacén (WMS) o el grupo de excelencia organizacíonal implantando un proceso de mejoramiento continuo. El mayor énfasis en la satisfacción del cliente y los esquemas evolutivos de demandas del cliente en Estados Unidos han aumentado la cantidad de artículos singulares en un almacén común o centro de distribución CDC); el resultado es la proliferación de las SKU. A cada artículo almacenado se le asigna un identificador numérico o SKÜ, asociado con sus cualidades singulares, como tamaño, color o

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empaque. Es probable que la proliferación de las SKU se ilustre mejor con la industria de las bebidas. No hace muchos años, el pasillo de las bebidas en una tienda común tenía dos o tres sabores de botellas de 12 onzas en paquetes de seis. En la actualidad, un pasillo de bebidas común y corriente se halla abarrotado con refrescos de cola (normales y de dieta, con cafeína y descafeinadas), bebidas transparentes, agua, bebidas con sabores de frutas en paquetes con 6, 12 o 24 botellas de plástico o latas, y de 1, 2 y 3 litros. La mayor preocupación por la conservación del ambiente, la conservación de los recursos naturales y la seguridad de las personas ha provocado regulaciones gubernamentales más restrictivas en el diseño y la administración de las operaciones del almacén. La respuesta tradicional a una mayor demanda es adquirir recursos adicionales. En el almacén, entre estos recursos están las personas, el equipo y el espacio. Por desgracia, es difícil obtener y conservar estos recursos. Durante la reciente expansión económica, resultaba complicado y costoso encontrar y conservar mano de obra calificada. Conforme la economía se hace más lenta, esto se vuelve más fácil durante cierto tiempo, pero es probable que la siguiente expansión sea más exigente, porque será mayor la demanda en los servicios y en la capacidad de respuesta de las operaciones. Además, tendremos que ajustarnos a una fuerza de trabajo caracterizada por una demografía de edad avanzada, de minorías que no hablan nuestro idioma y con habilidades técnicas en decadencia. Las nuevas normas para la seguridad y la composición de la fuerza de trabajo a través de las normas de equidad de la OSHA y el Acta para ciudadanos con discapacidades impiden apoyarse en una fuerza de trabajo más numerosa como un medio para abordar el aumento en las demandas en las operaciones de almacenamiento. Cuando la mano de obra no es la respuesta, se recurre a la mecanización y a la automatización para resolver el aumento en las demandas. Por desgracia, no tenemos una historia sobresaliente al aplicar la tecnología como un sustituto para la mano de obra en las operaciones del almacén. En muchos casos, hemos confiado en exceso en la tecnología como sustituto de la mano de obra. Debemos equilibrar los niveles apropiados de tecnología y sistemas para corroborar que los ahorros lógicos en la mano de obra actuales no interfieran con los requerimientos futuros de la empresa.

6.2 MISIONES DE UN ALMACÉN En toda organización el almacén cumple una función esencial para apoyar el éxito de la cadena de suministro de una compañía. La misión de un almacén es despachar productos de manera eficaz en cualquier forma hacia el paso siguiente de la cadena de suministro sin dañar o alterar la forma básica del producto. Debido a que se deben llevar a cabo una serie de pasos dentro del proceso en los que la función de almacenamiento desempeña un importante papel, se deben optimizar los métodos utilizados para cumplir la misión.

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Si el almacén no procesa los pedidos con rapidez, eficacia y exactitud, afectará los esfuerzos de optimización de la cadena de suministro de una compañía. La tecnología de la información y la distribución física cumplen una función importante en hacer más eficaces las operaciones de almacenamiento, pero el mejor sistema de información será poco útil si los sistemas físicos necesarios para terminar los productos son limitativos, se aplican mal o son anticuados. Todas las mejoras en el almacenamiento, entre ellas en la recolección de pedidos, las plataformas de transferencia, en la productividad, en la utilización del espacio y en los servicios con valor agregado, hacen posible que el almacén procese y embarque pedidos con mayor eficacia. De manera específica, dichas mejoras son: 1. Mejoramiento de las operaciones de recolección de pedidos. La recolección de pedidos suele ser la operación donde una empresa gasta o desperdicia una parte considerable de su tiempo y dinero para elevar la productividad. La recolección de pedidos eficiente es fundamental para el éxito de un almacén y los requerimientos actuales de la cadena de suministro llevan a las operaciones de almacenamiento a desarrollar mejores soluciones de recolección de pedidos. 2. Utilización de plataformas de embarque y desembarque para transferencia. Las plataformas de transferencia pueden aparecer en las categorías de fabricante, distribuidor, minorista y transportista. Cada participante tiene diferentes requerimientos, dependiendo de si envía los artículos en plataformas de transferencia o se prepara para recibir artículos provenientes de plataformas de transferencia. Con frecuencia, el receptor solícita que los artículos para plataformas de transferencia se clasifiquen y se rotulen con anticipación. 3. Aumento de la productividad. En el pasado, productividad significaba "hacerlo más rápido con menos personas". El principal objetivo del almacenamiento siempre ha sido maximizar el uso eficaz del espacio, el equipo y la mano de obra. Este propósito implica que la productividad no es sólo el desempeño de la mano de obra, sino también incluye el espacio, el equipo y una combinación de los factores que contribuyen a una mayor productividad. 4. Utilización del espacio. La antigua regla general siempre había sido que, cuando un almacén llega a ocupar 80% de su capacidad, ya demanda más espacio. Esta regla se basaba en que, cuando un almacén alcanza este nivel de capacidad, se tarda más en sacar algo. Conforme aumenta el tiempo,

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Cliente Almacén

Cliente

Fabricante Almacén de consolidación

Fabricante

Cliente

Fabricante

Almacén local

Figura 6.1 Oportunidades de almacenamiento dentro de una red logística.

con el fin de encontrar espacio para almacenamiento, comienza a desaparecer la ubicación adecuada de los productos, los artículos que se mueven con lentitud se almacenan en lugares de movimiento rápido, de modo que los artículos de movimiento lento se almacenen en lugares de movimiento lento. El resultado es que disminuye la productividad y aumentan los daños y los errores en la recolección, todo a causa de la deficiente utilización del espacio. 5. Aumento de los servicios con valor agregado. Los almacenes ya no son sólo lugares para recolección y embarque. Su función se ha ampliado para incluir los servicios que facilitan operaciones más eficientes de recepción y, por lo tanto, que benefician al cliente. Ya sea en la clasificación y rotulación previas de los artículos para enviarlos en plataformas de transferencia o en la personalización real del producto que se envía, las exigencias de los clientes cada vez son mayores. Cualquiera de las oportunidades de mejoramiento anteriores o una combinación de ellas se pueden encontrar en casi todos los almacenes actuales. La antigua 192 192 192


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definición de almacén como un lugar para, guardar, reconfigurar y acortar los tiempos de preparación se ha vuelto mucho más compleja como consecuencia del impulso tecnológico. (Véase la figura 6.1.)

6.3 FUNCIONES EN EL ALMACÉN Si bien es fácil considerar que un almacén es controlado por el almacenamiento de productos, existen muchas actividades que ocurren como parte del proceso de introducir y sacar material del mismo. La lista siguiente incluye las actividades que se llevan a cabo en casi todos los almacenes. Para facilitar su visualización en una operación real, estas tareas o funciones también se indican en un diagrama de flujo en la figura 6.2.

Reabastecimiento

Almacenamiento De reserva Y recolección De tarimas

Reabastecimiento

Recolección De envases

Recolección De envases

Despacho al almacén de reserva

Empaque y utilización de clasificación de acumulación

Recepción

Plataforma de transferencia

Embarque

Figura 6.2 Funciones y flujos comunes en un almacén.

A continuación se definen las funciones del almacén a grandes rasgos y en el orden en el que se realizan: 1. La recepción es el conjunto de medidas relacionadas con: a) la recepción ordenada de todos los materiales que entran al almacén, b) la comprobación de que la cantidad y la calidad de los materiales coincida con lo solicitado y c) la descarga de los materiales hacia el almacenamiento u otras funciones organizacionales que los requieran. 2. La inspección y el control de calidad son una extensión del proceso de recepción y se efectúan cuando es imprevisible la calidad de los

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proveedores o se imponen muchas regulaciones al producto adquirido y deben revisarse todos los pasos del proceso. Las inspecciones pueden ser tan sencillas tal como una comprobación visual, o tan complejas como una prueba de laboratorio. 3. El reempaque se efectúa en un almacén»cuando se reciben a granel los productos de un proveedor y luego se empacan en cantidades comercializables únicas o en combinaciones con otras piezas para formar equipos o surtidos. Una recepción completa de mercancía puede procesar a la vez, o una parte puede conservarse a granel para procesarla después. Esto último se realiza cuando el empaque aumenta mucho los requerimientos de espacio cúbico o cuando una pieza es común en varios juegos o surtidos. 4. El despacho al almacén es el acto de colocar la mercancía en almacenamiento. Incluye el manejo y la colocación de los materiales. 5. El almacenamiento es el control físico de la mercancía mientras espera la demanda. La forma de almacenamiento depende del tamaño y la cantidad de los artículos en inventario y las características de manejo del producto o su recipiente. 6. La recolección de pedidos es el proceso de retirar los artículos del almacenamiento para cubrir una demanda específica. Representa el servicio básico que ofrece el almacén al cliente y es la actividad alrededor de la cual funcionan casi todos los diseños de almacenes. 7. La preparación para uso posterior se puede hacer como un paso opcional después del proceso de recolección. Igual que en la función de reempaque, los artículos o variedades individuales se empacan en cajas para una utilización más conveniente. La realización de estas funciones después de que se efectúa la recolección tiene la ventaja de ofrecer más flexibilidad en el uso de inventario disponible. Los artículos individuales están disponibles para usarse en cualquiera de las configuraciones de empaque precisamente hasta el momento en el que se necesitan. Se define el precio para el momento de la venta. 8. La clasificación de los lotes recolectados en pedidos individuales y la acumulación de las recolecciones distribuidas dentro de los pedidos debe hacerse cuando un pedido tiene más de un artículo y la acumulación no se hace al mismo tiempo que las recolecciones. 9. El empaque y el embarque pueden incluir las tareas siguientes: Revisar que los pedidos estén completos. Empacar la mercancía en un recipiente de embarque adecuado.

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Preparar los documentos de embarque, incluyendo la lista de empaque, etiquetas con la dirección y la póliza de embarque^ Pesar los pedidos para determinar los costos de embarque. Acumular los pedidos por transporte por salir. - I Cargar los transportes (en muchos casos, esto es responsabilidad del transportista). 10.Traslado del material que llega a una plataforma de transferencia directamente a la plataforma de embarque. 11.Reabastecimiento a los principales almacenamiento de reserva.

lugares

de

recolección

del

6.4 OPERACIONES DE RECEPCIÓN Y EMBARQUE

Si no se evalúan en forma adecuada los transportes relacionados con las actividades de recibir y embarcar, pueden presentarse problemas al planificar la recepción y el embarque en las plantas. La ubicación de los transportes y sus características son importantes para las operaciones de embarque y recepción. Es útil considerar los transportes relacionados con las funciones de embarque y recepción como una porción de la planta de recepción y embarque. Por lo tanto, todas las actividades del transporte en el lugar se incluyen en la planificación de embarques y recepciones en la planta. Se definirá que las funciones de recepción y embarque comienzan y terminan cuando los transportes cruzan la línea de la propiedad. Entre las actividades involucradas en la recepción de materiales se encuentran las siguientes: El transportista que llega telefonea al almacén para obtener una cita de entrega y proporciona información de la carga. Un recepcionista en el almacén verifica el aviso previo de embarque (ASN) y lo confirma con la información recibida por teléfono del transportista que llega. El transporte llega y se asigna a una puerta de recepción específica (se elige una ubicación de plataforma similar para el material que llega en vagones cerrados). El vehículo se fija en la plataforma. Se revisan y se rompen los sellos en presencia de un representante del transportista. Se inspecciona la carga y se acepta o se rechaza. Se descarga la mercancía separada en cargas unitarias. Se descarga la mercancía suelta o que está en el piso. Todo el material descargado se organiza para conteo e inspección final. Se hace una disposición adecuada del material dañado por el transporte. La carga se guarda en un lugar asignado. 195


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Los requerimientos de la planta para efectuar estas actividades de recepción son: Área suficiente para organizar y ubicar los transportes. Niveladores de plataformas y retenes para facilitar la descarga del transporte. Área de organización adecuada para formar tarimas o llenar recipientes con los artículos. Área conveniente para colocar los artículos antes de despacharlos, Sistema de información central para ASN/EDI sobre los pedidos de comprapara facilitar la preparación de informes. Las actividades requeridas para embarcar los artículos incluyen: Acumular y empacar el pedido. Organizar y revisar el pedido Conciliar la liberación del embarque y el pedido del cliente. Ubicar y fijar el transporte en la plataforma Colocar y fijar los niveladores de las plataformas y los retenes. Cargar el transporte. Despachar el transporte. Los requerimientos de la planta para llevar a cabo estas actividades de embarque son: Área suficiente para organizar los pedidos. Un sistema de información interno para las liberaciones de embarques y los pedidos de los clientes. Área adecuada para organizar y ubicar los transportes. Niveladores de plataforma para facilitar la carga del transporte. Algunos atributos deseables en los planes de las plantas para embarque y recepción son: Trayectorias de flujo dirigido entre los transportes, zonas intermedias o de organización y áreas de almacenamiento. Un flujo continúo sin congestión o inactividad excesivas. Un área de operaciones concentrada que minimice el manejo de materiales y aumente la eficacia de la supervisión. Manejo de materiales suficiente. Operación segura. Minimización de los daños. Buena limpieza. Los requerimientos de personas, equipo y espacio en la recepción y el embarque dependen de la eficacia de los programas para incorporar las consideraciones 196 196 196


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previas a la recepción o posterior embarque. Por ejemplo, en colaboración con vendedores y proveedores, se puede reducir la concentración de cargas en la recepción. Planificar los embarques que llegan es un método para reducir el impacto de la aleatoriedad en la carga de trabajo de recepción de material. Otra razón para tomar en consideración las actividades previas a la recepción es la posibilidad de afectar las configuraciones de carga unitaria del material que llega. Por ejemplo, si el vendedor apila a mano los envases en el camión, es probable que tengan que descargarse a mano. Una tercera razón para tratar de influir en las actividades previas a la recepción es proporcionar una relación uniforme entre los sistemas de información del vendedor y del receptor. Cuando se emplean sistemas de identificación automática en la recepción, algunas empresas le dan a sus vendedores etiquetas apropiadas para colocarlas en el material con el fin de facilitar la actividad de recepción. Si los artículos se envían a los clientes en recipientes retornables, debe desarrollarse un sistema para registrar los recipientes y asegurar que regresen. Asimismo, ya sea que el recipiente o el soporte para el embarque sea retornable, ocurrirá un desgaste natural, para el cual deben planificarse reemplazos. Los artículos se devuelven debido a que no cumplen las especificaciones de calidad del cliente, porque se cometen errores en el tipo y la cantidad de material embarcado, o porque el cliente sencillamente decide no aceptar el material. Sin tomar en cuenta el motivo, los artículos devueltos deben manejarse y debe diseñarse un sistema adecuado para su manejo. Los programas pueden tener un impacto significativo en los requerimientos de recursos para el embarque. Por lo tanto, se requiere una estrecha coordinación entre el embarcador y el departamento de embarque. El transporte puede ser propiedad del cliente, del embarcador, de un contratista o puede ser un transporte comercial. Si se planean las actividades de embarque, los programas correspondientes deben ser precisos y confiables. Los sistemas de embarque han adoptado una función cada vez más importante en la operación de la cadena de suministro. Las iniciativas de los clientes como los sistemas justo a tiempo (JIT) y de respuesta eficiente del cliente (ECR) han provocado mayores responsabilidades para el gerente de almacén/tráfico. Ya no basta con comprobar que el producto se embarque a tiempo; ahora el gerente de almacén/tráfico suele asumir la responsabilidad del momento en el que el producto llega al lugar del cliente. Debido principalmente a la desregulación gubernamental, han aumentado los requerimientos del cliente, han ocurrido cambios en los modos de embarque, ha aumentado el uso de servicios de entrega el día siguiente o dos días después, y los negocios se han vuelto globales.

¿Por qué deben coordinarse la recepción y el embarque? Debido a que puede utilizarse el espacio, el equipo y el personal común para efectuar la recepción y el 197


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embarque. Además, cuando se emplean tarimas esclavas en una actividad de fabricación o de almacenamiento, las tarimas vacías se acumulan en el embarque y deben devolverse al punto de carga en la recepción o en la producción. Una decisión importante al diseñar las funciones de recepción y de embarque es si las dos se deben centralizar. Como se observa en la figura. 6.3, la ubicación de la recepción y el embarque dependen el acceso a las instalaciones de transporte.

Carretera o ferrocarril R

S

R

S

R

S

R

S

(a)

S

R

S (b)

R

R

R

R= Recepción S = Embarque

S

S

S

(c) Figura 6.3 Disposiciones posibles de las áreas de embarque y de recepción, (a) Instalaciones de transporte en un lado del edificio, (b) Instalaciones de transporte en dos lados adyacentes del edificio, (c) Instalaciones de transporte en lados opuestos del edificio. (Con el permiso de Apple )

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La decisión de centralizar la recepción y el embarque se halla en función de diversos factores entre ellos la naturaleza de la actividad que se realiza. Por ejemplo, si la recepción está limitada a la mañana y el embarque está restringido a la .tarde, sería adecuado usar las mismas plataformas, personal, equipo de manejo de materiales y espacio" de organización para ambos. O bien, si ocurren al mismo 'tiempo, se necesita una supervisión más estrecha para asegurar que no se confundan los bienes recibido y los bienes embarcados.

Principios de recepción y de embarque Principios de recepción. Los principios siguientes funcionan como lineamientos para optimizar las operaciones de recepción Pretenden simplificar el flujo de materiales a través del proceso de recepción y asegurar que represente el mínimo de trabajo. En orden: 1. No reciba. Para algunos materiales, la mejor recepción es no recibirlos. A menudo, el embarque directo —que el proveedor entregue directamente al cliente— puede ahorrar el tiempo y la mano de obra asociados con la recepción y el embarque. Los artículos grandes y voluminosos se prestan para el embarque directo. Un ejemplo es que un distribuidor de artículos deportivos y para acampar entregue directamente las canoas y las tiendas de campaña. 2. La recepción con anticipación. La razón fundamental para organizar la plataforma de recepción, la actividad que consume mal tiempo y espacio en la función de recepción, es la necesidad de reunir el material para asignar una ubicación, identificar los productos, etcétera. Con las opciones electrónicas actuales, es relativamente fácil obtener un informe detallado con cada recepción de mercancía. El término más conocido es Aviso previo de embarque (ASN). Cada vez más almacenes han establecido una política de que no se descarga nada sin un ASN. 3. Organice en una plataforma de transferencia todo el material "transferible". Dado que el objetivo final de la actividad de recepción es preparar el material para el embarque de pedidos, el proceso de recepción más rápido y productivo son las plataforma de transferencia; y el tipo más sencillo de actividad en una plataforma de transferencia es aquel en el que una carga completa que llega se clasifica y se vuelve a cargar en uno o más vehículos que salen. En algunos casos, la clasificación se hace antes, de manera que se minimiza la cantidad de manejo adicional por parte del almacén. 4. Coloque el material directamente en lugares principales o de reserva. Cuando no se puede procesar el material en una plataforma de transferencia, los pasos para su manejo se minimizan al evitar las etapas de recepción y colocarlos en forma directa en las principales ubicaciones de

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recolección si, en esencia, esos lugares se reabastecen desde la recepción. Cuando no hay restricciones severas en la rotación de los productos, esto es factible. De lo contrario, el material debe colocarse directamente en áreas de reserva. 5. Organice en las áreas de almacenamiento. Si el material debe organizarse, el espacio requerido para esta actividad se minimiza al proporcionar lugares de almacenamiento para organizar la recepción. A menudo, los lugares de almacenamiento pueden ser zonas directas de almacenamiento, los cuales se delimitan hasta que la unidad se recibe de manera oficial. 6. Realice todos los pasos necesarios para descomponer y mover las cargas de manera eficiente durante la recepción. El mayor tiempo que tendremos disponible para preparar un producto para embarque es en la recepción. Una vez recibida la demanda del producto, queda muy poco tiempo disponible para la preparación previa al embarque. Por lo tanto, debe llevarse a cabo cualquier procesamiento de material que se pueda realizar con anticipación. Dichas actividades incluyen:

a. Empaque previo en incrementos-sucesivos. Un distribuidor de artículos para oficinas prepara cargas de media tarima y de un cuarto de tarima en la recepción porque prevé que se reciban pedidos en esas cantidades. Se alienta a los clientes a que hagan pedidos por esas cantidades debido a los descuentos. b. Aplique las etiquetas y la señalización necesaria. c. Calcule el espacio cúbico y el peso para la planificación del almacenamiento y el transporte. 7. Clasifique los materiales que llegan para un despacho eficiente. De la misma forma que una recolección por zonas y la secuencia de las ubicaciones son estrategias eficaces para mejorar la productividad en la recolección de pedidos, los materiales que-llegan se pueden clasificar para guardarse por zonas del almacén por secuencia de ubicación. 8. En lo posible, combine despachos y recuperaciones. Para optimizar más el proceso de almacenamiento y recuperación, sus transacciones se pueden combinar en una acción doble para reducir la cantidad de viajes vacíos en los vehículos industriales. 9. Equilibre la utilización de recursos en la recepción al programar los transportes y cambiar las recepciones complicadas a horarios no complicados.

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10.Minimice o elimine los recorridos a pie al preparar flujos de materiales que entran más allá de las estaciones de trabajo. Una estrategia muy eficaz para incrementar la productividad en la recolección de pedidos, en especial cuando deben efectuarse diversas tareas sobre el material recuperado (por ejemplo, empaque, cuenta, etiquetado), es llevar las existencias a una estación de recolección de pedidos equipada con los elementos y la información para realizar las tareas necesarias.

Principios de embarque Muchos de los mejores principios de recepción también se aplican a la inversa para embarcar, incluyendo la carga directa (opuesta a la descarga directa), la preparación previa de un aviso de embarque (recepción previa), y la organización en anaqueles. Aparte de estos principios, se presentan las mejores estrategias para preparar cargas unitarias seguras, cargas automatizadas y administrar plataformas de carga. 1. Seleccione unidades de manejo cuyo costo y aprovechamiento del espacio sean convenientes. a. Para los empaques sueltos. Entre las opciones para formar unidades con los empaques sueltos están las tarimas de madera (desechable, retornable y rentada), de plástico, metálicas y "anidadas". Entre las ventajas de las tarimas de plástico sobre las de madera están en la durabilidad, la limpieza y la codificación por colores. Los japoneses aprovechan las tarimas y las bandejas para piezas de colores para crear ambientes de trabajo atractivos en las fabrica y los almacenes. b. Para los artículos sueltos. Las opciones para formar cargas unitarias con los artículos sueltos incluyen las bandejas para piezas (anidadas y plegables) y los recipientes de cartón. Del mismo modo que ocurre con la formación de cargas unitarias con los empaques sueltos, entre los factores de decisión están el impacto en el ambiente, el costo de adquisición inicial, el costo del ciclo de vida, la limpieza y la protección del producto.

2. Minimice el daño del producto. a. Forme cargas unitarias y asegure los artículos sueltos en cajas de cartón o bandejas para piezas. Además de proporcionar una carga unitaria que facilite el manejo de materiales, debe incorporarse un medio para asegurar el material dentro de la carga unitaria. Para los artículos sueltos en bandejas para piezas ó cajas de cartón se emplean el hule espuma en capas, "bolitas" o "copos", la envoltura de burbujas, el periódico y las bolsas de aire. 201


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b. Prepare cargas unitarias con los empaques sueltos y asegúrelos en las tarimas. Aunque la alternativa más común es la envoltura plástica mediante estiramiento, comienza a cobrar popularidad la envoltura de los empaques con cintas de velero y tachuelas adhesivas como un medio favorable para el ambiente de asegurar los empaques sueltos en las tarimas. c. Prepare cargas unitarias con las tarimas sueltas en los camiones que salen. Los métodos más frecuentes son los tapetes de hule espuma y la madera contrachapada.; 3. Elimine la organización del embarque y cargue directamente los camiones que salen. Como sucede con la recepción, la actividad que más espacio y mano de obra ocupa en el embarque es la organización. Para facilitar' la carga directa de las tarimas en los camiones que salen, los montacargas para tarimas y con contrapeso sirven 'como vehículos de recolección y carga, y permiten evitar la organización. 1. Utilice anaqueles de almacenamiento con el fin de minimizar los requerimientos de espacio para organizar los embarques. Si se requiere organizar los embarques, la organización en anaqueles de almacenamiento puede minimizar los requerimientos de espacio. Para lograr esto, un importante proveedor automotriz colocó anaqueles a lo largo del muro de embarque y en las puertas que se hallaban sobre las plataformas. 2. Dirija a los conductores en el lugar y minimice el papeleo y el tiempo. Ahora existen diversos sistemas para mejorar la administración de las plataformas de embarque y recepción y a los conductores de vehículos. 3. Emplee los embarques en parcelas pequeñas. El diseño del área de embarque y de organización para parcelas pequeñas se verá muy diferente de uno dedicado a cargas unitarias. Las estaciones para envolver con plástico mediante calor y estiramiento pueden reemplazarse con líneas de empaque. Planificación del espacio de recepción y embarque Los pasos necesarios para determinar los requerimientos totales de espacio para las áreas de recepción y embarque son: Determinar qué se va a recibir y embarcar. Establecer el número y el tipo de plataformas. Precisar los requerimientos de espacio para el área de recepción y embarque dentro de la planta.

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1. Determine qué se va a recibir y embarcar. Para una operación existente de recepción o embarque, o una que va a tener objetivos similares a una operación existente, esta información se obtiene de los informes de recepción anteriores o de las liberaciones de embarques. Para una operación nueva de recepción o embarque, deben analizarse las listas de piezas y la información del análisis del mercado para todos los productos con el fin de determinar las cargas unitarias y las cantidades razonables en los pedidos. 2. Establezca el número y el tipo de plataformas de embarque y desembarque. Se puede utilizar un análisis de filas de espera para delimitar la cantidad de plataformas que proporcionarán el servicio requerido si las llegadas y los servicios tienen una distribución de Poisson y las distribuciones de las llegadas y los servicios no varían de manera significativa con el tiempo, es decir la desviación estándar tiende a cero. Si las distribuciones de las llegadas y los servicios cambian con la hora del día, con el día de la semana, o con el número de camiones que esperan en la plataforma, puede emplearse una simulación. Los elementos de tiempo predeterminados varían de estándares muy generales (macro) a estándares muy detallados (micro). Es probable que el estándar más general sea aquel en donde una persona que utiliza el equipo adecuado puede cargar o descargar 7 500 Ib/hr. El Ü.S. Department of Agriculture (ÜSDA) ha compilado estándares mucho más detallados. La figura 6.4 muestra una aplicación del estándar desarrollado con los estándares del USDA. No obstante, los estándares desarrollados por fabricantes de equipo de manejo de materiales para tipos específicos de equipo son todavía más minuciosos.

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HOJA DE TRABAJO DEL ESTÁNDAR DE TIEMPO Compañía BCD Preparada por xx Proceso Descargar cajas de cartón, formar tarimas y almacenar Punto inicial Transporte en el lugar Punto final Cerca de la puerta del vehículo Fecha Hoja 1 de 1 Paso

Descripción

Cantidad de personal

Nº de tabla de referencia del USDA

Mano de obra productiva (horas)

1

Transporte en el lugar.

1

XII

.1666

2

Abrir puertas de transporte.

1

XII

.0163

3

Quitar riostra.

1

XII

.1101

4

Tomar placa del puente.

1

XII

.0310

5

Colocar placa del puente.

1

XII

.0168

6

Poner tarima vacía en la parte posterior del vehículo. Repetir 40 veces.

1

XX

.2333

7

Descargar cajas de cartón sobre la tarima. Repetir 640 veces.

1

XIV A

1.5360

8

Levantar tarima cargada y quitarla del vehículo. Repetir 40 veces.

1

VI

.3800

9

Transportar tarima a área de almacenamiento (100 ft) y regresar al vehículo. Repetir 40 veces.

1

XI

.6040

10

Almacenar tarima. Repetir 40 veces.

1

VI

.1760

11

Quitar placa del puente.

1

XII

.0048

12

Cerrar puerta del vehículo y despachar el vehículo

1

XII

.0068

Total

3.2817 hr

Figura 6.4 Ejemplo de la utilización de los elementos de tiempo predeterminados del Ü.S. Department of Agriculture (ÜSDA) para establecer el tiempo estándar de descarga de un vehículo.

Una vez establecida la cantidad de plataformas, debe diseñarse la configuración de las mismas. La primera consideración al diseñar una configuración adecuada es el flujo de transportes en la planta.

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Para las plataformas del ferrocarril, la ubicación y la configuración del aparcadero de ferrocarril determina el flujo de los carros del ferrocarril y la configuración de la plataforma. Para las puertas de los vehículos, deben analizarse los esquemas de tráfico de éstos. El acceso de los vehículos a la propiedad debe planificarse de modo que no necesiten retroceder*hacia la propiedad. Si los vehículos entran a la planta desde una calle estrecha, deben usarse métodos en nicho o en "Y", como los de la figura 6.5. Otros lineamientos para los vehículos que deben ser tomados en cuenta son: 1. Los caminos de servicio en dos direcciones deben tener cuando menos 24 ft de anchura. 2. Los caminos de servicio en una dirección deben tener cuando menos 12 ft de anchura. 3. Si van a pasar peatones a lo largo de los caminos de servicio, debe incluirse una acera de 3 ft de anchura separada físicamente del camino de servicio.

(a)

(b)

Figura 6.5 Métodos cuenca y en "Y" para facilitar el acceso de vehículos a la propiedad. (a) Entrada para vehículos en cuenca, (fc) Entrada para vehículos en "Y"

4. Las aberturas de las puertas para viajes en dos direcciones deben ser de mínimo 28 ft de anchura 5. Las aberturas de las puertas para viajes en una dirección deben ser de cuando menos 16 ft de anchura 6. Las aberturas de las puertas deben ser cuando menos 6 ft más anchas si también las utilizarán peatones 7. Todas las intersecciones en ángulo recto deben tener un mínimo de 50 ft de radio. 8. Si es posible, todo el tráfico debe circular en sentido levógiro, porque dar vuelta a la izquierda es más fácil y seguro que dar vueltas a la derecha (debido a que el volante está a la izquierda en los vehículos

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9. Deben asignarse áreas de espera para vehículos junto a la faja de estacionamiento de la plataforma y deben ser lo bastante grandes como para mantener la cantidad máxima de vehículos que esperan en un momento específico. Después de considerar los lineamientos anteriores, debe determinarse el flujo general de los vehículos en relación con la planta. Debe tenerse cuidado de comprobar que exista el espacio. Adecuado para las plataformas a 90°. La figura 6.6 y la tabla 6.1 presentan los requerimientos de espacio para las plataformas a 90°. Si no existe una profundidad apropiada de la faja de estacionamiento para una plataforma a 90°, debe utilizarse una plataforma de toque. Como se aprecia en la figura 6.7, las plataformas a 90° requieren mayor profundidad de la faja de estacionamiento, pero menos anchura de plataforma. Las plataformas con acceso interior para vehículos no suelen ser económicas; las plataformas a 90° demandan un área de giro exterior más grande y las plataformas de dedo necesitan un área de maniobra interior más grande. Puesto que resulta más económico construir y dar mantenimiento al espacio exterior que al interior, se emplean plataformas a 90° cuando existe espacio. Además, cuando deben ocuparse plataformas de toque, debe aplicarse el ángulo más grande de las mismas. Los requerimientos de espacio para las plataformas de toque aparecen en la tabla 6.2.

Profundidad de faja de estacionamiento (a)

Profundidad de faja de estacionamiento (c)

Profundidad de faja de estacionamiento (b)

Profundidad de faja de estacionamiento (d)

Figura 6.6 Definición de la profundidad de la faja de estacionamiento de plataformas de 90°. (a) Plataforma sin obstrucción. (b.) Marquesina sostenida con postes, (c) Al lado de otros vehículos. (d) Caminos y lugares particulares.

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Tabla 6.1 Requerimientos de espacio para plataformas de 90°

Longitud del vehículo (pies)

Ancho de la plataforma (pies)

40

10 12 14 10 12 14 10 12 14 10 12 14 10 12 14

45

50

55

60

Profundidad de la faja de estacionamiento (pies) 46 43 39 52 49 46 60 57 54 65 63 58 72 63 60

A pesar de que las anchuras de 10 ft en las plataformas son idóneas para colocar los vehículos, la posibilidad de accidentes, rasguños y el mayor tiempo de maniobra han provocado que se acepte una anchura de 12 ft. Existe una excepción para plataformas muy ocupadas, en donde se recomiendan plataformas de 14 ft de ancho. El procedimiento siguiente establece los requerimientos generales de espacio fuera de una planta para maniobras de un vehículo: Determine la cantidad requerida de plataformas. Delimite los esquemas de flujo de vehículos.

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Profundidad de faja de estacionamiento

Profundidad de faja de estacionamiento

Ancho de plataforma

Ancho de plataforma

Figura 6.7 Ventajas y desventajas de los anchos y las profundidades de la faja de estacionamiento de las plataformas a 90° y las plataformas de toque, (a) Plataforma a 90°. (b) Plataforma de toque a 45º Tabla 6.2 Requerimientos de espacio para plataformas de toque con un vehículo de 65 ft Ancho de plataforma (pies)

Ángulo del toque (grados)

Profundidad de la faja de estacionamiento (pies)

Ancho de plataforma (pies)

10 12 14 10 12 14 10 12 14

10° 10° 10° 30° 30° 30° 45° 45° 45°

50 49 47 76 74 70 95 92 87

65 66 67 61 62 64 53 54 56

Determine si pueden usarse plataformas a 90°, y si no, seleccione la plataforma de toque con el ángulo más grande para la cual haya espacio disponible. Especifique un ancho de plataforma. Establezca la profundidad de la faja de estacionamiento para ese ancho de plataforma. Fije el requerimiento de espacio exterior general al asignar el espacio determinado en el paso anterior para la cantidad de plataformas establecida en el primer paso.

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3. Determine los requerimientos de áreas internas de recepción y embarque Los requerimientos de área del departamento de recepción'y embarque dentro de una planta incluyen asignaciones de espacio para lo siguiente: Deben proporcionarse instalaciones/oficinas para el personal que supervisará la recepción y el embarque y para actividades administrativas. Deben ofrecerse aproximadamente 125 pies cuadrados de espacio de oficina para cada empleado que trabaje con regularidad en la plataforma. Es esencial un área de bodega de recepción para acumular el material recibido que se ha rechazado durante una recepción o una inspección de control de calidad y que espera regresar al vendedor o alguna otra forma de disposición. No debe permitirse que el material rechazado se acumule en el área de bodega de recepción. Eso provocaría que se aceptara en el almacén mercancía no satisfactoria. Recipientes para disposición y reciclaje de la basura. Las operaciones en la plataforma de embarque y desembarque, sobre todo las funciones de recepción, generan una inmensa cantidad de materiales desechables, como cajas de cartón corrugado, materiales adhesivos, tarimas rotas y desechables, riostras y otros materiales de empaque. Dentro de las áreas de recepción y de embarque debe asignarse espacio para disponer de y reciclar estos artículos. Cuando esto no se hace, se producen limpieza deficiente, congestionamiento, condiciones de trabajo inseguras y una pérdida de la productividad. Equipo de almacenamiento/formación de tarimas para tarimas y materiales de empaque. En casi todos los almacenes, las cargas suelen llegar sin tarimas o en tarimas con dimensiones extrañas, o en tarimas desechables y requieren que se formen tarimas o se vuelvan a formar. El salón de los conductores es un área donde los conductores de vehículos están confinados cuando sus vehículos no están en servicio. El salón de los conductores debe incluir asientos, revistas y (esto es lo ideal) refrescos, teléfonos y baños privados para atender las necesidades esenciales de los trabajadores mientras esperan sus vehículos. Los requerimientos generales de espacio para un salón de conductores básico son aproximadamente 125 pies cuadrados para el primer conductor y 25 pies cuadrados por cada conductor adicional que se espera en el salón al mismo tiempo. Las áreas intermedias o de organización están dentro de los departamentos de recepción, y en ellas se colocan los materiales retirados de los vehículos hasta que se despachan. No se necesita una zona intermedia si el procedimiento de operación es entregar toda la mercancía a las tiendas,

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para inspección, o al departamento inmediatamente después de recibirla.

que

solicita

la

mercancía

El espacio que se necesita para las áreas intermedias o de organización se establece al considerar el número de transportes para los cuales guardará mercancía en estas áreas y el espacio requerido para guardar la mercancía de cada transporte. Por lo general, cuando se utilizan áreas Íntermedias o de organización se asigna espacio suficiente para un transporte completo en cada plataforma. Cuando las fluctuaciones horarias en las frecuencias de descarga o carga se vuelven pronunciadas, debe considerarse el espacio para almacenar dos o más transportes de mercancía en las áreas intermedias o de almacenamiento. El costo del área intermedia o de organización debe compararse con los costos de descargar y cargar el vehículo para determinar la cantidad adecuada de espacio de almacenamiento. Tabla 6.3 Holguras mínimas para maniobra en áreas de recepción y de embarque Equipo de manejo de materiales utilizado

Tractor Montacargas con plataforma Montacargas con horquilla Montacargas para pasillos estrechos Montacargas manual o gato de tarima Carretilla manual de cuatro ruedas Carretilla manual de dos ruedas A mano

Holguras mínimas de maniobra (ft)

14 12 12 10 8 8 6 5

El espacio de maniobra del equipo de manejo de materiales se proporciona entre la parte posterior del conjunto de plataformas y el inicio de las áreas intermedias o de organización. El espacio de maniobra se halla en función del tipo de equipo de manejo de materiales, tal como se indica en la tabla 6.3.

Ejemplo 6.1 Se efectuó un estudio de simulación para una planta nueva, y se especificaron cuatro plataformas. (Véase la figura 6.8) Se asignarán dos plataformas para recepción y dos para embarque. Los transportes más grandes que atienden la planta son remolques de oruga de 60 pies. La nueva planta se colocará al norte de un camino con una orientación este-oeste. Todos los vehículos se descargarán y cargarán con montacargas. Las plataformas están ubicadas en la esquina noroeste de la planta. No se requieren zonas intermedias, pero debe incluirse un área de organización para cada plataforma. Cada área de organización debe poder contener 52 cargas de tarimas de mercancía, y cada tarima mide 48 X 40 X 42"

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24´ Frente de la plataforma Vehículo en espera

6´ 12´

Espacio de maniobra

12 12´

Salón de conductores

Salida

Oficina

Planta

Organización

Organización

12´

26´

26´

Salida 10´ 7´ (a)

10´ 7´

10´ 6´

(b)

Figura 6.8 Áreas: (a) del lugar y (b) para las plataformas del ejemplo 6.1.

¿Cuáles son los requerimientos del camino hada el este el norte y el oeste de la planta y qué requerimientos de espacio existen dentro de la planta? Todos los vehículos deben entrar a la propiedad desde el este de la planta y salir hacia el oeste. Los caminos de servicio hacia el este y el oeste de la planta deben tener 12 ft de anchura. El área al norte de la planta sobre el lado este debe utilizarse para los vehículos que esperan y debe tener cuando menos 24 ft de anchura. Todas las plataformas deben ser a 90° y tener 12 ft de anchura. Se requiere un frente de las plataformas de 48 ft y una faja de estacionamiento con una profundidad de 63 ft. Los 63 ft de la faja de estacionamiento se agregan a los 60 ft de longitud de los vehículos; por lo tanto, se debe incluir un mínimo de 123 ft entre el extremo norte del edificio y la línea de la propiedad. El conjunto de plataformas se extenderá 6 ft dentro del edificio; por lo tanto, se necesita una distancia de maniobra de 18 ft (6 ft + 12 ft) para el frente de plataformas completo de 48 ft, para un área total de 864 ft 2. Se requieren dos áreas de organización, las cuales suponen que se apilan cargas a doble altura y se almacenan una contra otra en 13 filas y cada área de organización demanda un área de 7 ft de anchura y

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52 ft de largo. Debe haber pasillos de 10 pies a "cada lado del material organizado. Se necesita un área de organización total de: {3(10) + 2(7)} X 52 =2288 ft2 Debe incluirse un salón de conductores de 150 ft 2, al igual que 150 ft2 para una oficina de recepción y embarque. Las áreas de instalaciones para el personal, mantenimiento del equipo de manejo de materiales, disposición de basura, almacenamiento de tarimas y almacenamiento del material de empaque se integrarán con las áreas similares dentro de la planta. El requerimiento de espacio total dentro de la planta es: Área de maniobra Área de organización Salón de conductores Oficina o, en términos más realistas

864 ft2 2.288 ft2 150 ft2 150 ft2 3.452 ft2 3.500 ft2

Planificación de las operaciones de las plataformas Los requerimientos de equipo para las áreas de recepción y embarque están formados por el equipo para enlazar de manera adecuada los transportes y las plataformas. El equipo de la plataforma para efectuar este proceso incluye: Niveladores de plataformas para enlazar una plataforma a una altura específica con transportes de altura variable. Amortiguadores de golpes para enlazar una plataforma fija y un transporte móvil. Selladores de plataforma para enlazar una plataforma con calefacción/aire acondicionado y un transporte sin calefacción/sin aire acondicionado. Niveladores de plataformas Considerar el transporte como una parte de las funciones de recepción y embarque conduce a una pregunta interesante. Si se va a utilizar un área de almacenamiento temporal (el transporte) junto con las funciones de recepción y embarque y el área de almacenamiento está a diferente altura que la plataforma, ¿cómo debe tratarse esta diferencia en altura? Cinco respuestas posibles son: 1. 2. 3. 4.

Subir o bajar un paso para aceptar la diferencia. Una "rampa" portátil entre la plataforma y el transporte. Una "rampa" ajustable permanente entre la plataforma y el transporte. Elevar el transporte a la altura de la plataforma.

212 212 212


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5. Elevar la plataforma a la altura del transporte.

La primera opción de subir o bajar un paso para adaptar la diferencia entre el transporte y la altura de la plataforma es apta para cualquier tipo de carga que no demande que un vehículo industrial entre al transporte. Es admisible subir un paso para cargar o descargar paquetes pequeños. Si se va a cargar o descargar de este modo una cantidad grande de paquetes pequeños, son útiles las bandas transportadoras telescópicas, de patines o de rodillos. Si los materiales se van a cargar o descarga? mediante una grúa, la diferencia en las alturas sólo necesitan calcularla las personas que alinean los materiales y es aceptable subir o bajar un paso hacia y desde el transporte. Si los materiales se elevarán desde un lado del transporte con un vehículo industrial, tampoco tiene consecuencias la diferencia en las alturas del transporte y la plataforma. Casi todos los materiales se cargan y descargan con un Vehículo industrial que entra al transporte; por lo tanto, esta opción no suele ser aceptable. La segunda opción de una "rampa" portátil sugiere el uso de planchas o rampas de patio. Por lo común, estas planchas están hechas de aluminio o magnesio y sólo son rampas que se colocan entre una plataforma y un transporte para que un vehículo industrial pueda entrar y salir del transporte. En un intento de minimizar el peso de las planchas, suelen ser de menos de 4 ft de longitud. Así, incluso para pequeñas diferencias de altura, pueden producirse inclinaciones que resultan inseguras para el viaje de los vehículos industriales. El principal uso de las planchas es para cargar o descargar vagones cuya colocación es variable. Incluso para aplicaciones con vagones, a menos que el volumen del movimiento sea muy bajo, las planchas deben reemplazarse con un dispositivo permanente para ajustar la diferencia en las alturas. Las rampas de patio o portátiles son rampas que a veces se emplean para descargar un transporte por medio de un vehículo industrial en una planta sin una plataforma permanente. Son útiles para descargar transportes cuando el espacio de la plataforma es inadecuado, cuando los transportes se van a descargar en el patio, o para plantas a nivel de suelo. La tercera opción, la plancha ajustable o niveladora de plataforma permanentes, es el método que se emplea con mayor frecuencia para compensar la diferencia de alturas entre los transportes y las plataformas. Los niveladores permanentes se puede activar en forma manual, mecánica, o hidráulica. Debido a que los niveladores ajustables permanentes están sujetos a la plataforma y no se mueven de una posición a otra, la plancha puede ser más grande y más ancha que los niveladores portátiles. La longitud adicional produce una menor inclinación entre la plataforma y el transporte. La cuarta opción de elevar el transporte a la altura de la plataforma se aplica cuando es muy grande la variación en altura de los vehículos que se van a cargar o descargar. Los niveladores de vehículos, son plataformas instaladas bajo las 213 213 213


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ruedas traseras de un camión que levantan su parte trasera hasta la altura de la plataforma. Pueden elevar la cama de un vehículo hasta 3 ft. Aunque son convenientes la flexibilidad y los aspectos funcionales de los niveladores, su costo de instalación limita su utilización. El último método de emparejar las alturas de las plataformas y los transportes es elevar o bajar el nivel de la plataforma hasta el del transporte. El método más común para elevador o bajar una plataforma completa son los elevadores tipo tijeras, Los elevadores de plataformas pueden instalarse en forma permanente o no. Se acostumbran usar cuando una planta está a nivel de suelo y no existe espacio para una rampa de patio o cuando la plataforma existente es muy baja o muy alta y no hay suficientes espacio para una plancha.

6.5 UBICACIÓN DE LAS PLATAFORMAS El propósito principal del diseñador es que los vehículos lleguen a salvo de la carretera. El primer paso es determinar en cuál parte del edificio deben colocarse la planta y las plataformas y diseñar caminos de acceso seguros al área de plataformas. Antes de colocar el edificio y las plataformas, se debe contestar estas preguntas: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7.

¿Dónde se necesita o se produce el material en la planta? ¿Cuánto espacio requiere la plataforma y el área de maniobras? ¿La operación demandará pronto más plataformas? ¿Qué tipo de plataformas servirá mejor para la operación? ¿Cuál es el diseño más seguro para los caminos de acceso? ¿La operación recibirá o embarcará las entregas por tren? ¿Cómo afectará la topografía del lugar el tránsito y las operaciones de las plataformas? 8. ¿Cuáles son las dimensiones de un método seguro? Antes de ubicar la planta y las plataformas en el lugar, establezca dónde deben estar las plataformas dentro del edificio. Esto depende de dónde se requieren las entregas o de dónde se originan los embarques en la planta. El destino de los materiales dentro de la planta se afectará de manera diferente si la planta tiene una plataforma central o varias plataformas en puntos de uso. Cada método requiere distintas holguras a partir de los límites del lugar. Tradicionalmente los edificios cuentan con un área de plataformas. En las plantas pequeñas, se han combinado el embarque y la recepción, y en las plantas grandes, el embarque y la recepción se hallaban separados, pero contiguos. La plataforma central reduce los costos de supervisión y emplea con eficiencia el personal y el equipo para manejo de materiales. El área de maniobras externas y estacionamiento para este tipo de plataforma tiene que alojar a casi todos los camiones que atienden la operación en cualquier momento. También debe servir para los vehículos más grandes y los más pequeños. 214


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Conforme el inventario justo a tiempo exige un flujo eficiente de materiales o componentes hacia los departamentos de producción, las plataformas en puntos de uso se vuelven más populares. Con este esquema, se colocan varias

2

1

3

6

5

4

7 8

Simbología Dirección de la expansión Flujo de materiales

Figura 6.9 Diseños modulares de plantas de almacenamiento que presentan las alternativas de expansión.

alrededor del perímetro de la planta. Cada una se diseña para atender una línea de producción o cierta área operativa. Una puede recibir entregas frecuentes y pequeñas de camionetas ligeras. Otra puede recibir entregas de vehículos más largos, más bajos y más anchos de lo que las anteriores regulaciones de transporte estatal o federal hayan permitido jamás. Es evidente que son diferentes las decisiones de diseño para cada tipo de plataforma y que influyen en la colocación del edificio y las plataformas en el lugar.

215 215 215


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Como se ha señalado, las plataformas están entre los primeros requerimientos en el lugar y son vitales para que las operaciones se desarrollen sin contratiempos. Además, los planes para la expansión de la planta deben incorporar la recepción y el embarque. Una regla general importante relacionada con la expansión es ampliar el almacén sin interrumpir las operaciones en las plataformas. Como se aprecia en la figura 6.9, existen numerosas alternativas de expansión para un centro de distribución. Las flechas pequeñas representan los flujos de materiales y las flechas grandes, las direcciones de expansión que minimizarán las interrupciones en las actividades de recepción y embarque.

6.6 OPERACIONES DE ALMACENAMIENTO El objetivo de las funciones de almacenamiento es maximizar el empleo de los recursos, al mismo tiempo que satisfacer los requerimientos del cliente o maximizar la satisfacción del cliente sujeta a una restricción de recursos. Los recursos del almacenamiento son el espacio, el equipo y el personal. Los requerimientos del cliente para las funciones de almacenamiento son poder obtener los artículos deseados con rapidez y en buenas condiciones. Por lo tanto, al diseñar los sistemas de almacenamiento, es conveniente maximizar: El manejo del espacio. El uso del equipo. La utilización de la mano de obra. La facilidad de acceso a los materiales. La protección de los materiales. La planificación de las plantas de almacenamiento se explica directamente a partir de estos objetivos. La planificación para la utilización máxima del equipo implica la elección del equipo correcto. El tercer objetivo, maximizar la mano de obra, entraña proporcionar las oficinas y otros servicios necesarios al personal. La planificación de la máxima facilidad de acceso a los materiales es un aspecto de diseño. La planificación de la máxima protección de los artículos se explica directamente al hacer que personal capacitado guarde los artículos en el espacio adecuado con el equipo correcto en una disposición bien planificada. Ejemplo 6.2 En la empresa de fabricación XYZ, la tasa promedio de retiros diarios del producto A es de 20 cajas de cartón al día, las existencias de seguridad duran cinco días, el tiempo de anticipación para un pedido es de 10 días, y el pedido es para 45 días. ¿Cuáles son las cantidades máxima y promedio de cargas unitarias que se van a almacenar?

216 216 216


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Punto pedido de reorden

= (existencias de seguridad en días) (demanda/ día) +(tiempo de entrega en días) (demanda/día) = (5 días) (20 cajas de cartón por día) + (10 días) = (20 cajas de cartón por día) = 300 cajas de cartón

Cantidad máxima que se va • a = (existencias de seguridad) + (cantidad almacenar del pedido) = (100 cajas de cartón) + (45 días)(20 cajas" de cartón por día) = 1 000 cajas de cartón Cantidad promedio almacenar

que

se

va

a = ½ (cantidad del pedido) + (existencias de seguridad) = ½ (900) + (100) = 550 cajas de cartón

Ejemplo 6.3 El número de aberturas asignadas a una SKU debe alojar su máximo nivel de inventario. Por lo tanto, la cantidad planificada de cargas unitarias requeridas para el almacenamiento dedicado es igual a la suma de las aberturas que se necesitan para cada SKU. Sin embargo, con el almacenamiento aleatorio, una cantidad planificada de cargas unitarias que se van a almacenar en el sistema es el número de aberturas que se requieren para almacenar toaos las SKU. Debido a que todas las SKU no suelen estar en sus máximos niveles de inventario al mismo tiempo, en general, el almacenamiento aleatorio demanda menos aberturas que el almacenamiento dedicado. Existen dos razones por las que el almacenamiento aleatorio provoca menos espacio de almacenamiento que el requerido para el almacenamiento dedicado. Primero, si prevalece una condición de "sin existencias" para una SKU específica en el almacenamiento dedicado, la ranura vacía se mantiene "activa" y no se utilizará para nada más, como podría emplearse en el almacenamiento aleatorio. Segundo, cuando existen varias ranuras para una SKU específica, las ranuras vacías aumentarán conforme disminuye el nivel de inventario, incluso si la SKU no está "sin existencias". Para ilustrar el efecto del método de almacenamiento en el espacio requerido, suponga que un almacén recibe seis productos de acuerdo con el programa de la tabla 6.4. Al sumar los niveles de inventario de los seis productos, se tiene el nivel del inventario agregado.

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Tabla 6.4 Niveles de inventario para seis productos en un almacén, expresado en cargas de tarimas del producto Periodo Productos Agregados 1 2 3 4 5 6

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

24 22 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 24 22. 20 13 16 14 12 10 8 6 4 2

12 9 6 3 36 33 30 27 24 21 18 15 12 9 6 3 36 33 30 27 24 21 18 15

2 8 6 4 2 8 6 4 2. 8 6 4 2 8 6 4 2 8 6 4 2 8 6 4

12 8 4 24 20 16 12 8 4 24 20 16' 12 8 4 24 20 16 12 8 4 24 20 16

11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 24 23 22 21 20 19 13 17 16 15 14 13 12

12 9 6 3 24 21 18 15 12 9 6 3 24 21 13 15 12 9 6 3 24 21 18 15

73 66 51 60 105 98 83 68 53 70 55 64 97 90 75 84 105 98 83 68 77 94 79 64

Máximo del nivel de inventario agregado = 105 cargas de tarimas Suma de los niveles individuales del inventario máximo = 140 Nivel de inventario promedio = 77.5 Mínimo del nivel de inventario agregado = 51 Con el almacenamiento dedicado, el espacio requerido, tal como aparece en la tabla 6.4, es igual a la suma del nivel de inventario máximo para cada producto, o 140 posiciones de tarimas. Con el almacenamiento aleatorio, la cantidad solicitada es igual al nivel, del inventario agregado máximo, o 105 posiciones de tarimas. Para maximizar la producción al manejar almacenamiento dedicado, las SKU deben asignarse a lugares de almacenamiento con base en la proporción de su actividad entre el número de aberturas o ranuras asignadas a las SKU. La SKU con la clasificación más alta se asigna a las aberturas seleccionadas y así sucesivamente, mientras que la SKU con la clasificación más baja se asigna a las

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aberturas menos elegidas. Debido a que los lugares "que se mueven rápido" están al frente y los lugares "que se mueven lento" están atrás, la producción se maximiza. Al clasificar las SKU, es importante definir la actividad como el número de almacenamientos/recuperaciones por el tiempo unitario, en vez de la cantidad de materiales trasladados- Asimismo, es importante considerar las "familias de piezas". Un principio en el almacenamiento basado en las actividades es que "los artículos que se piden juntos deben almacenarse juntos". Cuando existen muchas SKU, tal vez no sea práctico el almacenamiento dedicado basado en cada SKU. En lugar de eso, las SKU se pueden asignar a clases con base en sus proporciones de actividad entre espacio. El .almacenamiento dedicado basado en las clases, con un almacenamiento aleatorio dentro de las clases, puede producir los beneficios de producción del almacenamiento dedicado y los beneficios de espacio del almacenamiento aleatorio. Dependiendo de las proporciones de actividad entre espacio, pueden definirse de tres a cinco clases. Ejemplo 6.4 Para ilustrar el efecto sobre el espacio y la producción del método de almacenamiento usado, suponga que el área de almacenamiento está diseñada como en la figura 6.10. Un solo punto de entrada/salida (I/O) atiende el área de almacenamiento. Todos los movimientos son en cantidades de tarimas completas. El área de almacenamiento se divide en espacios de almacenamiento de 10 ft X 10 ft. Se almacenarán tres clases de productos (A, B y C). Los artículos de la clase A representan 80% de la actividad de entrada/salida y tienen un requerimiento de almacenamiento dedicado de 40 espacios de almacenamiento o 20% del almacenamiento total. Los artículos de la clase B generan 15% de la actividad de I/O y tienen un requerimiento de almacenamiento dedicado de 30% del almacenamiento total, o 60 espacios de almacenamiento. Los artículos-de la clase C representan sólo 5% de la producción del sistema, pero originan 50% del requerimiento de almacenamiento.

Plataforma Figura 6.10 Ejemplo de disposición de un almacén

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180 170 160 150 140 130 120 110 100 90

170 160 150 140 130 120 110 100 90 80

160 150 140 130 120 110 100 90 80 70

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60

Í40 13.0 120 110 100 90 80 70 60 50

130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

110 100 90 80 70 60 50 40 30 20

120 110 100 90 80 70 60 50 40 30

130 120 110 100 90 80 70 60 50 40

140 130 120 110 100 90 80 70 60 50

150 140 130 120 110 100 90 80 70 60

160 150 140 130 120 110 100 90 80 70

170 160 150 140 130 120 110 100 90 80

180 170 160 150 140 130 120 110 100 90

190 180 170 160 150 140 130 120 110 100

Plataforma Figura 6.11 Distancias promedio recorridas.

Al suponer que el viaje de un montacargas entre el punto de entrada y/o salida y los espacios individuales de almacenamiento se aproxima con distancias en líneas entre la plataforma y el centroide de cada espacio, las distancias son como las de la figura 6.11. Con base en las proporciones de la actividad de entrada y/o salida entre el requerimiento de almacenamiento dedicado, las clases de productos se colocarán dentro de la disposición en el orden de clasificación A, B y C para obtener la disposición de los productos. La distancia promedio esperada recorrida para la disposición de almacenamiento dedicado que aparece en la figura 6.12 es de 53.15 ft. Si se utiliza almacenamiento aleatorio en donde cada espacio tiene la misma probabilidad de emplearse, la distancia promedio esperada recorrida será de 100 ft. Sin embargo, con el almacenamiento aleatorio, se prevé un requerimiento de almacenamiento total de menos de 200 espacios por las razones ya mencionadas. El requerimiento de almacenamiento exacto estará en función de la demanda y de los esquemas de reabastecimiento para las tres clases de productos. Aunque no se conoce el requerimiento para el almacenamiento aleatorio, es posible calcular un límite superior para el almacenamiento que produzca una distancia esperada recorrida igual o menor que para el almacenamiento dedicado. Para hacer esto, los espacios de almacenamiento dejan de considerarse en un orden inverso a sus distancias del punto de entrada y/o salida y se calculan los valores de distancia esperados. El proceso continúa hasta que se ha eliminado una cantidad suficiente. Por ejemplo, debe eliminar 138 espacios de alma-

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c

c B

A

Figura 6.12. Disposición “óptima” del almacenamiento aleatorio

Espacio no utilizado

Almacenamiento aleatorio A, B y C

Plataforma

Figura 6.13 Disposición del almacenamiento aleatorio.

cenamiento, o 69%, para que el almacenamiento aleatorio produzca una distancia esperada recorrida igual a 52.90 ft. La disposición del almacenamiento aleatorio resultante aparece, en la figura 6.13. Si el espacio de almacenamiento tiene una forma rectangular y se manejan espacios de almacenamiento de 10 ft X 10 ft, se puede llegar a comprobar que la disposición con la distancia mínima esperada es igual a la de la figura 6.14. La distancia promedio esperada recorrida resultante para la figura 6.14 es 50 ft. Además, sólo se requieren 50 espacios de almacenamiento, en lugar de los 62 que se necesitan en la figura 6.13. A menudo, la lógica de almacenamiento elegida para una SKU específica no será estrictamente de almacenamiento en lugares fijos o aleatorios. Más bien, será una combinación de las dos. Una tienda de comestibles es un excelente ejemplo de un 221 221 221


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almacenamiento combinado o híbrido. El almacenamiento en lugares fijos se utiliza en el área de ventas de una tienda de comestibles en donde compran los clientes. Los pepinos se asignan a lugares fijos y sólo se guardan pepinos ahí. No se encuentran pepinos en ningún otro lugar del área de ventas de la tienda. Sin embargo, los excesos de mercancías o existencia a menudo se guardan de manera aleatoria en la bodega de la tienda. Los pepinos se encuentran en cierto lugar una semana y en otro diferente la siguiente semana. Debido a que el almacenamiento en lugares combinados se basa en una mezcla de almacenamiento en lugares físicos y almacenamiento en lugares aleatorios, su nivel de inventario planificado cae entre la cantidad de lugares fijos y la cantidad de lugares aleatorios. Dónde caiga obedecerá al porcentaje de inventario que se va asignar a lugares fijos.

Figura 6.14 Disposición en forma rectangular del almacenamiento aleatorio.

36´

10´

10´

10´

Pasillo principal

Área cúbica total = 30 636 ft

3

3

Área de pasillos = 19 620 ft

Porcentaje de área total asignada a pasillos = 64%

Figura 6.15 Un ejemplo del cálculo del porcentaje del área total de almacenamiento asignada a pasillos.

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Una vez que se establece la cantidad planificada de cargas unitarias que se van a almacenar, debe especificarse el método de almacenamiento. Para cada método de almacenamiento, debe determinarse la pérdida de utilización del espacio cúbico debido a los pasillos y a la formación de panales. Para una planta existente, la pérdida de la utilización del espacio cúbico a causa de los pasillos se precisa al dibujar diversas disposiciones. Ejemplo 6.5 Para calcular la pérdida en la utilización del espacio cúbico provocada por los pasillos, suponga que se va a emplear un montacargas con contrapeso para almacenar y recuperar materiales de un anaquel de tarimas. Se solicita un pasillo de servicio de 10 ft. El anaquel de tarimas se ubicará en un área con 46 ft de profundidad y una altura libre de 18 ft. La disposición del almacén aparece en la figura 6.15. Como se aprecia, 64% del espacio cúbico total del almacén está asignado a los pasillos. La formación de panales es el espacio desperdiciado que se produce cuando no puede usarse una fila o pila parcial debido a que agregar otros materiales provocaría que se bloqueara el almacenamiento. La figura 6.16 contiene un ejemplo de formación de panales. Una vez elegido el método de almacenamiento y las pérdidas en la utilización del espacio cúbico debido a los pasillos y a la formación de panales, se calculan los estándares de espacio para todas las cargas unitarias que se van a almacenar. Un estándar de espacio es el requerimiento de volumen por carga unitaria almacenada, el cual incluye el espacio asignado para pasillos y formación de panales. Al multiplicar el estándar de espacio para un artículo por la cantidad planificada de cargas unitarias almacenadas, se precisa el requerimiento de espacio para un artículo. La suma de los requerimientos de espacio para todos A

A A A

A

A Vista elevada del piso (a)

A A

A

Vista del muro exterior (b)

Figura 6.16 Ejemplos de formación de panales. El área sombreada no se puede emplear para guardar otros materiales, (a) Formación de panales vertical. (V) Formación de panales horizontal.

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los artículos que se almacenarán es el requerimiento de espacio de almacenamiento total. Al sumar al requerimiento de espacio de almacenamiento total las áreas para recepción y embarque, las oficinas, el mantenimiento y los servicios de la planta, se determina el requerimiento de área total para los almacenes o departamentos de almacenamiento.

Ejemplo 6.6 Los productos de la tabla 6.5 son los más populares en el almacén de la figura 6.17. ¿Cómo deben alinearse estos artículos a lo largo del pasillo principal? Las proporciones de recepción/embarque se calculan como aparecen en la tabla 6.6. Una proporción e 1.0 indica que el embarque y la recepción requieren la misma cantidad de viajes. Para los productos A, F y H, la distancia de viaje será igual, sin importar en qué punto a lo largo del pasillo principal se almacenan los productos. Una proporción de recepción/embarque menor que 1.0 revela que se necesitan menos viajes para recibir el producto que para embarcarlo. Producto Cantidad por recepción

Viajes para recibirlo

A B C D E F G H

40 100 200 30 10 67 250 250

40 tarimas 100 tarimas 800 cajas de cartón 30 tarimas 10 tarimas 200 cajas de cartón 1000 cajas de cartón 1000 cajas de cartón

Tamaño Promedio Del pedido Del cliente 1.0 tarimas 0.4 tarimas 2.0 cajas de cartón 0.7 tarimas 0.1 tarimas 3.0 cajas de cartón 8.0 cajas de cartón 4.0 cajas de cartón

Viajes para embarcarlo 40 250 400 43 100 67 125 250

Tabla 6.5 Información de recepción y embarque en los productos más populares

Producto A B C D E F G H

Proporción recepción/embarque 1.0 0.4 0.5 0.7 0.1 1.0 2.0 1.0

Tabla 6.6 Proporciones de recepción / embarque para el ejemplo 6.6

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Por lo tanto, los productos que poseen proporciones menores que 1.0 deben ubicarse más cerca del embarque. En orden de importancia de estar cerca para el embarque, los productos con proporciones menores que 1.0 son E, B, C, D. El producto G tiene una proporción mayor que 1.0, lo cual indica que necesita estar más cerca de la recepción. Una de las asignaciones de los productos a los lugares que producirá menos viajes aparece en la figura 6.17

H

Recepción

Pasillo principal

Embarque

F

D

Pasillo principal

Recepción G

A

C

B

Embarque E

(b) solución para el ejemplo (a)Almacén

La figura 6.17 Asignación de almacén y productos para el ejemplo 6.6

Similitud. Los artículos que suelen recibirse y/o embarcarse juntos deben almacenarse juntos. Por ejemplo, considere un distribuidor de artículos de jardinería. Es probable que un cliente que necesite un aspersor no compre, al mismo tiempo, una sierra cinta. No obstante, es posible que un cliente que compra el aspersor también requiera cal, semillas para césped y fertilizantes. La sierra cinta debe guardarse en la misma área que los serruchos, las tijeras podaderas y las herramientas manuales. En ocasiones ciertos artículos se reciben juntos, tal vez del mismo vendedor; deben almacenarse juntos. Tamaño. El principio del tamaño consiste en señalar que los artículos pesados, voluminosos y difíciles de manejar deben almacenarse cerca de su punto de uso. El costo de manejar estos artículos casi siempre es mucho mayor que el de otros. Ésta es una buena razón para minimizar la distancia sobre la cual se manejan. Además, si la altura del techo del almacén varía de un área a la otra, los artículos pesados deben guardarse en las áreas con un techo alto. El espacio cúbico del almacén debe usarse de la manera más eficiente, al mismo tiempo que respete las restricciones de la capacidad de carga del piso. Los materiales ligeros pueden almacenarse a alturas mayores, en cuanto a la capacidad de carga del piso, que los materiales pesados.

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Características. Por lo general, las características de los materiales que se van a almacenar necesitan que se guarden y almacenen con un método contrario al indicado por su popularidad, su similitud y su tamaño. Estas son algunas características importantes de los materiales: Materiales perecederos. Los materiales perecederos requieren que se proporcione un ambiente controlado. Debe considerarse la duración en exhibición de los materiales. Artículos con formas extrañas y fáciles de comprimir. Ciertos artículos no se ajustan a las áreas de almacenamiento proporcionadas, incluso cuando se ofrecen diferentes tamaños. Los artículos con formas extrañas suelen crear problemas creativos de manejo y almacenamiento. Si se encuentran tales artículos, debe destinarse un espacio abierto para su almacenamiento. Si los artículos son fáciles de comprimir o se aplastan cuando la humedad es muy alta, deben ajustarse de manera adecuada los tamaños de las cargas unitarias y los métodos de almacenamiento. Materiales peligrosos. Los materiales como pintura, barniz, propano y productos químicos inflamables deben almacenarse por separado. Deben consultarse y seguirse estrictamente los códigos de seguridad para todos los materiales inflamables o explosivos. Los ácidos, los colorantes y otras sustancias peligrosas deben segregarse para reducir la exposición a los empleados. Artículos de seguridad. Prácticamente todos los artículos pueden hurtarse. Sin embargo, con frecuencia los artículos con un alto valor unitario y/o tamaño pequeño son el blanco de los robos. Se debe dar protección adicional para estos artículos dentro de un área de almacenamiento. Con la creciente necesidad de conocer la ubicación de los materiales, deben evitarse el hurto y el retiro incorrecto de las existencias. Compatibilidad. Algunos químicos no son peligrosos cuando se almacenan solos, pero se vuelven volátiles si entran en contacto con otros químicos. Algunos materiales no necesitan almacenamiento especial, pero se contaminan con facilidad si entran en contacto con otros materiales. Por lo tanto, los artículos que se van a guardar en un área deben considerarse a la luz de otros artículos que se conserven en la misma área. Por ejemplo, la mantequilla y el pescado requieren refrigeración, pero si se refrigeran juntos, la mantequilla absorbe con rapidez el olor del pescado. Utilización del espacio. La planificación del espacio incluye determinar los requerimientos de espacio para el almacenamiento de materiales. Al mismo tiempo que se toma en cuenta la popularidad, la similitud, el tamaño y las características del material, debe desarrollarse una disposición que maximice el

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empleo del espacio, al igual que el nivel de servicio prestado. Algunos factores que se deben atender al realizar la disposición son: 1. Conservación del espacio. Significa maximizar la concentración y la utilización del espacio cúbico, y evitar que se formen panales. Maximizar la concentración del espacio mejora la flexibilidad y la capacidad de manejar recepciones grandes. 2. Limitaciones de espacio. El uso del espacio estará limitado por las alturas de la armadura, los aspersores y el techo; la resistencia del piso; los postes y columnas; y las alturas de apilamiento seguro de los materiales. La resistencia del piso es de especial importancia en las plantas de almacenamiento de varios pisos. El impacto negativo de los postes y las columnas en la utilización del espacio debe minimizarse al almacenar los materiales de modo compacto alrededor de ellos. 3. Facilidad de acceso. Un énfasis excesivo en el empleo del espacio puede complicar la facilidad de acceso a los materiales. La disposición del almacén debe cumplir con los objetivos especificados para el acceso al material. Los pasillos principales deben ser rectos y conducir a puertas para mejorar la maniobrabilidad y disminuir los tiempos de viaje. Los pasillos deben tener la anchura suficiente para permitir una operación eficiente, aunque sin desperdiciar el espacio. Las alturas de los pasillos deben ajustarse al tipo de equipo de manejo que utiliza el pasillo y a la cantidad de tráfico esperada. Estos conceptos se representan en la figura 6.18. Evite las existencias bloqueadas al planificar la rotación de todos los inventarios. 4. Orden. El principio del orden enfatiza el hecho de que un buen "mantenimiento del almacén" comienza con la limpieza en mente. Los pasillos deben estar bien señalados con cinta adhesiva o con

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Recepción y embarque (a) Disposición adecuada. Las flechas indican el acceso A las unidades almacenadas

Recepción y embarque (c) Disposición inadecuada porque la mayoría de las existencias no se guarda a lo largo del eje mas extenso del edificio

Recepción y embarque (b) Disposición inadecuada. Porque una cara de las islas de almacenamiento no tiene acceso desde un pasillo

Recepción y embarque (d) Disposición inadecuada porque un pasillo está colocado frente a un muro que no contiene una puerta

Figura 6.18 Ejemplo de las consideraciones de facilidad de acceso al área de almacenamiento.

pintura. De lo contrario, los materiales comenzarán a invadir el espacio del pasillo y se reducirá la facilidad de acceso a los materiales. Dentro del área de almacenamiento, deben evitarse espacios vacíos y debe corregirse su posición 228 228 228


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cuando surjan. Si un área de almacenamiento está diseñada para alojar cinco tarimas y, en el proceso de colocar los materiales en su interior, una tarima invade el espacio asignado a las tarimas vecinas, se producirá un espacio vacío. Por esta razón, sólo se pueden guardar cuatro tarimas en un área diseñada para cinco.

6.7 OPERACIONES DE RECOLECCIÓN DE PEDIDOS La recolección de pedidos es la función más importante en las operaciones de distribución. Es el centro del flujo de productos desde los proveedores hasta los clientes. De hecho, es donde se cumplen en realidad las expectativas del cliente. Los profesionales del almacenamiento identifican la recolección de pedidos como la actividad que recibe máxima prioridad al momento de incorporar .mejoramientos en la productividad de un almacén. Varias razones apoyan esta idea. Primero, y sobre todo, la recolección de pedidos es la actividad más costosa en un almacén normal. Un estudio de 1988 en el Reino Unido reveló que 55% de todos los costos operativos en un almacén normal se pueden atribuir a la recolección de pedidos (figura 6.19). Segundo, la actividad de recolección de pedidos se ha vuelto cada vez más difícil de administrar. La .dificultad surge

Empaque

20%

Recolecció

55%

Almacenamiento

15%

Recuperación

10% 0%

20%

40%

60%

% de gasto de operación anual

Figura 6.19 Distribución común de los gastos de operación de un almacén.

a partir de la introducción de nuevos programas operativos como JIT, reducción del ciclo de tiempo y la respuesta rápida, así como nuevas estrategias demercadotecnia como la micromercadotecnia y la megamarca. Estos programas requieren que se entreguen al almacén pedidos más pequeños con más frecuencia y con más exactitud y que se incorporen más SKU en el sistema de recolección de pedidos. Corno resultado, los requerimientos de producción,

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almacenamiento y exactitud han aumentado de manera notable. Asimismo, un renovado énfasis en los mejoramientos en la calidad y del servicio al cliente han obligado a los gerentes de almacén a volver a examinar la recolección de pedidos desde el punto de vista de minimizar el daño en los productos, reducir los tiempos de transacciones y optimizar todavía más la exactitud de la recolección. Por último, las respuestas convencionales a estos requerimientos más elevados, de contratar más personal o invertir en equipo más automatizado, se han frustrado por la escasez de mano de obra y los obstáculos que representan los ambientes de negocios inciertos. Por suerte, existen diversos modos de mejorar la productividad en la recolección de pedidos sin incrementar el personal o efectuar inversiones significativas en equipo muy automatizado.

Principios de la recolección de pedidos Sin tomar en cuenta el tamaño, la misión, el volumen, el inventario, las necesidades del cliente, o el tipo de sistema de control de una operación de almacén, existen determinados principios que se aplican igualmente bien a la función de recolección de pedidos.

1. Aplique la ley de Pareto. Se han muchas aplicaciones modernas y útiles de la ley de Pareto, la cual se definio antes. En una operación de almacén, una pequeña cantidad de las SKU constituye una porción importante del inventarío. Esto se puede medir en valor o en espacio cúbico. Asimismo, una pequeña cantidad de las SKÜ representa una porción considerable del rendimiento en un almacén. Esto se mide en el volumen cúbico embarcado o en las veces que se venden los productos. Si agrupamos los artículos populares, podemos reducir el tiempo de viaje en el almacén durante la recolección. Ésta es una ley muy poderosa y que se utiliza con mucha frecuencia hoy en día en las organizaciones. 2. Utilice un documento de recolección sencillo y fácil de leer. Un documento de recolección debe ofrecer instrucciones específicas al recolector y simplificar un trabajo de por sí complicado. Un riesgo común es emplear el papeleo de embarque para la recolección. El problema es que incluye información extraña y está diseñado para ayudar a la función de recepción del cliente, no al recolector. La información debe presentarse en el orden requerido: ubicación, número dentro de las existencias, descripción, unidad del material y cantidad solicitada. Además, puede señalarse cualquier rotulación o empaque especial.

3. Use un documento de recolección que siga una ruta determinada con anticipación. Un documento de recolección controla el orden del proceso.

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Provoca que el operador se traslade por el almacén de una manera aleatoria si no se ha calculado con anticipación la ruta del pedido (si no se ha clasificado de acuerdo con la ubicación de las existencias para minimizar el tiempo del viaje). Asimismo, si no se consideran los otros pedidos que han afectado el inventario disponible, el recolector viajará a lugares con existencias insuficientes. 4. Mantenga un sistema eficaz de ubicación de existencias. No es posible tener un sistema reciente de recolección de pedidos sin un sistema eficaz de ubicación de existencias. Para recolectar un artículo, primero tiene que encontrarlo. Si no conoce el lugar específico, gastará tiempo en buscar el producto. Esto no representa valor agregado ni es productivo. Sin una dirección, es imposible aprovechar la ley de Pareto. 5. En lo posible, elimine y combine las tareas de recolección de pedidos. Entre los elementos de trabajo humano de la recolección de pedidos están: Viajar a, de y entre los lugares de recolección. Extraer los artículos de los lugares de almacenamiento. Estirarse y agacharse para alcanzar los lugares de recolección. Documentar las transacciones de la recolección. Clasificar los artículos de los pedidos. Empacar los artículos. Buscar los lugares de recolección. La figura 6.20 ofrece una distribución normal del tiempo del recolector de pedidos entre estas actividades. Cuando no se pueden eliminar los elementos del trabajo, se pueden combinar para mejorar la productividad en la recolección de pedidos. a. Viajar y extraer artículos. Los sistemas de existencias a pedidos (STO) como los carruseles y el sistema de almacenamiento/recuperación automatizado de minicarga están diseñados para que los recolectores extraigan los pedidos mientras un dispositivo mecánico viaja de, a y entre los lugares de almacenamiento, para facilitar el trabajo del recolector. b. Viajar y documentar. Debido a que una máquina para almacenamiento/recuperación con personas a bordo está programada para transportar de forma automática al recolector entre los lugares de recolección sucesivos, el recolector está en libertad de documentar las transacciones, clasificar o empacar el material, mientras la máquina S/R está en movimiento.

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5%

ACTIVIDAD

Otros

Preparación

10%

15%

Recolección

20%

Búsqueda

50%

Viaje 0%

20%

40%

60%

%del tiempo del recolector de pedidos

Figura 6.20 Distribución normal del tiempo de un recolector de pedidos.

c. Recolección y clasificación. Si un recolector termina más de un pedido durante un viaje, pueden incorporarse carretillas de recolección equipadas con divisores o bandejas de clasificación para que el recolector clasifique los materiales de varios pedidos a la vez. d. Recolección, clasificación y empaque. Cuando el espacio cúbico ocupado por un pedido terminado es pequeño, por ejemplo, si es menor que una caja de zapatos, el recolector puede clasificarlo en forma directa en un empaque o recipiente para embarque. 6. Para reducir el tiempo de viaje total, forme lotes de pedidos. Al aumentar el número de pedidos (y. por lo tanto, de artículos) reunidos por un recolector durante un viaje, el tiempo de viaje por recolección disminuye. Por ejemplo, si un recolector recoge un pedido con dos artículos mientras viaja 100 ft la distancia recorrida por recolección es de 50 ft. Si el recolector prepara dos pedidos con dos artículos en cada uno, la distancia recorrida por recolección se reduce a 25 pies. 7. Establezca áreas de recolección delantera y de reserva separadas. Dado que una minoría de los artículos en un almacén genera una mayoría de las solicitudes de recolección, debe fijarse un área de recolección condensada que contenga algunos de los artículos más populares del inventario. Entre más pequeña es la asignación del inventario al 'área delantera (en términos de cantidad de: SKU y su asignación de inventario), más pequeña es el área de recolección delantera, más breves son los tiempos de viaje, y mayor es la productividad de la recolección. No obstante, entre más 232


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pequeña es la asignación, son más frecuentes los viajes de reabastecimiento interno entre las áreas delantera y de reserva y mayores los requerimientos de personal para los reabastecimientos internos.

Asigne los artículos más populares a los lugares de más fácil acceso en el almacén. Una vez asignados los artículos a los modos de almacenamiento y una vez asignados los espacios para : sus lugares de almacenamiento delantero y de reserva, puede, comenzar la asignación formal de los artículos a los lugares del almacén. En un almacén común, una minoría de los artículos genera una mayoría de la actividad de recolección. Este fenómeno se puede utilizar-para reducir el tiempo de viaje en la recolección de pedidos y evitar que los recolectores se estiren y se agachen. Por ejemplo, al asignar los artículos más populares cerca de la parte frontal del almacén, se puede reducir de manera significativa el tiempo de viaje promedio de un recolector o de una máquina S/R. 8.

100% 93%

% de recolecciones

80%

80%

60%

40%

20%

30%

20%

0% 5%

15%

25%

35%

45%

55%

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85%

95%

% de artículos Figura 6.21 Análisis ABC: artículos y recolecciones.

Con el fin de asignar espacio para las existencias, dos perfiles útiles son una distribución que exponga los artículos calificados por popularidad y la porción de actividad de recolección total que representan (figura 6.21) y una distribución que ilustre los artículos clasificados por popularidad y la porción de pedidos que éstos pueden completar (figura 6.22). El primer perfil puede revelar un agrupamiento pequeño de artículos que completan una cantidad grande de pedidos. Estos artículos se vuelven candidatos para una asignación a una zona de recolección pequeña dedicada a la recolección de pedidos de alta densidad y alto rendimiento.

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9. Equilibre la actividad de recolección entre los lugares para reducir la congestión. Al asignar los artículos populares a áreas concentradas en los sistemas de operador a existencias, el embotellamiento puede reducir las posibles ganancias en la productividad. Debe procurarse distribuir la actividad de recolección en áreas lo bastante amplias como para evitar la congestión; sin embargo, no tan grandes que aumenten de manera significativa los tiempos de viaje. Esto se suele lograr en configuraciones en forma de herradura con los sistemas de caminar y recolectar. Un viaje de recolección normal implicará que el recolector recorra toda la herradura, pero los artículos más populares se asignarán a lugares sobre la herradura o cercanos a ella. 10.Asigne los artículos que es probable que se soliciten juntos a lugares iguales o cercanos. Así como una minoría de artículos en un almacén genera una mayoría de las frecuencias de recolección, hay artículos en el almacén que es probable que se soliciten juntos. Entre los ejemplos estar los artículos de los equipos de reparación, los artículos del mismo proveedor, los artículos en un mismo subensamble y los artículos con el mismo tamaño.

% de pedidos terminados

100%

80% 63% 60%

40%

27% 10%

20%

0% 5%

15%

25%

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85%

95%

% de artículos

Figura 6.22 Análisis ABC: artículos y pedidos terminados.

11.El recolector de pedidos debe ser. responsable de la exactitud. Suponga que la operación de un almacén ha experimentado muchas quejas de los clientes acerca de la exactitud en los pedidos. Por supuesto, las quejas son acerca de cuentas por debajo de lo mencionado y artículos faltantes. La administración comprende que existe la misma probabilidad de que se 234


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envíen artículos en exceso y cuentas por arriba de lo mencionado que no se notifican. Deben adoptarse acciones correctivas. El gerente decide agregar mano de obra al proceso que funcione como "supervisores". El trabajo del supervisor es asegurar que los pedidos se embarquen como se solicitaron. ¿Aporta esto valor agregado? ¿Resuelve el problema? ¿Quién es responsable de la exactitud del pedido: el recolector o el supervisor? En la fabricación, comprendimos que no es posible revisar la cantidad dentro del producto. ¿Por qué intentar revisar la calidad dentro de un pedido? Los supervisores sólo deben usarse como una medida momentánea a corto plazo. La calidad a largo plazo demanda que el recolector se responsabilice de recoger los artículos en el momento correcto y en las cantidades. idóneas y de entregar el pedido en el lugar preciso del almacén. 12.Evite contar. Donde resulte adecuado, mida en lugar de contar. Aceptémoslo: contar puede ser aburrido, sobre todo en cantidades grandes. Para eliminar los errores de cuenta, debemos simplificar el problema. El empaque puede diseñarse para contener una cantidad razonable del producto en relación con la cantidad solicitada. Si el empaque contiene 1 000 unidades y el pedido normal son 100 unidades, el empaque es demasiado grande. Los paquetes de 25 reducirían drásticamente la necesidad de contar. Asimismo, si el producto se empaca en unidades individuales y la cantidad de pedido normal son 100 unidades, los paquetes son demasiado pequeños. Otro método para resolver el problema de contar es medir. Las balanzas electrónicas son precisas y optimizan la productividad, en especial en artículos muy pequeños. 13.Incluya una confirmación de la recolección. Es fundamental para la exactitud de un pedido que el recolector verifique que la cantidad recogida sea la cantidad solicitada o que informe la cantidad recolectada real si es diferente de la solicitada. Esto elimina la confusión al embarcar y en la operación de recepción del cliente. Además, es parte de las acciones que deben efectuarse para asegurar la responsabilidad del recolector. 14.Diseñe vehículos de recolección que minimicen el tiempo y los errores de clasificación y que aumenten la comodidad del recolector. El vehículo de recolección de pedidos es la estación de trabajo del recolector. De la misma forma que el diseño de la estación de trabajo es fundamental para la productividad y la comodidad de los trabajadores de montaje y administrativos, el diseño del vehículo de-recolección es vital para la productividad y el estado de ánimo de los recolectores de pedidos. El vehículo debe adaptarse a las exigencias del trabajo. Si se requiere clasificar, deben instalarse en el vehículo divisores o bandejas para piezas. Si la recolección ocurre por encima de una altura cómoda, debe instalarse una escalera en el vehículo. Si el recolector lleva documentos en los viajes, el vehículo debe ayudar al recolector a organizar el papeleo. Por desdicha, el diseño del vehículo de recolección suele ser un problema secundario; a

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pesar de ello, en esta estación de trabajo es donde en realidad se efectúa la recolección.

15.Elimine el papeleo de la actividad de recolección de pedidos. El papeleo es una de las principales fuentes de imprecisiones y pérdidas en la productividad en la función de recolección de pedidos. Los sistemas de recolección a luz, de comunicación de datos por radiofrecuencia y de entrada/salida de voz se han utilizado con éxito para permitir el papeleo de la función de recolección de pedidos.

6.8 PROBLEMAS

1. Usted es un ingeniero industrial que trabaja para la organización XXXX. y calcula que resultaría benéfico un análisis del área de plataformas. Antes de realizar tal proyecto, debe convencer a su jefe, el señor Tiempo Valioso de que vale la pena estudiar las áreas de recepción y embarque. Prepare un informe escrito que justifique el estudio de las plataformas que propone y resuma los tipos de ahorros que calcula que pueden producirse. 2. Si los vehículos llegan con una distribución de Poisson con una frecuencia de 18 vehículos por día de 8 horas, y el tiempo de descarga de un transporte tiene una distribución exponencial con un promedio de 42 minutos, ¿cuántas plataformas deben planificarse si la meta es un tiempo promedio total de vuelta del vehículo de menos de 48 minutos? 3. Una nueva planta de producción de libros de texto se va a ubicar a lo largo de una calle que corre hacia el norte y hacia el sur. La planta va a tener 800 ft de longitud y 500 ft de anchura. La propiedad tiene 900 ft de longitud y 700 ft de anchura. Se ubicarán cuatro plataformas de recepción en la esquina posterior de la planta y cuatro plataformas de embarque en la otra esquina posterior. Todos los transportes que dan servicio a la planta mide 55 ft. Debe planificarse suficiente zona intermedia para 3 vehículos tanto para recepción como para embarque Dibuje el plano de disposición del lugar. 4. Un hospital va a tener dos plataformas para recibir alimentos, formularios y suministros. Atenderán el hospital vehículos de 40 ft. Se utilizará un montacargas para pasillos estrechos con el fin de descargar los vehículos. Todos los alimentos, formularios y suministros se almacenan inmediatamente después de la recepción. ¿Cuál será el impacto en los requerimientos de espacio si se emplean plataformas a 90° en lugar de plataformas de dedo a 45 grados? 5. Un experto en almacenamiento le recomendó a su organizacion que elimine las plataformas portátiles y que instale plataformas ajustables permanentes para 236


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obtener ahorros recomendación?

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espacio

significativos.

¿Qué

opina

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de

esta

6. Aplique una encuesta de las áreas de recepción en su universidad y determine cómo manejar el problema de las diferencias entre las alturas de la plataforma y el transporte. Establezca también si existe la posibilidad de usar selladores de plataformas. 7. Los límites legales sobre los transportes siguen en aumento. La longitud, la anchura y la altura han aumentado en los 12 años anteriores. ¿Qué impacto tiene esto en la planificación de las áreas de recepción y embarque? 8. ¿Qué fracción del costo operativo total de un almacén se suele asociar con la recolección de pedidos? 9.

Mencione cuatro procedimientos de manejo de lotes de pedidos.

10.

Enliste cinco tareas que acostumbre realizar un recolector de pedidos.

11. Refiera tres principios de la planificación inteligente en la asignación de existencias.

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CAPITULO 7 SISTEMAS DE FABRICACIÓN 7.1 INTRODUCCIÓN El diseño de plantas para sistemas de fabricación es muy importante porque situación económica de la organización depende del rendimiento de fabricación. Como toda la fabricación es una función con valor agregado, eficiencia de las actividades de fabricación contribuirá de manera destacada en rentabilidad económica de la empresa a corto a mediano y a largo plazo.

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El mayor énfasis en mejorar la calidad, reducir los inventarios y aumentar la productividad motivó el diseño de plantas de fabricación integrada flexible y con buena capacidad de respuesta. La eficacia de la disposición de una planta y del manejo de materiales en ella estará influida por varios factores, entre ellos los cambios en: La mezcla y el diseño de productos. La tecnología del procesamiento y los materiales. La tecnología de manejo, almacenamiento y control. Los volúmenes de producción, los programas de producción y el direccionamiento. Las filosofías administrativas. El ambiente actual demanda que las empresas respondan con rapidez a los múltiples requerimientos de los clientes, que es una de las variables ha tener en este mundo globalizado. Han surgido estrategias de fabricación, como la producción justo a tiempo (JIT), la manufactura esbelta y otras, que se consideran métodos viables y efectivos para alcanzar la eficiencia. Su éxito se debe a un auténtico compromiso por parte de las organizaciones para resolver sus problemas cotidianos. No obstante, primero debemos obtener cierta perspectiva histórica. No hace mucho tiempo, muchos fabricantes en Estados Unidos consideraban la automatización como una panacea. En esa época, la meta era construir y operar una fábrica totalmente automática. El concepto de una fábrica automática cautivó la imaginación de los gerentes e ingenieros en todo el mundo. La fábrica automática se diferencia de la fábrica automatizada del modo siguiente: en esencia, la fábrica automática funciona sin documentos. En la fábrica automatizada, dominan la automatización y la mecanización; en tanto que el ser humano realiza una cantidad muy limitada de tareas directas y una gran cantidad de tareas indirectas. En la fábrica automatizada, el personal de la fábrica resuelve las situaciones inusuales, en la 238


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fábrica automática, todos los esfuerzos se orientan a asegurar que no surjan situaciones inusuales. No todos los esfuerzos de planificación de plantas relacionados con nuevas plantas de producción se traducirán en diseños de fábricas automáticas. Al contrario, es probable que pocos justifiquen tales niveles de automatización, cuando menos a cortó plazo. A pesar de ello, al desarrollar planes estratégicos de plantas, es importante planificar para mejorar las plantas con el fin de alojar la tecnología más reciente, cambiar las actitudes en relación con la automatización y aumentar la comprensión en torno a la automatización de una fábrica. Las empresas que fabrican productos de alta tecnología pueden optar por subcontratar la fabricación de sus componentes y las actividades que requieren mucha mano de obra. Se pueden concentrar sólo en actividades de diseño de alta tecnología y en procesos que representan contribuciones significativas con valor agregado, Muchos factores externos afectan el proceso de planificación de una planta. Entre los que parecen tener un mayor impacto están El volumen de producción. La variedad de la producción. El valor de cada producto. Cada uno de estos factores puede conducir a diferentes tipos de plantas de fabricación (por ejemplo, talleres especializado», líneas de producción, .fabricación celular, etc.). En las plantas complejas, es factible que existan todos los tipos de sistemas de fabricación. El desarrollo de plantas suele implicar un método gradual para hacer la transición de una fábrica convencional o mecanizada a una fábrica automatizada. Aunque tal vez este tipo de estrategia sea la única alternativa viable debido a un capital de inversión limitado, la meta final debe ser conjuntar los esfuerzos de automatización y avanzar hacia un sistema de fábrica integrada. La integración no necesariamente significa automatización. En algunas situaciones, tal vez la única posibilidad sea la "integración de la información" aun cuando el sistema físico no esté necesariamente integrado. Con frecuencia, esta situación se observa en las plantas más antiguas. Desde un punto de vista de sistemas, un enfoque gradual no es forzosamente malo, siempre y cuando se acepte que los pasos que se toman son etapas provisionales de una implementación por fases de un proyecto de automatización. No obstante, para lograr un sistema de fábrica integrada, los subsistemas deben vincularse. Un enfoque obvio consiste en construir puentes físicos que enlacen los subsistemas automatizados. Asimismo, se pueden incorporar puentes de información al implementar un sistema de control para toda la fábrica. La fábrica moderna debe tener un cerebro y un sistema circulatorio; el software del sistema de control de toda la planta debe enlazar todos los subsistemas de equipo

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automatizado con un sistema de manejo de materiales automatizado integrado. Entre los requerimientos de software están: Integrar los flujos de información de manejo de materiales con la información de control del piso de taller. Asignar y programar los recursos de manejo de materiales. Ofrecer control en tiempo real de las acciones de movimiento, almacenamiento y recuperación. Es indispensable saber cuándo y dónde se necesitan los recursos para obtener un control adecuado. Debe capturarse y mantenerse en tiempo real información detallada acerca de cada producto y componente importante que aparece en la lista de materiales, al igual que de las herramientas, los posicionadores y otros recursos de la producción. La implementación de un sistema automatizado de captura y comunicación de datos es un elemento fundamental para alcanzar un sistema de fabricación de alto desempeño. Entre los tipos de información indispensable necesarios para integrar el manejo de materiales en toda la planta se encuentran: Identificación y cuantificación de los artículos que fluyen por el sistema. La ubicación de cada artículo. El tiempo actual en relación con un programa maestro de producción. Esa información es necesaria para sincronizar la multitud de transacciones que ocurren en un sistema de fabricación.

Las décadas anteriores se han caracterizado como una época que se ha esforzado seriamente en desarrollar la fábrica automática. En retrospectiva, parece una meta noble, pero demasiado ambiciosa. Muchas de las fábricas actuales no se esfuerzan por ser completamente automatizadas. La idea actual se encamina más hacia encontrar la combinación ideal de las características de funcionamiento de máquinas y personas. La meta principal es aumentar la satisfacción del cliente a un precio razonable y que se pueda permanecer en el mercado.Alcanzar la meta económica requiere que la compañía reduzca el trabajo en proceso, aumente el rendimiento de las máquinas individuales, disminuya los costos de capital al mismo nivel de la capacidad de producción y logre una mayor productividad del personal de la fábrica.

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7.2 SISTEMAS FIJOS DE AUTOMATIZACIÓN Línea de transferencia En una línea de transferencia, los materiales fluyen de una estación de trabajo a la siguiente de manera secuencial. Debido a la dependencia serial de la línea de transferencia, la tasa de producción para la línea es controlada por la operación más lenta. Una línea de transferencia es un ejemplo de automatización rígida. Las líneas de transferencia se suelen utilizar para producción de alto volumen y son muy automatizadas. En las líneas muy automatizadas se igualan las tasas de procesamiento de las máquinas individuales, de modo que suele no ser necesario un almacenamiento en áreas intermedias entre las máquinas. O bien, si hay almacenamiento en áreas intermedias, sería ante las posibles descomposturas de las máquinas. La línea de transferencia ofrece tasas de producción no igualadas por otros tipos de sistemas de fabricación. Pero sus desventajas son: Costo de equipo muy elevado. Poco flexible en la cantidad de productos fabricados. Disposición no flexible. Desviaciones o varianzas muy grandes en las tasas de producción en caso de fallas del equipo en la línea. Muchas características de una línea de transferencia se observan en la línea de ensamblado manual, de ritmo uniforme. Se pueden colocar bancos de inventario o áreas de almacenamiento intermedias entre las estaciones de trabajo para compensar las variaciones en las tasas de producción de las estaciones individuales. Ocurren variaciones en las tasas de producción debidas, entre otras causas, a fallas en las máquinas, la variación inherente en el rendimiento del operario y la incertidumbre en la llegada de componentes necesarios en las estaciones de trabajo. El diseño de las líneas de transferencia incluye tanto a la especificación de las etapas de procesamiento individuales como a la vinculación de las etapas. El rendimiento del sistema depende de la disposición de la planta, la programación de la producción, la confiabilidad de las etapas individuales en términos de variabilidad del procesamiento y fallas en las máquinas y la carga de la línea. La planificación para la línea de transferencia es relativamente sencilla. El equipo de procesamiento se ordena de acuerdo con la secuencia de procesamiento. Los tamaños de las áreas intermedias de almacenamiento entre las estaciones deben establecerse y satisfacerse por medio de varios tipos de dispositivos de manejo de materiales, como sistemas de almacenamiento vertical o bandas transportadoras

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en espiral. O se puede aumentar el espacio entre las máquinas para alojar las existencias de las áreas intermedias de almacenamiento. Como resultado de las secuencias de flujo previsibles, por lo general se emplean el flujo en línea recta y sus derivados. La figura 7.1 muestra algunas variaciones de una estructura de flujo en línea recta.

Entrada

Entrada

Salida (a) Flujo de línea Salida (b) Flujo en U

.

.

.

.

Entrada Salida

.

(c) Flujo circular Figura 7.1 Variantes del patrón de flujo en línea recta.

Máquina de índice circular Uta implementación particular del flujo circular es la máquina de índice (o indexado) circular (Groover), en donde las estaciones de trabajo y las estaciones de entrada/salida se ordenan en un patrón circular. La mesa de trabajo donde se montan las piezas se indexa de manera dextrógira o levógira en cantidades predeterminadas con base en la tasa de procesamiento requerida. Esta configuración coincide con el patrón circular de la figura 7.1 c Aunque no se consideran líneas de transferencia, varios sistemas de producción de este tipo tienen características similares a los de las líneas de transferencia. Algunos ejemplos son:

242 242 242


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Los sistemas de ensamble automatizado para las piezas automotrices. Los sistemas de producción de procesos químicos. Los procesos de embotellado y enlatado de bebidas. Los procesos de tratamiento térmico y de tratamiento superficial. Los procesos de fabricación de aceró. La característica común entre los ejemplos anteriores es que la automatización está fija y el procesamiento se realiza de manera sincronizada. Las piezas van de una máquina a otra sin intervención manual. Los materiales se transfieren de una máquina a la siguiente en forma secuencial mediante un sistema automatizado de manejo de materiales. Como ocurre con las líneas de transferencia, el desarrollo de la disposición y el sistema de manejo de materiales conlleva colocar las estaciones de trabajo en la secuencia de procesamiento, especificar los espacios entre las estaciones de trabajo, al igual que determinar el tipo de método de manejo que se utilizará. Tiempo en la máquina

5%

En movimiento y en espera 95%

Tiempo en la máquina

En proceso Menos de 30%

Posicionamiento, carga, Calibración, inactivo, etc. 70%

Figura 7.2 Representación gráfica del trabajo en proceso después de liberarse para el piso del taller (de Merchant).

243 243 243


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7.3 SISTEMAS DE FABRICACIÓN FLEXIBLES En un estudio de la producción en lotes de corte de metales, una pieza de trabajo promedio pasa sólo 5% del tiempo en las máquinas herramientas (véase la figura 7.2). Además, del tiempo en que el material está cargado en la máquina, el procesamiento corresponde a menos de 30% del total. Se arguye que controlar "95% del tiempo que las piezas no se maquinan" implica relacionar las máquinas con un sistema automatizado de manejo de materiales y computarizar todo el sistema y la operación. Por lo tanto, ha surgido el término sistema de fabricación flexible (FMS) para describir el sistema, La palabra "flexible" se asocia con ese sistema porque es capaz de fabricar una gran cantidad de tipos de partes diferentes. Los componentes de un sistema de fabricación flexible son el equipo de procesamiento, el .equipo de manejo de materiales y el equipo de control por computadora. El equipo de control por computadora se emplea para dar seguimiento a las partes y administrar el sistema general de fabricación flexible. Los sistemas de fabricación flexibles se utilizan para enfrentar el cambio. De manera específica aceptan los cambios siguientes: Tecnología de procesamiento. Secuencia de procesamiento. Volúmenes de producción. Tamaños de productos. Mezclas de productos, Los sistemas de fabricación flexibles están diseñados para condiciones de lotes pequeños (bajo volumen) y gran variedad. Mientras que los sistemas de fabricación automatizada estricta se suele justificar con base en la economía de escala, la automatización flexible se justifica con base en la diversidad, El concepto del sistema de fabricación flexible tiene un ámbito muy amplio. La flexibilidad se consigue por medio de: Componentes de manejo y almacenamiento estandarizados. Unidades de producción independientes (fabricación, ensamble, revisión, etc.). Sistema flexible de entrega de materiales. Almacenamiento centralizado del trabajo en proceso. , Alto grado de control. A causa de la variedad de alternativas para almacenar, manejar y controlar los materiales, hay muchas variantes para la especificación del sistema de manejo de 244 244 244


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materiales y el diseño de la disposición. Las figuras 7.3a y b muestran dos configuraciones alternas para el mismo sistema de fabricación flexible. La figura 7.3a presenta el almacenamiento centralizado externo del trabajo en proceso, mientras que la figura 7.3b muestra el almacenamiento centralizado interno del trabajo en proceso. Se requiere el trabajo en proceso porque una parte debe pasar por varias máquinas antes de salir del sistema después de efectuar la última operación de maquinado. La figura 7.3c exhibe otra configuración de FMS basada en los principios de la fabricación celular. En esta configuración, se reducen mucho las distancias de manejo ya que las máquinas se colocan dentro del entorno de trabajo del dispositivo de transferencia, en este caso un manejador robot. Es posible aumentar o reducir la escala de esta configuración puesto que sólo se usa una celda en caso de que la demanda de los productos maquinados en el sistema disminuya. A partir de estas ilustraciones, concluimos que existen numerosas configuraciones alternas para el problema de diseño de una celda en un FMS. La decisión de cuál configuración es mejor implica una comparación minuciosa con herramientas analíticas como el análisis de simulación (a través de software como arena, flexin, ente otros). MC1

MC2

MC3

Sistema de almacenamiento centralizado

Transportador AGV

MC6

MC5

MC4

(a) FMS con disposición centralizada

245 245 245


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MC1

MC2

MC3

Entrada salida

Almacenamiento de tarimas Transportador de tarimas

MC6

MC5

(b) FMS con disposición centralizada interna MC2

MC1

MC4

MC3

MC4

MC6

MC4

MC4

Línea de banda transportadora (c) FMS basado en sistema de manejo con robot CM Centro de maquinado Figura 7.3 Disposiciones alternas para un sistema de fabricación flexible.

246 246 246


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7.4 SISTEMAS DE VARIAS MÁQUINAS CON UNA SOLA ETAPA Otra alternativa en la automatización de los sistemas de maquinado se denomina sistema de varias máquinas de una sola etapa (SSMS).Un SMS se describe en términos de los recursos implícitos. 1. La configuración de la fabricación y las maquinas. Los centros de maquinado en un SSMS son máquinas muy versátiles. Son todas ellas idénticas y versátiles por lo que todas las operaciones en una pieza se pueden efectuar en cualquier máquina. Así, para una pieza se tiene una sola preparación. Hay una provisión de herramientas en cada máquina, la cual tiene una capacidad limitada. Un sistema de manejo de herramientas proporciona las herramientas que no residen en la máquina. Cada- máquina tiene un apartadero de entrada y salida con capacidad limitada. Una vez que se carga una pieza en una máquina, no se retira hasta que se efectúan todas las operaciones que se requieren. Por lo tanto, la pieza sólo pasa por dos movimientos, hacia y desde la máquina Con este tipo de sistema de fabricación, el sistema de entrega de herramientas constituye el recurso crítico. 2. Las partes. Las partes llegan de acuerdo con el programa de requerimientos de producción. las partes sólo visitan una máquina porque todas las operaciones se pueden hacer en una sola máquina. Un sistema transportador de partes maneja la entrega de las partes de la estación de entrada a la máquina y de la máquina a la estación de salida. Una parte no puede ser procesada a menos que esté disponible la herramienta requerida. 3. Las herramientas. Las herramientas requeridas las especifica el plan de procesamiento. Algunas herramientas residen en la máquina, mientras que otras se guardan en un sistema centralizado de almacenamiento de herramientas. Estas herramientas suelen ser costosas y sería muy oneroso tener un conjunto completo de ellas en una máquina. La opción económica es compartir las herramientas de manera dinámica. Aún así, es necesario decidir qué porcentaje de herramientas debe ser propietario o compartido. 4. Él transportador de las partes. La actividad de transporte de partes es mínima ya que una parte sólo visita una máquina una vez. Todavía ocurren viajes sin carga y debe existir un algoritmo de despacho eficiente para los vehículos. Los vehículos se despachan con base en la llegada de las partes y en la conclusión de los trabajos, cuando haya vehículos inactivos, o cuando un vehículo queda inactivo y hay una o más partes en espera de ser transportadas.

247 247 247


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5. Los transportadores de las herramientas. Un transportador de herramientas maneja el traslado de las herramientas de y hacia el almacenamiento centralizado y las máquinas que requieren herramientas. Cuando se comparten las herramientas de manera activa, estas herramientas se despachan de forma dinámica a las máquinas que las necesitan. Si se requiere, es posible reasignar las herramientas. La figura 7.4 ilustra un programa combinado de máquinas y herramientas. La determinación del programa combinado de máquinas y herramientas es un elemento fundamental en la operación de un SSMS. Se puede utilizar la misma disposición para un FMS y un SSMS; la diferencia estriba en la composición de las máquinas herramientas. En el SSMS, las máquinas herramientas son idénticas y versátiles. Las líneas de transferencia, los sistemas de fabricación flexible y los sistemas de varias máquina de una sola etapa sólo abordan un aspecto de la fabricación: las operaciones de maquinado. Además, todos son sistemas automatizados, que acostumbran operar sin intervención manual. Qué sucede con los sistemas de fabricación donde trabajan juntos personas y máquinas? ¿Es posible conseguir la eficiencia de las líneas de transferencia con la flexibilidad de un sistema de fabricación flexible?

5 10 15 20 25 30 | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | M1 Máquina

Herramienta

T2

M2

T1

T1

M2

T2

T3

T3 T1

T2 T3

T2

T1

T3

M2 M1 M2

M1

T3

M1 M2

M1

M1

M2

| | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | | 5

10

15

20

25

30

Tiempo

Figura 7.4 Un programa combinado de máquinas y herramientas.

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7.5 REDUCCIÓN DEL TRABAJO EN PROCESO El manejo dentro del proceso incluye el movimiento de material, la provisión de herramientas y suministros de y hacia las unidades de producción, al igual que el manejo que ocurre en una estación de trabajo o en un centro de maquinado. El término almacenamiento dentro del proceso abarca el almacenamiento de materiales, herramientas y suministros necesarios para apoyar la producción. Sin embargo, como se observa en la figura 7.5 el término suele aplicarse al almacenamiento de materiales que se encuentran en un estado de producción semiterminado. Se aplican varias reglas prácticas al diseñar sistemas de almacenamiento dentro del proceso. Entre ellas están las siguientes:

manejo

y

Manejar menos es mejor. Agarre, sostenga y no lo suelte. Elimine, combine y simplifique. El movimiento y el almacenamiento de materiales generan costos, Prepare la colocación del material Manejar menos es mejor sugiere que, de ser posible, el manejo debe eliminarse. Asimismo, recomienda que deba reducirse la cantidad de veces que los materiales se suben y bajan así como las distancias que se mueven. Agarre, sostenga y no lo suelte enfatiza la importancia de mantener el control físico del material. Muy a menudo las piezas se procesan y se vacían en bandejas o en canastas de alambre. Después, alguien tiene que tomar cada pieza de manera individual con el fin de ubicarla y colocarla para la siguiente operación."

El movimiento y el almacenamiento de materiales generan costos sirve para recordar que el inventario debe mantenerse en el nivel más pequeño posible. Reducir los inventarios es una de las metas de la producción JIT y la fabricación esbelta. El principio implícito es mover el material sólo cuando se requiera y almacenarlo sólo si se está obligado a ello. El movimiento de materiales genera tiempo y costos de personal y equipo y aumenta la probabilidad del daño en los productos. Por último; mover materiales implica un corredor de espacio para el movimiento y existen costos asociados con la construcción y el mantenimiento de espacios para pasillos. En esencia, entre más tiempo permanece el material en la planta más costoso es el producto, debido a que no se agrega un valor a éste cuando el material se mueve y/o se almacena.

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Materia prima

Trabajo en proceso

Artículos terminados

Figura 7.5 Inventarios en el sitio de fabricación. (De Apple y Straban)

Prepare la colocación del material posee dos aspectos por evaluar. Primero, la colocación de las mezas debe planearse para facilitar, entre otras actividades, la carga y descarga-automáticas, la inserción y la revisión. Segundo, cuando se entrega el material a una estación de trabajo y/o un centro de maquinado, debe colocarse en una ubicación especificada con anticipación con una orientación previamente diseñada. Con mucha frecuencia, el personal de mano de obra directa necesita dedicar tiempo sin valor agregado con el fin de colocar el material para cargar la máquina. El control del trabajo en proceso ha sido el punto de atención de muchas empresas de fabricación. Los sistemas de fabricación controlados por la demanda (sólo producir lo que el cliente necesita en el momento requerido) han alcanzado una popularidad alentada por el éxito de la producción justo a tiempo en la Toyota Motor Company en Japón.

7.6 FABRICACIÓN JUSTO A TIEMPO El sistema de producción justo a tiempo (JIT) fue creado hace más de tres décadas por Ohno Taiichi en la Toyota Motor Company en Japón. En un sentido amplio, la JIT se aplica a todas las formas de fabricación como el trabajo del taller, el procesamiento y la fabricación repetitiva. No importa qué tan difícil parezca, considere como un reto reducir las horashombre como un medio de mejorar la eficiencia. En Toyota, para avanzar con las actividades de reducción de horas-hombre, se divide al desperdicio en las siete categorías siguientes:

1. 2. 3. 4.

El desperdicio que surge de la sobreproducción. El desperdicio que surge del tiempo de disponibilidad (en espera). El desperdicio que surge del transporte. El desperdicio que surge del procesamiento mismo.

250 250 250


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5. El desperdicio que surge de las existencias innecesarias disponibles. 6. El desperdicio que surge del movimiento innecesario. 7. El desperdicio que surge de producir artículos defectuosos. El desperdicio provocado por la sobreproducción es resultado de una filosofía de producción basada en lograr economías de escala; es decir, conforme aumenta la producción, disminuye el costo de producción unitario. Un ejemplo es el uso del modelo clásico del lote económico. Para eliminar el desperdicio debido a la sobreproducción, Ohno declara que "deben reorganizarse las líneas de producción, deben establecerse reglas para evitar la sobreproducción y las restricciones contra la sobreproducción deben convertirse en una característica implícita de cualquier equipo dentro del lugar de trabajo". El desperdicio debido al tiempo de disponibilidad (en espera) surge cuando un trabajador sólo atiende una máquina. Este desperdicio se reduce al asignar más máquinas por trabajador. Una mejor disposición también contribuye a maximizar la cantidad de máquinas que un trabajador puede atender. Si las máquinas no son idénticas, debe capacitarse al trabajador para operar las diferentes máquinas involucradas. Esto genera trabajadores con habilidades multifuncionales. El desperdicio debido al transporte proviene de mover artículos a través de grandes distancias del almacenamiento del trabajo en proceso y de organizar y/o reorganizar las piezas en contenedores y/o tarimas. El principio de la simplificación resulta benéfico para reducir el desperdicio del transporte, el cual se puede eliminar si se acercan las máquinas entre sí. Al hacer esto, un trabajador puede manejar el traslado de las piezas de una máquina a la siguiente sin formar cangas unitarias. La tarea del transporte se lleva a cabo dentro del tiempo del ciclo de la máquina. Asimismo, se considera un desperdicio para las piezas pasar por varios pasos logísticos desde el almacén hasta la fábrica para poder llegar a manos del trabajador. El desperdicio del procesamiento ocurre cuando un operador está innecesariamente enlazado con una máquina debido a un diseño deficiente del lugar de trabajo. Por ejemplo, un dispositivo de sujeción neumática para sostener las piezas permite que un operario realice más trabajo productivo. Justo a tiempo significa tener la parte correcta en el lugar adecuado en la cantidad correcta en el momento preciso. El manejo de materiales se define como "proporcionar la cantidad correcta del material conveniente, en la condición adecuada, en el lugar exacto, en el momento justo, en la posición precisa, en la frecuencia específica, e incurriendo en los costos correctos, mediante el método correcto". Los medios específicos a través de los cuales se implementa la filosofía JIT. Se clasifican cinco elementos: visibilidad, sencillez, flexibilidad, estandarización y organización.

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1. La visibilidad se obtiene mediante la siguiente técnica: tableros electrónicos para comunicación rápida, sistemas de atracción con kanbans,' tarjetas indicadoras de problemas, recipientes con estándares de colores, sistemas de almacenamiento descentralizado, áreas dedicadas marcadas para inventario, herramientas, etcétera. 2. La sencillez se consigue con un sistema de atracción con kanbans, cambios sencillos en la preparación, procesos certificados, lotes pequeños, producción equilibrada, máquinas sencillas, manejo de materiales simples trabajadores multifuncionales, trabajo en equipo, etcétera. 3. La flexibilidad se logra con tiempos de preparación cortos, tiempos de producción cortos, lotes pequeños, carretillas para kanbans, equipo flexible para manejo de materiales, empleados con funciones múltiples, líneas de secuenciación de modelos mixtos, etcétera. 4. Se busca la estandarización de las herramientas, el equipo, las tarimas, los métodos, lo contenedores, las cajas, los materiales y los procesos. 5. Se requiere organización para la preparación de las piezas, la limpieza, las áreas de trabajo, el sistema de kanbans, las áreas de almacenamiento, las herramientas, las actividades de trabajo en equipo, etcétera. En la esencia de la filosofía JIT se halla la eliminación del desperdicio. No obstante, para comprender qué es un desperdicio, es importante reconocerlo primero. El desperdicio se define como cualquier recurso que añade un costo, pero que no agrega un valor al producto. Las siguientes son las fuentes de desperdicio más comunes en una planta de fabricación: El equipo Los inventarios El espacio El tiempo La mano de obra El manejo El transporte El papeleo

.

La subutilización del equipo puede deberse a muchas razones. Entre ellas están los métodos de programación deficientes, los programas de mantenimiento inadecuados, la ausencia de mecanismos de comunicación para informar de los problemas de mantenimiento, un inapropiado inventario de refacciones, un diseño de productos deficiente, tiempos de preparación largos y procedimientos de preparación inadecuados y lotes grandes.

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El espacio es otro recurso fundamental donde se puede identificar desperdicio en forma de exceso de inventarios, disposición inadecuada de la planta, diseño incorrecto del edificio, manejo de materiales innecesario, sistemas de almacenamiento deficientes y diseño de productos ineficiente. El tiempo se puede desperdiciar debido a una espera excesiva o retrasos causados por programación ineficiente, descomposturas de las máquinas, tiempos de reparación prolongados, productos de poca calidad, proveedores poco confiables, disposición inadecuada de la planta, sistemas ineficientes de manejo de materiales, sistemas deficientes de control de inventario, lotes grandes y tiempos de reparación prolongados. La mano de obra se desperdicia cuando se asigna un empleado a la producción de productos innecesarios, para mover y almacenar el inventario inútil, para reelaborar los productos defectuosos. para esperar durante las reparaciones de la máquina y para recibir capacitación innecesaria. Además, la mano de obra se desperdicia cuando el empleado comete errores debido a la falta de capacitación, de responsabilidad individual o de mecanismos a prueba de errores. Desde el punto de vista de los requerimientos JIT, deben mejorarse todos los subsistemas del sistema de fabricación. Impacto del JIT en el diseño de plantas Existen muchos conceptos y técnicas asociados con el sistema de producción JIT que afectan el diseño del edificio, la disposición de la planta y el sistema de manejo de materiales, tales como: La reducción de los inventarios. Las entregas a los puntos de uso. La calidad en el origen. Una mejor comunicación, equilibrio multifuncionales.

de

las

líneas

y

trabajadores

Reducción de los inventarios Uno de los objetivos principales del sistema de producción JIT es la reducción de los inventarios. Los inventarios se reducen, entre otras acciones, si se producen, adquieren y entregan productos en lotes pequeños; si el programa de producción se equilibra de manera adecuada; si se mejoran los procedimientos de control de calidad, si el equipo para producción, manejo de materiales y transporte recibe el mantenimiento correcto; y si los productos se atraen cuando se requiere y esto se hace en las cantidades necesarias. Por lo tanto, si se reducen los inventarios: 1. Se reducen los requerimientos de espacio, lo cual justifica acercar las máquinas entre sí y la construcción de edificios más pequeños. La

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reducción de las distancias requerimientos, de manejo.

entre

las

máquinas

disminuye

los

2. Se mueven y almacenan cargas más pequeñas, lo que justifica la utilización de equipo alterno» de manejo de materiales y almacenamiento para cargas más pequeñas. 3. Se reducen los requerimientos de almacenamiento, lo cual justifica el empleo de sistemas de almacenamiento más pequeños y más sencillos, y la reducción del equipo de manejo de materiales para apoyar las plantas de almacenamiento. En consecuencia, el edificio puede ser más pequeño, puede usarse una mejor disposición de la planta, tal vez haya menos requerimientos de manejo y almacenamiento así como las alternativas de equipo de manejo y almacenamiento de materiales pueden mover y almacenar cargas más pequeñas. Entregas a los puntos de uso Si se adquieren y producen artículos en lotes más pequeños, deben entregarse en los puntos de uso para que no se agoten las existencias en los procesos que los consumen. Los productos se entregan en los puntos de uso si el edificio tiene varias bahías de recepción y si se maneja una política de almacenamiento descentralizado. Si se entregan los productos en los puntos de uso, pueden ocurrir los escenarios siguientes: 1. Si las partes proceden de muchos proveedores, se requieren varias bahías de recepción alrededor de la planta. Las bahías de recepción necesitan espacio adicional para estacionar los vehículos, además de, entre otras cosas, equipo para descargar y puertas, etcétera. Asimismo, dependiendo de la cantidad de cargas que llegan a cada bahía, en algunos casos se requerirá equipo de almacenamiento en cada área de almacenamiento descentralizado. 2. Se requiere una política de almacenamiento descentralizado para apoyar las bahías de recepción múltiples y se puede utilizar un control de inventarios computarizado o manual. Si el control del inventario es manual (con tarjetas o kanbans), se usa un sistema de control de kanbans centralizado para recopilar las kanbans y solicitar más entregas de los proveedores, o se emplea un sistema de control de kanbans descentralizado con contenedores retornables y/o se devuelven al proveedor las kanbans de retiro después de cada entrega. 3. Si se han realizado reorganizaciones de la disposición de la planta para apoyar los conceptos JIT, pueden efectuarse entregas internas a los puntos de uso por medio de alternativas de equipo de manejo de materiales para cargas más pequeñas y distancias más cortas. Si se aplica el concepto de 254


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entrega JIT sin reorganizar la disposición, pueden justificarse alternativas de equipo de manejo de materiales más rápidas, dependiendo de la "tasa de atracción" de los procesos de consumo. 4. Si un vehículo atiende varias bahías de recepción, puede cargarse con base en la secuencia de descarga. Asimismo, se pueden emplear vehículos de carga lateral. Si el tránsito alrededor de la planta es problemático, se puede utilizar una terminal de recepción para organizar la secuencia de entregas.

Calidad en el origen Cada proceso de suministro debe considerar al siguiente proceso de consumo como su cliente final y cada proceso de consumo siempre debe confiar en recibir sólo partes en buen estado de su proveedor. Por lo tanto, los procesos de transporte, manejo de materiales y almacenamiento deben entregar las partes al proceso siguiente con el mismo nivel de calidad que recibieron del proceso anterior. Para lograr el concepto de calidad en el origen, se requiere lo siguiente: 1. Procedimientos adecuados de empaque, apilamiento y envoltura para las partes y las cajas en las tarimas o los contenedores. 2. Transporte, manejo y almacenamiento eficientes de las partes. 3. Un sistema de producción que permita al trabajador llevar a cabo su tarea sin presión de tiempo y respaldado por el trabajo en equipo. De esta manera, si se implementa la calidad en el origen, es necesario mejorar los procedimientos de empaque, apilamiento y envoltura; deben efectuarse con cuidado el transporte, el almacenamiento y el manejó; y pueden manejarse sistemas de ensamblado no sincronizado, en ocasiones con configuraciones en U. Los sistemas de ensamble se apoyan en el enfoque de trabajo en equipos y se emplean procedimientos de comunicación rápida apoyados por tableros electrónicos para lograr el balanceo de las líneas.

Mejor comunicación, multifuncionales

balanceo

de

las

líneas

y

trabajadores

con

En muchos sistemas de fabricación JIT, se disponen líneas de producción en forma de U para promover una mejor comunicación entre los trabajadores, para aprovechar las múltiples habilidades de los trabajadores que les permiten efectuar diferentes operaciones, y para balancear con facilidad la línea de producción con apoyos visuales y el enfoque de equipos. Casi todas estas aplicaciones han tenido mucho éxito y han incorporado "tableros de problemas" para anotar los problemas que ocurren durante un turno, para analizarlos al final del turno y para generar métodos de solución con el propósito de eliminar la aparición futura de estos problemas. 255


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Las disposiciones en forma de U minimizan los requerimientos de materiales (en casi todos los casos, los eliminan). También, procedimiento de atracción con los kanbans En algunas empresas funciona esta disposición, se utilizan zonas intermedias de inventario procesos de sólo una pieza o un único contenedor.

manejo de apoyan el en las que entre los

Comentarios Existe otra interpretación de lo que ha sido el avance principal de los sistemas de producción como las líneas de transferencia, los sistemas de fabricación flexibles y los sistemas de producción JIT. Desde un punto de vista de fabricación, el tiempo de producción significa que un producto se transforma de un estado a otro (es decir, bloques de metal se convierten en partes maquinadas, las partes componentes se ensamblan para formar productos finales, etcétera). El resto es tiempo de traslado y de espera, una interpretación más contemporánea establecida dentro del contexto de la fabricación esbelta es el concepto de actividades con valor agregado y sin valor agregado. Las operaciones de maquinado y ensamble son actividades con valor agregado, mientras que el transporte y el almacenamiento son actividades sin valor agregado. La reducción en los tiempos sin valor agregado conduce a un tiempo de ciclo más breve y, en consecuencia, a inventarios de trabajo en proceso reducidos. El concepto de fabricación esbelta se resume así: Eliminar o minimizar las actividades sin valor agregado. Producir sólo lo que se solicita. Minimizar el empleo de los recursos de tiempo y espacio. Fabricar en el tiempo de ciclo más breve posible. Estos conceptos coinciden con la filosofía de fabricación justo a tiempo. Otras versiones del sistema de fabricación JIT incluyen: La producción sin existencias. Sólo el material que se requiere. La fabricación a manera de flujo continuo. Los sistemas de producción con inventario cero.

7.7 TENDENCIAS EN LA PLANIFICACIÓN DE PLANTAS En la actualidad se diseñan fábricas para ofrecer el flujo de materiales con menos contratiempos, lograr la flexibilidad (adaptarse a líneas de productos en cambio constante y a demandas volátiles del mercado), mejorar la calidad, aumentar la productividad y la utilización del espacio y, al mismo tiempo, reducir los costos de las plantas y de operación. Se observan las siguientes tendencias: 256


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1. Edificios con más de una bahía de recepción y de menor tamaño (menos requerimientos de espacio para organización, almacenamiento,, oficinas, y fabricación, sobre todo debido a compras JIT, producción de lotes pequeños, entregas en los puntos de uso, áreas de almacenamiento descentralizadas, mejor control de la producción y el inventario, administración visual, celdas de fabricación, fábricas especializadas, oficinas con disposición abierta, funciones descentralizadas y estructuras organizacionales simplificadas). Las bahías de recepción múltiples necesitan carga/descarga eficiente con camiones de carga lateral, en caso necesario. 2. Áreas de almacenamiento centralizadas más pequeñas y áreas de almacenamiento más descentralizadas (supermercados) para cargas más pequeñas y ligeras. 3. Alternativas de equipo descentralizado de manejo de materiales en las bahías de recepción. 4. Alternativas de equipo de manejo de materiales para cargas más pequeñas y ligeras. 5. Contenedores transferibles visibles, plegables, apilables y de fácil transferencia.

accesibles,

retornables,

durables,

6. Líneas de producción asíncronas con secuenciación mixta de modelos para los productos "estrella". 7. Disposiciones de tecnología de grupos para los productos de volumen medio con características similares que apoyen el concepto de fabricación celular. 8. Líneas de ensamble y celdas de fabricación en forma de U. 9. Mejor protección para las partes durante su manejo y transporte. 10. Menos requerimientos de manejo de materiales en los procesos internos; más manejo manual dentro de la celdas de fabricación. 11. Nuevas telas y materiales de construcción para cubrir a las bahías. 12. Contenedores, recipientes, charolas o tarimas estándar. 13. Vehículos de carga lateral que faciliten el acceso y operaciones de carga y descarga más rápidas. 14. La función tradicional del almacenamiento cambia a una función de organización.

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15. Uso de códigos de barras, escáneres láser, EDI y visión de máquinas para vigilar y controlar el flujo de las unidades. 16. Fábricas enfocadas con fabricación por productos y/o celular y esfuerzos de apoyos descentralizados. 17. Montacargas equipados con terminales de radiofrecuencia y balanzas que permitan pesar a bordo. 18. Flujo a través de terminales y/o almacenes públicos para recibir, clasificar y dirigir los materiales. 19. El proceso de diseño de plantas es un esfuerzo coordinado entre muchas personas.

7.8 PROBLEMAS 1. ¿Todavía es válido el concepto de la "fábrica automática" en el ambiente de fabricación actual? ¿Análisis? 2. ¿Qué sectores de la economía de un país serían buenos objetivos para la fábrica automática? Explique. 3 ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de operar un almacén automático? 4 ¿Un conjunto de bahías de transferencia puede ser totalmente automatizado? P repare una lista de lo que se requeriría para automatizar por completo un conjunto de bahías de transferencia. 5 Desarrolle un conjunto de criterios para comparar las líneas de transferencia y los sistemas de fabricación flexibles. 6 Elabore un conjunto de criterios para comparar los sistemas de fabricación flexibles y los sistemas con varias máquinas de una sola etapa. 7. Describa el problema de la administración de herramientas en: a. Los sistemas de fabricación flexibles. b. Los sistemas con varias máquinas de una sola etapa.

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CAPITULO 8 SISTEMAS DE LAS PLANTAS 8.1 INTRODUCCIÓN

La planificación de los sistemas de una planta no suele ser responsabilidad del planificador de plantas. Sin embargo, especificar cuáles sistemas se requieren, dónde se necesitan e integrar esos sistemas en la planta general es responsabilidad del planificador de plantas. El planificador de plantas debe estar consciente de que: 1. Los sistemas de la planta afectan de manera significativa el costo de construir, operar y dar mantenimiento a una planta. 2. Los sistemas de la planta son un factor fundamental que afecta la flexibilidad de la planta. 3. Un plan de una planta no está completo hasta que se especifican todos los sistemas. 4. Los sistemas de una planta influyen de forma importante en el desempeño, el ánimo y la seguridad de los empleados. 5. Los sistemas de una planta afectan de modo considerable la protección contra incendios, el mantenimiento y la seguridad de una planta. Los sistemas de una planta que se revisarán en este capítulo son: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8.

Los sistemas estructurales Los sistemas atmosféricos Los sistemas de cercado Los sistemas de iluminación y eléctricos Los sistemas de seguridad Los sistemas de saneamiento Los sistemas de automatización del edificio Los sistemas computarizados de administración del mantenimiento

8.2 DESEMPEÑO DEL SISTEMA ESTRUCTURAL Los tipos estructurales más comunes para las plantas industriales son las estructuras de acero o de concreto reforzado. La elección del tipo de estructura o de los materiales se encuentra influido por diversos factores; por ejemplo, la protección contra incendios (el acero tiene la mala reputación de perder su resistencia a temperaturas mayores de 1 000°F), el ambiente (el acero se vuelve frágil por debajo de los 20°F y falla con facilidad) y el área y los módulos generales. Para los planificadores de plantas, la estructura y las necesidades de la 259


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planificación deben combinarse ya que la configuración de las columnas afecta la disposición y la disposición influye en el* diseño estructural. Esto también es válido a la inversa. El diseño estructural y la configuración del área elegidos por ejemplo, 20 ft X 30 ft o 25 ft X 25 ft)" afectan la disposición, lo cual influye en las opciones del planificador con respecto al flujo interior. El planificador de plantas debe insistir en que el espaciamiento de la cuadrícula estructural optimice el funcionamiento de la planta. Por ejemplo, en un almacén, las dimensiones de los anaqueles y los pasillos de acceso entre ellos deben determinar el espaciamiento entre las columnas. Es decir, el espacio libre entre las columnas debe ser compatible con el sistema de almacenamiento. En un estacionamiento, el elemento de la cuadricula debe ser un múltiplo de la anchura y la longitud de un cajón para-un automóvil y las necesidades de circulación. El planificador de plantas debe reconocer que las dimensiones estructurales de la cuadrícula del edificio pueden ser menos prioritarias en comparación con la disposición óptima de la planta sin afectar su integridad estructural. Dada la capacidad de fabricación actual, se pueden obtener vigas, trabes y columnas con longitudes diferentes a 20 ft y 40 ft sin un sobrecosto significativo. Por lo tanto, si un compartimiento de 24 ft X 36 ft optimiza la disposición, debe especificarse esta configuración de cuadrícula en lugar de una cuadrícula más tradicional de 20 ft X 40 ft. Si se toman en cuenta alternativas para el sistema estructural, la profundidad de estos elementos suele imponer la necesidad de un edificio más alto. Pero el área adicional se puede compensar con una estructura más ligera. Los edificios metálicos preconstruidos ofrecen una estructura muy económica y logran espacios abiertos más grandes de los que se consiguen económicamente con un sistema de acero convencional o de red abierta. La altura libre es importante en el proceso de planificación porque una altura libre más baja puede exigir una huella más grande. Las alturas libres más altas afectan los sistemas de anaqueles y pueden estar restringidas por los requerimientos de uso de suelo del lugar. Un error común al diseñar plantas de almacenamiento es utilizar al costo de construcción como el criterio que define el espaciamiento entre las columnas y para determinar la configuración de la cuadrícula. Por lo general, las fábricas de acero producen elementos estructurales de 20 y 40 ft de longitud. Los arquitectos y los ingenieros en estructuras emplean estas longitudes para diseñar un sistema de almacenamiento. No obstante, las dimensiones estructurales de las vigas de acero y de otros miembros estructurales deben ser secundarias en relación con el sistema de almacenamiento para el cual se destina la planta.

8.3 SISTEMAS DE CERCADO El sistema de cercado constituye una barrera contra los efectos del frío y el calor extremos, las fuerzas laterales (el viento), el agua y las visitas indeseables (personas, insectos). Asimismo, se emplea como un mecanismo de control. Las puertas y ventanas funcionan como filtros para proporcionar no sólo una barrera 260


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que controle el acceso de los visitantes, sino también la ventilación, la transmisión de la luz (la privacidad) y el sonido. El cercado de la planta está determinado por influencias diferentes y contrastantes. El piso, los muros y el tejado constituyen los elementos del cercado. Estos tres elementos buscan, proporcionar a la planta un nivel de comodidad especificado, el cual suele verse afectado por el desempeño térmico del cercado del edificio. Sin embargo, la tendencia es ignorar/subestimar la función térmica del cercado y confiar en los sistemas ambientales para corregirla. De hecho, es cierta la generalización siguiente: Cercado del edificio + Aportación de servicios = Comodidad Por lo general, se requiere un desempeño térmico para rectificar el desequilibrio en la transmisión de calor entre las áreas internas y externas del cercado. Debido a que esa transmisión depende del diferencial de la temperatura, el clima es el factor principal. Así, uno de los principales problemas en desempeño térmico es cómo manejar con eficacia la cantidad de calor solar. Si ello se logra, la transmisión solar puede hacer que el edificio casi no dependa de los sistemas atmosféricos artificiales. En las plantas de fabricación y almacenamiento es fundamental mantener fuera los elementos indeseables. Por lo tanto, el material seleccionado (revestimiento metálico, plástico o de albañilería) debe ser impermeable. El desempeño térmico. Junto con la exclusión del agua, forma la columna vertebral de casi todos los sistemas de cercado. Se deben considerar dos áreas: arriba del suelo y abajo del suelo. Arriba del suelo, los planificadores deben estar conscientes de los problemas que puede provocar un tejado mal diseñado. La principal necesidad de desempeño del tejado es la exclusión del agua. Sin embargo, la importancia de la comodidad térmica requiere un aislamiento adecuado. La migración del vapor, un buen aislamiento y la protección contra el agua y el retiro del agua son esenciales para un sistema de tejados eficaz. La condición del suelo y bajo el suelo típico para las plantas suele ser una losa de concreto asentada de modo directo en el piso. La principal preocupación con las condiciones del suelo son la penetración del agua y la migración del vapor. Así como las albercas deben sellarse para contener el agua, los elementos del cercado que están el contacto con el suelo deben sellarse para mantener fuera el agua. Existen dos métodos principales para efectuar esto: la impermeabilización integral y la membrana aplicada. La impermeabilización integral consiste en un aditivo para el concreto que lo hace hermético. No obstante, esta técnica no es muy eficaz para controlar la migración del vapor. A menudo, se necesitan 12" o más de concreto para evitar que el vapor del suelo circundante húmedo penetre. Las membranas tienen el potencial de ser 100% eficaces para manejar la penetración del vapor y del agua, pero un diseño deficiente y una instalación de 261


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ala calidad pueden hacer que pierdan su eficacia. Cuando se aplican membranas a la superficie interior, se pueden presentar problemas con la adherencia a causa del aumento de la presión hidrostática. Un método más eficaz es aplicar la membrana a la superficie exterior. Esta posición permitirá que la membrana actúe en conjunción con la presión hidrostática de la superficie húmeda del suelo y la membrana se sujetará con mayor firmeza contra la estructura conforme aumente la presión hidrostática. Independientemente del método de diseño, una instalación deficiente que produzca membranas cuarteadas o perforadas las volverá ineficaces.

8.4 SISTEMAS ATMOSFÉRICOS Los sistemas atmosféricos ayudan a mantener la salud y la comodidad de los ocupantes y las condiciones del equipo y la maquinaria del edificio. Los criterios para el equipo y la maquinaria los determinan las especificaciones de los fabricantes, pero los criterios para la comodidad de las personas eran inciertos e intuitivos hasta 1900. Sin embargo, conforme se desarrollaron nuevas tecnologías para controlar las atmósferas de los edificios, los criterios se definieron con mayor precisión. El estudio definitivo de los criterios para la comodidad humana se realizó a principios de la década de los sesenta en Kánsas State University con grupos grandes de estudiantes universitarios. Los datos reunidos se emplearon con el fin de desarrollar ecuaciones para los parámetros de comodidad con las variables siguientes: Temperatura Humedad Vestimenta Actividad metabólica Los sistemas atmosféricos responden a estos criterios al calentar y enfriar el aire del edificio y controlar la humedad. La velocidad del aire se conserva muy baja, de modo que no se percibe con facilidad. Se supone que la vestimenta y la actividad metabólica se mantienen constantes. Los reglamentos existentes imponen requerimientos sólo para las temperaturas mínimas en interiores en invierno. Los estándares de mercado para diferentes tipos de edificios ofrecen respuestas más precisas en cuanto al enfriamiento y la humidificación. Un ejemplo de esos estándares se encuentra en las instalaciones hospitalarias, en donde la humedad se mantiene cercana a 50%. Este nivel de humedad es el idóneo para inhibir el crecimiento de virus y bacterias. El oxígeno en el aire es esencial para que respiren los ocupantes del edificio, pero el agotamiento del

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oxígeno sólo ocurriría en densidades de población muy altas. Esto no suele ser una consideración en la calidad del aire de un edificio. Un problema más importante es la introducción de contaminantes químicos inorgánicos en las atmósferas de los edificios desde diversas fuentes en los mismos. Uno de los principales contaminantes que se encuentra en los edificios de un solo piso es el gas radón radioactivo, el cual se genera de forma natural en el suelo y el agua estancada y se filtra a los edificios. Esta clase de contaminante se controla de manera más sencilla al eliminar el origen desde el edificio o bloquear las filtraciones. El principal problema relacionado con la calidad del aire en casi todos los edificios es la acumulación de olores y partículas en el aire. Por definición, la tasa de disolución se expresa como ft3/min-ft2 de área de piso. El modo evidente de eliminar sustancias no deseadas consiste en disolverlas mezclando el aire estancado del edificio con aire fresco del exterior. Este intercambio de aire (la tasa de disolución) Tabla 8.1 Tasas Normales de cambio de aire uso Residencial Baño Cocina Otros cuartos Oficina/comercial Escuela Reuniones públicas Hospital Laboratorios Laboratorios para animales

3

Suministro de aire ft ,/min-ft

2

Ventilación natural: 5% de área de piso 0.6 1.5 3.0 2.0 1.2

Aire vaciado, 3 2 ft /min ft

Cambios de aire/hora

1.5 1.5

10 10

0.3 0.75 1.5 1.0 1.2 3.0

4 9 13 8 20

se suele expresar en cambios de aire por hora, está estipulado por los requerimientos de los reglamentos locales que correspondan al tipo de uso del edificio. La tabla 8.1 indica las tasas de cambios de aire normales para varios tipos de usos en los edificios. . Debido a la importancia de la eliminación de sustancias no deseadas, el equipo para introducir al aire fresco y sacar el aire estancado, es una de las consideraciones primordiales en la planificación de una planta. Este requerimiento de espacio está determinado por el tamaño de la sala de control, la capacidad de velocidad del aire de los conductos principales y secundarios y el tamaño de las instalaciones que se necesitan para los siguientes requerimientos de vaciado e introducción de aire: Salas de control. De manera aproximada, las áreas para las salas de control centrales se pueden calcular a partir de la tabla 8.2. Observe que, conforme

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aumenta la tasa de cambio del aire, también se incrementa el área de la sala de control. Tamaños de los conductos. El tamaño de los conductos se puede estimar a partir de las cantidades las velocidades del aire en los conductos. Conducto principal: 1 800 fr/min Conductos secundarios: 900 a 1 110 ft/min Tamaños de las persianas y casetas. Estas áreas también se calculan a partir de las cantidades y las velocidades del aire. Persianas y casetas de vaciado: velocidad del aire recomendada de 2 000 ft/min Persianas y casetas de introducción: velocidad del aire recomendada de 1 000 ft/min Los ejemplos siguientes ilustran cómo se asigna el espacio atmosférico. Tabla 8.2 Área de la sala de control central por uso

Uso Residencial Oficina/industrial Reuniones públicas Hospital Laboratorio Laboratorio para animales

Área de las salas de control 2% 5-7% 10-15% 25% 25-50% 50%

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240´

120´ Figura 8.1. Dimensiones de una planta de ensamblado ligero para el ejemplo 8.1

Ejemplo 8.1 Al considerar la operación de ensamblado ligero de la figura 8.1, ¿qué necesidades de espacio deben tomarse en cuenta para los sistemas atmosféricos? Primero, asigne el espacio de la sala de control del equipo mecánico. Después: 1. Calcule el área bruta total: 240 ft X 120 ft = 28 800 ft 2. De la tabla 8.2, para él tipo de uso de oficina/industrial, asuma 5% del área bruta para el espacio del equipo mecánico. 2. Asuma que el sistema se montará en el tejado. Segundo, determine los requerimientos de manejo de aire: 1. Tasa mínima de suministro de aire: 0.6 ft3/min-ft2 Tasa máxima de suministro de aire: 1.0 ft3/niin-ft2 Vaciado 0.3 ft3/min-ft2 2. Suministro de aire: 28 800 ft2 X 1.0 ft3/min-ft2 = 28 800 ft3/min (CPM) Vaciado de aire: 28 800 ft2 X 0.3 ft3/min-ft2 = 8 640 ft3/min (CPM) 3. Establezca la sección transversal de la persiana utilizando los requerimientos de CPM (cambios por minuto) respectivos y las velocidades del aire permisibles:

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Note que las persianas de suministro y vaciado deben estar a 15 ft entre sí para evitar que el aire vaciado haga "corto circuito" y regrese al edificio. 4. Cálculo y disposición del conducto principal. El tamaño del conducto principal se determina del modo siguiente: Dos conductos principales, donde cada uno cubre la mitad del área del edificio, multiplicados por la tasa de suministro de aire: 0.5 X 28 800 ft2 X 1 ft3/min-ft2 = 14 400 ft3/min CPM. Véase la figura 8.2. Para obtener el área de la sección transversal, divida la tasa de flujo del aire entre la velocidad del aire del conducto principal:

El conducto principal puede ser de 2 ft X 4 ft. Véase la figura 8.3. Área: 28 800 x 0.05= 1440 ft2

8.2 Planta de ensamblado con unidad de manejo de aire instalada en el tejado para el ejemplo 8.1

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5, Cálculo y disposición de conductos secundarios. Por cada conducto principal, suponga 10 conductos secundarios. Para conseguir la tasa de flujo de los ramales, divida la tasa de flujo para cada conducto secundario entre el número de ramales: 14400ft3/min/10 = 1440 ft3/min Divida la tasa de flujo del ramal entre la velocidad admisible del aire de conducto del ramal. 1440 ft3/min/1000 ft /min = 1,4 ft2

Para el problema del ejemplo, dos conductos principales de 2'-0" por 4'-0" con diez conductos secundarios de 1'-4" por 1'-0" proporcionarían la disolución del aire necesaria para cumplir con las necesidades de manejo del aire (figura 8.4). Aunque el uso del método de disolución del aire está muy extendido y se acepta en todas partes, tiene algunas desventajas. La principal es que cuando se vacía el aire, también se retira aire a la calefacción o del aire acondicionado. Por lo tanto, ocurre una pérdida importante de energía, Para reducir el volumen de aire reemplazado requerido, muchas operaciones utilizan filtración mecánica o precipitación electrostática. La filtración mecánica elimina los contaminantes al hacer pasar el aire por un material de filtrado, también llamado filtro de medios o de incidencia, para eliminar las partículas. La precipitación electrostática retira las partículas al cargarlas y reunirlas en placas con una carga opuesta. El aire pasa por un filtro previo y luego por la sección del ionizador de la unidad. Aquí, las partículas reciben una carga positiva. Después, estas partículas con carga positiva son atraídas y reunidas en placas recolectoras de alto voltaje con carga negativa. Una vez limpio, el aire se devuelve al área. 240´

4´ Conducto principal 120´

58´ Unidad

Conducto principal 25´

Figura 8.3 Área de corte transversal del conducto principal.

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1´0.000”

2´0.000”

1´6.000”

Conducto Principal

Conducto secundario

Techo Figura 8.4 Sección transversal de los conductos principal y secundario.

A menudo se pide a los planifícadores de planta diseñar ambientes cuidadosamente controlados para operaciones de electrónica, farmacéuticas, o de procesamiento de alimentos. Estos ambientes controlados se conocen como salas limpias. Existen cuatro clasificaciones oficiales de salas limpias: clase 100 000, clase 10 000, clase 1 000 y clase 100. Estas salas mantienen una presión positiva del aire para evitar que se infiltre el polvo. Las clasificaciones hacen referencia al número de partículas (de 0.5 micras y mayores) en un pie cúbico de aire. Un recurso con gran reconocimiento para alcanzar estos niveles de calidad del aire. es el empleo de filtros HEPA (de aire particulado de alta eficiencia, por sus siglas en inglés: high efficiency particulate air). Estos filtros se usan en una amplia variedad de instalaciones industriales, comerciales y médicas, en donde se requiere el grado de limpieza más alto posible. Asimismo, son útiles cuando es necesario eliminar polvo radioactivo o tóxico, organismos patógenos, o esporas de moho. También se ofrecen en eficiencias de 95.00%, 99.97% y 99.999% mínimo garantizado para eliminar partículas de 0.3 mieras o mayores. En una operación real, el filtro HEPA es 100% eficiente para eliminar todos los organismos aéreos conocidos, porque las bacterias, los pólenes, la levadura y los hongos tienen tamaños superiores a las 0.5 micras. El propósito de la calefacción, la ventilación y el aire acondicionado (HVAC, por sus siglas en inglés: heating, ventilation, and air conditioning) es controlar la temperatura, la humedad y la limpieza del ambiente dentro de una planta. Los

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HVAC son vitales para la comodidad de los empleados, el control de los procesos, y/o el control de los productos. Los HVAC cubren un campo muy complejo que está en constante cambio. Un planificador debe comprender la naturaleza compleja dinámica de los HVAC y no cometer el error de intentar diseñar los HVAC para una planta. La información que requiere un experto en HVAC para diseñar un sistema HVAC incluye la disposición de la planta y las especificaciones de construcción. El planificador debe proporcionar esta información al experto en HVAC y también debe entender la manera en la que este último traduce esa información en requerimientos de HVAC. Las necesidades de calefacción para una planta se conocen como pérdida de calor y se calculan mediante la siguiente ecuación :

En donde: QH = pérdida total de calor QF = pérdida de calor a través del piso QR = pérdida de calor a través del tejado QG = pérdida de calor a través de las ventanas QD= pérdida de calor a través de las puertas QW = pérdida de calor a través de las paredes QI = pérdida de calor debido a la infiltración Cada una de las pérdidas de calor individuales se calcula con el uso de la siguiente ecuación:

En donde: Q = pérdida de calor para un componente de la planta A = área del componente de la planta U = coeficiente de transmisión del componente de la planta ti = temperatura dentro de la planta t0 = temperatura fuera de la planta Los requerimientos de aire acondicionado para una planta se conocen como carga de enfriamiento y se obtienen a partir de la siguiente ecuación:

en donde: Qc = carga de enfriamiento total 269 269 269


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QF = carga de enfriamiento debido al piso QR = carga de enfriamiento debido al tejado QG = carga de enfriamiento debido a las ventanas QD = carga de enfriamiento debido a las puertas QW = carga de enfriamiento debido a las paredes QV = carga de enfriamiento debido a la ventilación QS = carga de enfriamiento debido a la radiación solar QL = carga de enfriamiento debido a la iluminación QP = carga de enfriamiento debido al personal Las cargas de enfriamiento QF’ QR’ QG’ QD’ Qw Y QV’ determinan con la siguiente ecuación: en donde: Q = carga de enfriamiento para un componente de la planta

Tabla 8.3 Ganancias de calor para mujeres y hombres que realizan trabajo ligero y pesado

Actividad Hombre: trabajo ligero Hombre: trabajo pesado Mujer: trabajo ligero Mujer: trabajo pesado

Ganancias de calor (Btu/hr) 800 1 500 700 1 300

La carga de enfriamiento de la radiación solar Qs se calcula con la siguiente ecuación: Q = (A)(H)(S) en donde: A = área de la superficie de vidrio H = absorción de calor de la superficie del edificio S = factor de sombra para diversos tipos de sombreado

8.5 SISTEMAS ELÉCTRICO Y DE ILUMINACIÓN La responsabilidad del planificador de plantas consiste en especificar el nivel de servicio que se necesita y dónde se requiere. La empresa de suministro eléctrico recibe la solicitud de electricidad, para una planta mucho antes de que empiece la construcción de ésta. Con frecuencia, esto implica que el planificador tenga un buen 'estimado preliminar, dado que el diseño detallado de la planta aún no está terminado cuando esta información se necesita. En general, todo sistema eléctrico

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debe tener suficiente capacidad para atender las cargas para las que está diseñado, y capacidad adicional de reserva para satisfacer el crecimiento previsto. Tal vez la consideración que más se olvida en la planificación y el diseño del sistema eléctrico sea la holgura para el crecimiento en la necesidad de carga. El planificador debe asegurarse que se incluyan los principales requerimientos de energía eléctrica, tanto actuales como futuros, en los datos del diseño a fin de que el ingeniero de diseño pueda dimensionar las líneas principales, el equipo de distribución, los transformadores, los alimentadores, los tableros de control y los circuitos para manejar el crecimiento de la carga. El proceso comienza al analizar el tipo de edificio y sus cargas eléctricas normales. Después, el planificador debe determinar todos los requerimientos eléctricos singulares y especiales para el equipo del edificio en cuestión, al igual que las tendencias y las prácticas actuales. La tabla 8.4 nos da una idea de los requerimientos de carga promedio para varios tipos de edificio. Una vez realizada esta actividad, se genera una lista de categorías de carga que incluyen: La iluminación La corriente eléctrica diversa, las tomas de corriente y los motores pequeños La corriente para calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC) El equipo sanitario y de plomería El equipo de transporte vertical El equipo de la cocina El equipo especial A continuación, debe estimarse la ubicación del punto de servicio, del voltaje de servicio y del medidor, en colaboración con la empresa de suministro eléctrico. Además, el planificador debe acordar con el cliente el tipo y la corriente nominal de todo el equipo que se va a utilizar en la planta. Luego, Tabla 8.4 Requerimientos de carga promedio

Tipo de edificio Plantas Edificios de oficinas Hospitales Escuelas Centros comerciales

Requerimientos de carga 20 watts por pie cuadrado 15 watts por pie cuadrado 3 000 watts por cama 3-7 watts por pie cuadrado 3-10 watts por pie cuadrado

deberá establecer el espacio requerido para el equipo y los gabinetes eléctricos. Por último, el planificador deberá proporcionar información detallada acerca de las necesidades de iluminación para la planta. La persona que planifica los servicios eléctricos de la planta no debe ser la misma que planifica los servicios de iluminación, ya que ésta debe diseñarse de manera especial según las necesidades de cada una de las áreas dentro de la planta. Un 271 271 271


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planificador de plantas tiene una visión integral de todas las tareas que se realizarán dentro de la planta y está en una posición inmejorable para especificar el diseño del sistema de iluminación. Los sistemas de iluminación se diseñan con base en el siguiente procedimiento de ocho pasos: Paso 1: Determine el nivel de iluminación La tabla 8.5 contiene los niveles mínimos de iluminación para tareas específicas. Estos niveles se alcanzan con iluminación general o con una combinación de iluminación general y complementaria. Cuando se emplea iluminación complementaria, la iluminación general debe contribuir con cuando menos un décimo de la iluminación total en no menos de 20 bujías-pie. La iluminación complementaria, en particular cuando se usa junto con muebles de oficina modulares, produce ahorros de energía considerables. Paso 2: Establezca la proporción de espacio libre de la habitación (RCR) La RCR es un índice de la forma de un espacio que se va a iluminar. Entre más alto y angosto sea un espacio, más grande es la RCR y más iluminación se requiere para alcanzar el nivel deseado. La RCR se calcula mediante la siguiente ecuación :

Paso 3: Calcule la proporción de espacio libre del techo (CCR) Si las luminarias están montadas o incrustadas en el techo, la altura de montaje de las luminarias no afectará la propiedad reflectiva del techo, de modo que no será necesario considerar la CCR. Entre mayor sea la distancia de las luminarias al techo, mayor será la CCR y la reducción en la reflectancia del techo. La CCR se calcula con la siguiente ecuación

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Tabla 8.5 Niveles mínimos de iluminación para tareas visuales especifica. Tarea

nivel mínimo de iluminación (bujías - pies)

Ensamblado Burdo, fácil de ver Burdo, difícil de ver Regular Fino Extrafino

30 50 100 500 1000

Inspección Común Difícil Algo difícil Muy difícil Sumamente difícil

50 100 200 500 1000

Taller de máquinas trabajo burdo en mesa y en máquinas Trabajo regular en mesa y en máquina, -máquinas automáticas comunes, esmerilado burdo, pulido regular Trabajo fino en mesa y en máquina, máquinas automáticas finas, esmerilado regular, pulido regular Trabajo extrafino en mesa y en máquina, esmerilado fino

50 100 500 1000

Manejo de materiales Envoltura, empaque, rotulado Recolección de existencias (stock), clasificación Carga Oficinas Lectura de material en alto o bien impreso, tareas que no implican visión concentrada o prolongada, como consultas, entrevistas y manejo de archivos inactivos Lectura o transcripción de escritura a mano, con tinta o lápiz oscuro en papel de buena calidad; manejo intermitente de archivos Trabajo de oficina normal; lectura de reproducciones en buen estado, lectura o transcripción de escritura a mano con lápiz pálido o en papel de baja calidad; manejo frecuente de archivos; consultas de índices; clasificación de correspondencia Contabilidad, revisión, preparación de tablas, registro en libros, operación de máquinas de negocios, lectura de reproducciones de baja calidad, borradores de dibujos Cartografía, diseño, dibujo detallado Corredores, elevadores, escaleras mecánicas, escaleras Talleres de pintura Pintado por inmersión, con atomizador, con esponja y normal con brocha Pintado y acabado finos Pintado y acabado extrafinos

50 30 20

30

70 100

150

200 20

50 100 300

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2 5 10 20 50

Soldadura Iluminación general De precisión con arco eléctrico

50 1000

Tabla 8.6 Reflectando aproximada para acabados de paredes y techos

Materiales Pintura blanca, pintura de colores claros, vidrio reflejante y barniz porcelanizado Pintura de aluminio, acero inoxidable y aluminio pulido Pintura regular Ladrillo, cemento y concreto Pintura oscura, asfalto

Reflectancia aproximada (%) 80

65 50 35 10

Paso 4: Determine la reflexión de las paredes (WR) y la reflectando efectiva del techo (ECR) Los WR y un valor de referencia de la reflectancia del techo (BCR) se obtienen de la tabla 8.6. Si las luminarias se van montar o a incrustar en el techo, el ECR es igual al BCR. Paso 5: Precise el coeficiente de utilización (CU) El CU es la proporción de lúmenes que llegan al plano de trabajo entre los emitidos por la lámpara. Es una función de las luminarias utilizadas, el RCR, los WR y el ECR. Paso 6: Defina el factor de pérdida de luz (LLF) Los dos factores más importantes de pérdida de luz son la depreciación de los lúmenes de la lámpara y la depreciación por suciedad de las luminarias. La depreciación de los lúmenes de la lámpara es la reducción gradual di la producción de lúmenes durante la vida de la lámpara. Los factores de la depreciación de los lúmenes de la lámpara se expresan como la proporción de la producción de lúmenes de la lámpara al 70% de su vida nominal entre el valor inicial. La producción de lúmenes para las diferentes lámparas de la tabla 9.9 incluye la depreciación de los lúmenes de la lámpara; por lo tanto, no se necesita ninguna consideración adicional. La depreciación por suciedad de las luminarias es la pérdida de luz asociada con las condiciones bajo las cuales funciona la lámpara. La depreciación por suciedad de las luminarias varía con las condiciones y los periodos entre las limpiezas.

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Paso 7: Calcule el número de lámparas y luminarias El cálculo del número lámparas y luminarias se pueden realizar mediante las siguientes formulas.

Tabla 8.7 Producción de las lámparas al 70% de la vida nominal Tipo de lámpara

De filamento

De descarga de alta densidad

Fluorescente

Watts

100 150 300 500 750 1000 400 700 1000 40 60 60 85 110

Producción de la lámpara al 70% de la vida nominal (lúmenes)

1600 2600 5000 10000 15000 21000 15000 28000 38000 2500 3300 3300 5400 7500

Paso 8: Establezca la ubicación de las luminarias El número de luminarias producirá la cantidad correcta de luz. Además de la cantidad de luz, debe considerarse la calidad de la luz. Los factores más importantes que afectan la calidad de la luz son el deslumbramiento y la difusión. El deslumbramiento se define como cualquier brillo que provoque incomodidad, interfiera con la visión, o canse la vista Entre más brillante es la luminaria, mayor es el potencial de deslumbramiento. No deben emplearse luminarias abiertamente brillantes, las fuentes de luz deben montarse encima de la línea normal de visión, los techos y paredes deben pintarse con colores claros para reducir el contraste, y, si se utiliza iluminación complementaria, debe incluirse iluminación de fondo. La difusión de la luz indica que la iluminación es el resultado de la luz proveniente de muchas direcciones. Entre más luminarias haya, más difusa será la luz. Las luminarias fluorescentes

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producen luz más difusa que las incandescentes. Asimismo, la luz no se difundirá en forma adecuada si las luminarias están muy lejanas entre sí. Ejemplo 8.4 Un taller de máquinas de 100 X 40 ft con un techo de 13 ft se iluminará para maquinado automático y esmerilado burdo. Se requiere iluminación uniforme en todo el taller de máquinas. Si las luminarias se van a montar en el techo, todos los techos y paredes se van a pintar de blanco y todas las luminarias se van a limpiar cada 24 meses, ¿qué iluminación debe especificarse? Paso 1: Determine el nivel de iluminación. A partir de la tabla 9.5, se necesita un nivel mínimo de iluminación de 100 bujías-pie. Paso 2: Establezca la proporción de espacio libre de la habitación. Suponga que todas las superficies de trabajo están a 3 ft del piso. La ecuación para calcular el RCR produce lo siguiente:

Paso 3: Defina la proporción de espacio Ubre del techo (CCR). No es necesario considerar el CCR porque las luminarias están montadas en el techo. Paso 4: Calcule los reflejos de paredes (WR) y la reflectando efectiva del techo (ECR). Según la tabla 8.6, las WR y la BCR son de 80%. Debido a que las luminarias se van a montar en el techo. La ECR también es de 80 por ciento. Paso 5: Precise el coeficiente de utilización (CU). Si se emplearán lámparas fluorescentes en soportes descubiertos.el CR está entre 0.88 y 0.78. Se utilizará un CU de 80. Paso 6. Determine el factor de pérdida de luz (LLF). Para las lámparas fluorescentes en soportes descubiertos en un "ambiente de suciedad media" que se limpian cada 24 meses, el factor de depreciación por suciedad de las luminarias de 0.85. Por lo tanto, el LLF es 0.85. Paso 7: Calcule el número de lámparas y luminarias. El número de lámparas necesarias si se emplean lámparas fluorescentes de 60 watts es:

Si se colocan dos lámparas en cada luminaria, se requieren 90 luminarias.

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Paso 8: Establezca la ubicación de las luminarias. Para una altura de montaje de 10 ft sobre la superficie de trabajo, las luminarias no deben estar a más de 13 ft entre sí. Cada soporte de lámpara fluorescente tiene 4 ft de longitud. La disposición de la iluminación aparece en la figura 8.5.

100´- 0”

40´- 0”

Luminarias para banco

Área tributaria

Figura 8.5 Configuración de las luminarias para 10 ft por encima de la superficie de trabajo.

8.6 SISTEMAS DE SEGURIDAD Los sistemas de seguridad están diseñados para controlar las situaciones de emergencia que interrumpen las operaciones normales. Estas emergencias se crean sobre todo por: 1. Incendio 2. Eventos sísmicos 3. Fallas en la corriente eléctrica De los tres, los incendios son los más comunes y representan la mayoría de los costos asociados con desastres. Por lo tanto, la resistencia al fuego es fundamental en el diseño de cualquier planta. La protección de incendios para los edificios está controlada por el Reglamento o Código de Construcción Uniforme (UBC). El UBC es un modelo de código de construcción que resume las características de protección que deben incluirse en el diseño de un edificio. Las características que suele cubrir son los valores de inflamabilidad de las paredes, los pisos y los techos, al igual que los requerimientos de salidas, extintores y columnas reguladoras de agua. El primer objetivo del planificador de plantas es determinar la función del edificio y el tipo de construcción definidos por la clasificación de su ocupación. Esta clasificación consta de más de 20 clasificaciones específicas del UBC. Sin embargo, en general, los siete tipos de plantas siguientes representan todas las clasificaciones de ocupación: Grupo A E

Tipo Lugares de reunión, teatros Instalaciones educativas

277 277 277


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Hospitales Para material peligroso (combustible, pintura, productos químicos) De negocios, oficinas, fábricas, plantas comerciales Residencial Misceláneo

El tipo de estructura determina el grado de resistencia al fuego. Estos tipos de construcciones van del tipo I (casi a prueba de incendios) al tipo D (construcción convencional con estructura de madera). Por lo tanto, la resistencia al fuego se refiere a la capacidad de una estructura para funcionar como una barrera que no permite que se extienda el fuego desde su punto de origen. Incluso con estos esfuerzos de diseño, no hay un edificio inmune al fuego. Por esta razón, los planificadores deben estar conscientes de la necesidad de proporcionar rutas de seguridad como una parte integral del diseño. El Código de Construcción Uniforme obliga a que se incluyan salidas en todas las plantas desde cualquier parte de cualquier piso hasta una calle pública o pasillo exterior. Por lo tanto, el requerimiento mínimo es de cuando menos una salida de cada planta y, en los casos donde la cantidad de ocupantes excede cierto número, dos o más salidas. En general, casi todos los edificios necesitan dos o más salidas. La razón de esto es que esté disponible otra salida si una está bloqueada por el incendio. Además, todos los reglamentos o códigos de construcción locales requieren que se cumplan los tiempos máximos admisibles para salir de un edificio. Este periodo puede ser el tiempo que toma llegar a un área protegida, es decir, fuera del edificio, o llegar a una zona de la planta con compartimientos divididos a prueba de incendios. De igual forma, ningún punto puede estar a más de 150 ft de una salida (200 ft en un edificio con extintores) y debe tener acceso para personas discapacitadas. Esto conlleva rampas o un pasillo de salida hacia un compartimiento protegido. En cualquier caso, los planificadores deben estar conscientes de que, cuando ocurre un incendio, el orden de prioridad es: 1. Las vidas de los ocupantes de la planta 2. El edificio 3. Los artículos y el equipo del edificio

8.7 SISTEMAS SANITARIOS Los sistemas sanitarios consisten en el suministro de agua caliente y fría, una red de distribución para proporcionar agua potable y de limpieza, al igual que una red de recolección para los desechos. El manejo de los desechos va más allá de reunir y disponer de los residuos de agua y de los "residuos sólidos" (conocidos como aguas negras). También incluye los conductos para residuos, los incineradores y las trituradoras. El sistema de plomería, el cual suele manejar el suministro de agua caliente y fría, y el sistema de aguas negras forma el núcleo del sistema sanitario. Un sistema de descarga consta de una serie de ramificaciones laterales conectadas a un tubo de escape vertical. El sistema está 278


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diseñado para manejar desechos sólidos y aguas residuales (descargas de lavabos, baños y lavadoras). El problema principal con las redes de drenaje es evitar que el olor entre a la planta. Sin embargo, este método no es infalible, e incluso con precauciones en el diseño, como hacer más profunda la trampa, es conveniente utilizar ventilación. La ventilación es un recurso para asegurar que los olores se eliminen de la planta y pasen a la atmósfera. El planificador de la planta debe proporcionar a la persona que planifica el sistema de plomería general la ubicación de los sistemas de plomería para el personal y la cantidad de personas que usarán los servicios. Para operaciones industriales o de producción, el planificador de plantas debe proporcionar los requerimientos de agua y drenaje de los procesos a la persona que planifica los servicios de plomería. Además, el planificador también debe mencionar la composición de todos los líquidos del proceso. El tratamiento o filtrado de estos líquidos debe planificarse con todo cuidado. Los servicios de plomería para la protección contra incendios requieren no sólo que esté disponible la cantidad adecuada de agua, sino además que se: proporcione la presión correcta de la misma. El planificador de plantas participa en la planificación de la protección contra incendios y los servicios de plomería por medio de la disposición de la planta y una descripción de las actividades que se realizarán en las distintas áreas dentro de la planta. 8.8 SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN DEL EDIFICIO Con mucha frecuencia el planificador de plantas también cumple una función importante en la transición de la construcción a las operaciones reales de una planta, para que ésta lleve a cabo su función diseñada como un almacén, una planta de fabricación, un centro de servicios o una instalación de investigación. Los sistemas de automatización del edificio integran casi todos los sistemas analizados antes en un punto de control central de dispositivos de control de procesos, sistemas de medición de temperatura y humedad, de alarmas y de seguridad, controles de la iluminación y monitoreo y control de la calefacción, ventilación y aire acondicionado (HVAC). Los sistemas de automatización del edificio en hospitales, instalaciones de investigación y almacenes de refrigeración afectan a los empleados y la calidad de los productos de muchas de las operaciones. Las "plantas inteligentes" se pueden monitorear en sitio desde un punto central o de manera remota con una conexión de módem. Uno de los aspectos que debe tomar en cuenta un planificador de plantas es cómo vincular los controles de los sistemas separados de la planta y lograr una operación eficaz del edificio integrado por medio de una computadora. Existen varios sistemas posibles: el sistema de administración del edificio para la HVAC, el control de la humedad y la vigilancia de la HVAC; los sistemas de administración de la corriente eléctrica de la iluminación; los sistemas de seguridad que controlan el acceso a la planta; o un sistema computarizado de 279 279 279


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administración para controlar el proceso de mantenimiento de la planta. Además, puede haber sistemas que monitoreen el aire acondicionado, que generen alarmas para efectuar reparaciones, servicios de mantenimiento preventivo (PM), o el apagado de emergencia de un equipo específico. Los controles del proceso, que afectan mucho la producción y la calidad, agregan otro sistema independiente que a su vez demanda una supervisión eficaz. El paso siguiente, además de la conexión de un módem, es el software de integración que permite que varios sistemas aparezcan como uno solo al que se tenga acceso desde Internet desde un solo lugar. En la actualidad, se pueden integrar y observar por Internet los procesos para monitorear y controlar el sistema de automatización del edificio, la administración de la corriente eléctrica, el sistema de administración del mantenimiento de la planta y otro software de sistemas independiente. A través de Internet, las operaciones de la planta pueden encender y detener el equipo, encender y apagar las luces, ajustar el flujo del aire con base en la temperatura exterior, restablecer las alarmas, accionar un sistema de irrigación y programar los tiempos de ocupación. En este mundo globalizado se puede contratar a una empresa para integrar varios sistemas independientes en una solución total para la planta, con el fin de operar al edificio de manera integrada por medio de una computadora. Durante el proceso de planificación para la construcción de todos los sistemas de las plantas analizados, el planificador debe considerar cómo preparar a la planta para la transición a las operaciones y la puesta en servicio. Los operarios de una planta ya no tienen tiempo para aprender a manejar cinco o más sistemas de monitoreo y control diferentes, no obstante deben mantener la flexibilidad para elegir el mejor sistema de control para cada aplicación relacionada. La primera necesidad es la capacidad de comprender y operar con facilidad la planta. Una segunda necesidad es la capacidad de monitorearla y operarla desde cualquier parte, o cualquier computadora, sin un software propietario costoso. En la actualidad, un buen planificador de plantas comprende los sistemas y está consciente de los retos usuales de la transición a las operaciones de la planta. Un planificador exitoso considera el mejor modo de integrar los sistemas independientes de una planta para que alcance un funcionamiento efectivo y cómo emplear las mejores prácticas actuales para la tecnología de automatización e información de edificios.

8.9 SISTEMAS DE ADMINISTRACIÓN DEL MANTENIMIENTO DE LAS PLANTAS La transición exitosa hacia la operación de una planta es consecuencia de una buena realización de las etapas de planificación, un eficaz diseño de sistemas, y construcción de la planta. La fase que va del diseño a la construcción es muy breve en comparación con la operación a largo plazo de la planta. Por lo tanto, el 280


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planificador exitoso comprende y considera un sistema más esencial: el sistema de administración de mantenimiento de la planta (FMMS). El FMMS es el sistema de administración de negocios para la administración y el mantenimiento efectivos de las plantas. En resumen, el FMMS como sistema de administración de negocios puede incluir módulos funciones de sistema para: Datos de los activos y el historial del equipo. Administración del inventario de partes y de materiales. Administración y control del trabajo. Control del presupuesto. Procedimientos del mantenimiento preventivo. Solicitudes y adquisición de materiales. Planificación, programación, despacho del trabajo. Especificaciones y documentación de la planta. Administración de la ocupación. Administración de proyectos. Datos del cumplimiento de las regulaciones. Datos de costos del ciclo de vida. Tal vez el planificador de plantas no participe de forma directa en la elección e implementación del FMMS, pero debe comprender las funciones y requerimientos básicos para implementar un FMMS efectivo. Para facilitar un FMMS futuro y la transición a las operaciones, el planificador de plantas debe apoyar estas áreas fundamentales: Corroborar que esté completa la documentación de los activos del sistema. Comprobar la disponibilidad de piezas de repuesto y del establecimiento del inventario de materiales, Validar que se hayan resuelto los aspectos regulatorios y de seguridad. Buscar estandarizar los componentes del sistema. Asegurar que exista un programa de mantenimiento preventivo el día de la puesta en marcha.

Que se haya establecido y haya ocurrido capacitación acerca de todos los sistemas de la planta antes de la puesta en marcha.

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8.10 PROBLEMAS 1. Una oficina general de 240 ft X 150 ft se empleará para trabajo normal de oficina. La altura del techo es de 10 ft y todas las superficies de trabajo estarán a 3 ft del suelo. Si las luminarias se van a montar en el techo, todos los techos y paredes se pintarán de blanco, y todas las luminarias se limpiarán cada seis meses, ¿qué iluminación debe especificarse? Utilice lámparas fluorescentes en soportes de lente prismático. 2. ¿Cuáles serían los cambios en las especificaciones de la luz para la planta descrita en el problema 1 si la oficina se fuera a usar para trabajo de contabilidad? 3. ¿Cuáles serían los cambios en las especificaciones de la luz para la planta descrita en el problema 1 si la altura del techo fuera de 15 ft? 4. ¿Cuáles serían los cambios en las especificaciones de la luz para la planta descrita en el problema 1 si el techo fuera de 15 ft y las luminarias se montaran a una altura de 8 ft? 5. ¿Cuáles serían los cambios en las especificaciones de la luz para la planta descrita en el problema 1 si los soportes se limpiaran una vez cada 36 meses? 6. Para el edificio que aparece en la figura 8.2, si se considera que el edificio se va a ocupar para un uso educativo /salón de clases, determine lo siguiente: a. Población máxima b. Número máximo de salidas c. Distancia mínima entre salidas (suponga que el edificio no tiene un sistema de extintores) d. Elabore un boceto que muestre la posible ubicación de las salidas 7. ¿Cuál es el principal beneficio de usar un sistema de extintores? 8. Clasifique los siguientes objetos de diseño en un orden de prioridad descendente: a. Seguridad de los bomberos b Seguridad de los ocupantes regulares del edificio c. Salvaguarda del edificio d. Los bienes y el equipo del edificio 9. ¿Cuál es el propósito principal de los extintores de cara en un sistema de extintores en los anaqueles? 10. ¿En el diseño de un sistema de plomería, ¿Cuáles son las dos principales razones de que sea fundamental un tubo de escape de la ventilación?

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CAPITULO 9 MODELOS CUANTITATIVOS DE PLANIFICACIÓN DE PLANTAS 9.1 INTRODUCCIÓN

En este capítulo se presentan varios modelos prescriptivos para resolver problemas relativamente sencillos de ubicación y disposición de plantas. Se inicia con la presentación de modelos de diseño de almacenes al considerar el método de almacenamiento clásico de apilamiento en bloques; de manera específica, se explican modelos prescriptivos para minimizar la cantidad promedio de espacio de piso que se necesita para guardar un producto. El análisis del diseño de los sistemas de almacenamiento concluye con una exposición de los modelos prescriptivos que se emplean para diseñar sistemas de recolección de pedidos, Después de los modelos dé sistemas de almacenamiento, presentamos varios modelos descriptivos que se utilizan para diseñar sistemas de bandas transportadoras. Primero, modelamos una banda transportadora con carretillas que se reintegran a la circulación; luego, modelamos los requerimientos de potencia para bandas transportadoras de cargas unitarias y de paquetes, al igual que bandas transportadoras de correas para material a granel

Debido a que el diseño de los sistemas de banda transportadora es afectado por la variación aleatoria, después de presentar modelos determinísticos de bandas transportadoras con carretillas que se reintegran a la circulación, se muestran varios modelos de línea de espera. Puesto que existen muchos libros y documentos al respecto, nuestra cobertura de las líneas de espera o colas se limita a los modelos relativamente sencillos que tienen aplicaciones obvia para la planificación de plantas, Si bien en el capítulo se explican varios modelos de "valor esperado': la sección de los modelos de líneas de espera es el primer tema donde analizamos de manera explícita el impacto de los fenómenos aleatorio s en la planificación de plantas.

No se pretende mostrar un tratamiento pormenorizado de los modelos cuantitativos que se manejan en la planificación de plantas. Aparte de los modelos para disposición computarizada y. de disposición basados en teoría de gráficas, se reconoce la omisión hecha de los modelos para el balanceo de una línea de ensamble, los modelos de sistemas de fabricación flexible y las máquinas de transferencia y los modelos de simulación de diversos elementos del régimen .de planificación de plantas. Asimismo, existen muchos otros modelos para disposición y ubicación de plantas al igual que para sistemas de almacenamiento, bandas transportadoras y líneas de espera o teoría de colas.

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9.2 MODELOS DE UBICACIÓN DE PLANTAS La ubicación se puede aplicar a muchos problemas; entre otros, ubicar un aeropuerto, una escuela, una máquina herramienta, un almacén, una planta de tratamiento de aguas negras, una planta de producción, una oficina postal, un hospital, una biblioteca, un matadero municipal, una universidad, un mercado publico etcétera. Debido a la amplitud de la aplicación del análisis de ubicación, existe un gran interés interdisciplinario en el tema. Las decisiones de ubicación de una planta pueden tener varios objetivos; por ejemplo, minimizar la suma de las distancias ponderadas entre la nueva planta y las otras plantas existentes (lo que se denomina problema de la ubicación minisuma) y minimizar la distancia máxima entre la planta nueva y cualquier planta existente (llamado problema de la ubicación minimáx) Las medidas de las distancias relacionadas con un problema de ubicación de plantas constituyen un elemento importante al formular un modelo analítico. Las medidas de distancia se clasifican como: 1. Rectilínea cuando las distancias se miden a lo largo de trayectorias ortogonales (o perpendiculares) entre sí. Esta medición también se conoce como distancia Manhattan debido a que muchas calles de una ciudad están perpendiculares o paralelas entre sí. Un ejemplo sería un transportador de materiales que se desplaza por pasillos rectilíneos en una fábrica. 2. Euclideana (o en línea recta) en donde las distancias se miden sobre la trayectoria en línea recta entre dos puntos. Un segmento de bandatransportadora recta que comunica dos estaciones de trabajo es un ejemplo de la distancia euclideana. 3. La distancia de la trayectoria de flujo, en donde las distancias se miden sobre la trayectoria real recorrida entre dos. puntos. Por ejemplo, en un sistema de un vehículo con conducción automática, un vehículo en una misión de transporte debe seguir la red de trayectorias guía. Por lo tanto, la distancia de la trayectoria de flujo puede ser mayor en comparación con la distancia rectilínea o euclideana. . Problema de la ubicación de una planta rectilínea Se presenta la notación siguiente: X = (x, y) la ubicación de la planta nueva P = (ai, bi) la ubicación de una planta existente i, j = 1,2,... m Wi una "ponderación" asociada con el viaje entre la planta nueva y la planta existente i d (X, Pi) la distancia entre la planta nueva y la planta existente i

284 284 284


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Se supone que el costo anual del viaje entre la planta nueva y.la planta existente i es proporcional a la distancia entre los puntos X y Pi en donde W i representa la constante de proporcionalidad. El objetivo es Minimizar

En un modelo rectilíneo, las distancias se miden mediante la suma de la diferencia absoluta en sus coordenadas, es decir,

Problema de la ubicación minisuma de una sola planta El problema de la ubicación minisuma se formula así: Minimizar

Como en la ecuación anterior los términos relacionados con x están separados de los términos relacionados con y, los valores óptimos de x y y se pueden calcular de manera independiente. Para encontrar el valor óptimo de x, se emplean dos propiedades matemáticas de tal solución. Por ejemplo, la coordenada x de la planta nueva será igual a la coordenada x de alguna planta existente; y la coordenada x óptima no estará a más de la mitad de lo que la ponderación total está a la izquierda de x y no estará a más de la mitad de lo que la ponderación total está a la derecha de x. Esta última condición se conoce como condición de la mediana (con el fin de evitar sesgo, desviación, variabilidad). Estas dos propiedades también se aplican para establecer el valor óptimo de y. Ejemplo 9.1 Para mostrar cómo se determina la solución óptima para el problema de la minisuma considere un ejemplo relacionado con .la ubicación minisuma de una nueva máquina herramienta para un departamento de mantenimiento. Suponga que ya existen cinco máquinas que tienen una relación de manejo de materiales con la máquina nueva. Las máquinas existentes están en los puntos P 1 = (1, 1), P2 = (5,2), P3 = (2,8), P4 = (4,4), Y P5 = (8,6). El costo por distancia unitaria recorrida es igual entre la máquina nueva y cada máquina existente. Los viajes

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por día entre la máquina nueva y las máquinas existentes son 5, 6, 2, 4 Y 8, respectivamente. Al ordenar las coordenadas x de las ubicaciones nuevas se obtiene la secuencia 1, 2, 4, 5 Y 8, la secuencia de ponderaciones correspondiente es 5, 2, 4, 6 Y 8. El total de las ponderaciones es 25. Como se observa en la Tabla 9.1 Solución de la coordenada x para el ejemplo 9.1 Máquina i

Coordenada ai

Ponderación wi

1 3 4 2 5

1 2 4 5 8

5 2 4 6 8

5 7 11< 25/2 17>25/2 25

*

x = a2 = 5 Tabla 9.2 Solución de la coordenada para el ejemplo 9.1 Máquina i

Coordenada bi

Ponderación wi

1 2 4 5 3

1 2 4 6 8

5 6 4 8 2

5 11< 25/2 15>25/2 23 25

*

y = b4 = 4

8 P3 W3=2

7

P5 W5 = 8

6 5 P4 W4= 4

4

X

*

3 2

P2 W2=6

P1 W1= 5

1 1

2

3

4

5

6

7

8

Figura 9.1 Ubicaciones en la planta de! ejemplo 9.1.

286 286 286


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tabla 9.1, la primera vez que la suma parcial es igual o mayor que la mitad del total se presenta para i = 2; por lo tanto, x* = a2 = 5. De igual modo, como se aprecia en la tabla 9.2, la coordenada y óptima es y* = b 4 = 4. Por lo tanto, X* = (5, 4), como se indica en la figura 9.1. Las trayectorias rectilíneas entre la máquina nueva y cada máquina existente se señalan por medio de líneas de guiones en esa misma figura. La distancia ponderada total resultante de la ubicación x = (5,4) es:

Sino fuera posible ubicar la máquina nueva en el punto (5,4) porque la ubicación coincide con, por ejemplo, un horno de tratamiento térmico, se evalúan los sitios alternos al calcular el valor de ƒ(x) para cada sitio y luego elegir el sitio con el valor ƒ (X) más bajo. Debe señalarse que en el caso donde la suma parcial es igual a un medio de la suma de todas las ponderaciones, la solución incluye todos los puntos localizados entre la coordenada donde ocurrió la igualdad y el valor siguiente de la coordenada. Ejemplo 9.2 En el ejemplo anterior, suponga que no es posible colocar la máquina nueva excepto en los sitios candidatos siguientes: Q1 = (5, 6), Q2 = (4, 2) y Q3 = (8, 4). ¿Cuál elegiría? El cálculo del valor ƒ(X) para X= Qk’ k = 1, 2, 3 produce: ƒ(5, 6) = 45 + 24 + 10 + 12 + 24 = 115 ƒ(4, 2) = 20 + 6 + 16 + 8 + 64 = 114 ƒ(8, 4) = 50 + 30 + 20 +16 + 16 = 132

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10 9 8

2 @(2,8)

7 6 8 @(8, 6) 5 4 4 @(4, 4)

3 2

6 @(5, 2)

1 5 @(1, 1)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

9

Figura 9.2 Ubicaciones de las coordenadas para las máquinas existentes en el ejemplo 9.1

10

9

8

7 6 5 4 3 2 1 0 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Figura 9.3. Líneas horizontales y verticales que intersecan las coordenadasde las máquinas existentes en el ejemplo 9.1

288 288 288


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9

2

8 7

8

6 5

4 4 3 6 2 5 1 0

1 5

0

2 2

3

4

5

4

6

6

8

7

9

1

8

Figura 9.4. Sumas de las ponderaciones en las líneas que intersecan las ubicaciones de las máquinas existentes en el ejemplo 9.1

-25

-15

-3

-11

+25

+9

10

9

2

8 +21

7 8

6 5

4

+5

4 3

6

2

5

1

-3

-10 -25

0 0

1

2

5

2

3

4

5

4

6

6

7

8

9

10

8

Figura 9.5 “Fuerzas”horizontales y verticales netas para las regiones entre las líneas que se intersecan para el ejemplo 9.1

289 289 289


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Por lo tanto, el mejor sitio sería Q2’ sin embargo, Q1 tiene casi el mismo valor ƒ(X). Las consideraciones cualitativas, al igual que las consideraciones cuantitativas no reflejadas en ƒ(X), podrían indicar que Q1 se prefiere a Q2 En general, es posible desarrollar líneas de contorno de iso-costo para ayudar a establecer una ubicación adecuada para la máquina nueva. Para este fin, se puede utilizar software como Matlab, Matemática y otros similares. Si no se cuenta con esas herramientas, se pueden desarrollar líneas de contorno en forma manual con el siguiente procedimiento para la métrica rectilínea. 1. Grafique las ubicaciones de las máquinas existentes y designe las ponderaciones asociadas con cada una, igual que en la figura 9.2 2. Dibuje líneas verticales y horizontales por los puntos de las coordenadas para las máquinas existentes, como sucede en la figura 9.3. 3. Sume las ponderaciones para todas las máquinas existentes que tengan la misma coordenada x e introduzca el total en la parte inferior de la línea vertical que pasa por esa coordenada; realice cálculos similares para las coordenadas y, igual que en la figura 9.4 4. Considere sólo las ponderaciones para las coordenadas x. Si usted está a la izquierda de la máquina existente en el extremo izquierdo, ¿cuánta fuerza lo atrae a usted la derecha? Ésa es la suma de las ponderaciones

Figura 9.6 "Fuerza" resultante para cada región de la cuadrícula definida mediante las líneas verticales y horizontales que se intersecan para el ejemplo 9.1.

290 290 290


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para todas las máquinas. Ahora, suponga que se mueve por el eje x hasta que pasa por la ubicación de la coordenada para la máquina existente más cercana. ¿Cuál es la "atracción" neta que usted siente? Es la suma de las atracciones hacía la derecha) menos la suma de las atracciones hacia la izquierda. Para cada región entre las coordenadas x, determine la atracción neta. Considere positivas las atracciones hacia la derecha y negativas las atracciones hacia la izquierda. Efectúe los mismos cálculos para el movimiento sobre el eje y. Para el ejemplo, las atracciones netas determinadas sobre el eje x aparecen en la parte superior de la figura 9.5; las atracciones netas logradas sobre el eje y se observan en el lado derecho de la figura 9.5. 8 7 6 5 4 3 2 1 1

2

3

4

5

6

7

8

Coordenada x Figura 9.7 Líneas de contornos para el ejemplo 9.1.

5. Las líneas de contorno de iso-costo designan movimiento sin cambio en el valor de la función objetivo. Para cada región de la cuadrícula encerrada por las líneas horizontales y verticales que pasan por las ubicaciones de las coordenadas de las máquinas existentes, la pendiente de la línea de contorno es igual a valor negativo de la proporción de la atracción horizontal neta y la atracción vertical neta. Las pendientes para el ejemplo se presentan en la figura 9.6. 6. Una línea de contorno de iso-costo también se desarrolla a partir de cualquier punto de coordenada al dibujar una línea sobre ese punto con la pendiente calculada. Cuando se alcanza la región límite de la cuadrícula, la pendiente de la línea de contorno cambia a la de la región de la cuadrícula introducida. Al seguir dibujando la línea de contorno y variar la pendiente conforme se introducen diferentes regiones de la cuadrícula, se cerrará el contorno en el punto inicial para la línea de contorno. La figura 9.7 presenta las líneas de contorno de iso-costo para la función rectilínea.

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Problema de la ubicación minimáx de una sola planta En el caso de distancias rectilíneas, el problema de la ubicación minimáx se obtiene mediante Minimizar ƒ(x) = máx Para obtener la solución minimáx, suponga que C1 = mínimo (ai + bi) C2 = máximo (ai + bi) C3 = mínimo (- ai + bi) C4 = máximo (- ai + bi) Se puede demostrar que las soluciones óptimas para el problema de la ubicación minimáx son todos los puntos en el segmento de una línea que conectan el punto

y el punto

en donde c5 = máx (c2 – c1, c4 – c3 ). La distancia máxima será igual a c5/2. Modelo de ubicación de una planta Problema de la ubicación de una planta y/o al problema de la ubicación de un almacén se le ha concedido gran atención en la literatura de investigación. En seguida se presenta una formulación matemática de una versión del problema de la ubicación de una planta: Minimizar

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Sujeto a

yij ≥ para todas las i, j xj =(0, 1) para toda j en donde m = el número de clientes n = el número de sitios para las plantas yij= la proporción de demanda del cliente i suministrada por una planta en el sitio j Xj = 1, si una planta se ubica en el sitio j; de lo contrario, 0 cj = el costo de suministrar toda la demanda del cliente i desde una planta ubicada en el sitio j. ƒj = el costo fijo de ubicar una planta en el sitio j La función objetivo produce el costo de ubicar plantas en los sitios correspondientes a los valores de la variable positiva x¡. El primer conjunto de n restricciones indica que la proporción total de la demanda de un cliente suministrada por una planta ubicada en el sitio j es igual a cero cuando xj, tome el valor de cero o no puede ser mayor que el número de clientes cuando xj es igual a uno. El segundo conjunto de m restricciones asegura que toda la demanda debe satisfacerse para el cliente i por medio de alguna combinación de plantas. Las restricciones de no negatividad en yij y las restricciones de cero uno en x¡ completan la formulación de la programación entera mixta.

Ejemplo 9.3 Con el propósito de alentar el análisis del problema de la ubicación de una planta, suponga que existen cinco sitios potenciales para un almacén nuevo: A,..., E y los principales clientes de la empresa están en cinco ciudades: 1,..., 5. Los costos anuales de cumplir las demandas de los clientes en una ciudad para cada sitio aparecen en la tabla 9.3. También se presenta el costo fijo anual de ubicar un almacén nuevo en cada sitio. Si sólo se va a construir un almacén, ¿qué sitio preferiría usted? Elegir el sitio A produce un costo anual de $19 900, incluyendo el costo del almacén. Los costos totales anuales para los sitios restantes son: $17 700, $9 600,

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES, ARTES Y HUMANIDADES CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES Tabla 9.3 Datos para el ejemplo 9.3 Sitios para un almacén

Ubicación. Del cliente

A

B

C

D

E

1 2 3 4 5 Costos fijos

100 1500 2500 2800 10000 3000

500 200 1 200 1 800 12000 2000

1800 2600 1 700 700 800 2000

1 300 1 400 300 800 8000 3 000

1 700 1 800 1 900 800 900 4 000

14 800 y $11 100. Por lo tanto, se seleccionaría el sitio C. Note que si se coloca un almacén en el sitio C éste atenderá las ciudades 4 y 5, sin tomar en cuenta las decisiones subsecuentes de ubicar almacenes en otros sitios. Suponga que decidimos colocar un almacén en el sitio A, junto con el almacén en el sitio C. ¿Cuál sería la reducción en el costo anual total, en caso de que exista? El sitio A atendería las ciudades 1 y 2 con ahorros de estos de $1 700 + $1 100 = $2 800, el cual es menos del costo fijo de $3 000 de ubicar un almacén en A. Ubicar un almacén en el sitio B produce ahorros de costos de $1 300 + $2 400 + $500 = $4 200 para las ciudades 1, 2 y 3; debido a que los ahorros en costos son de $2 200 mayores que el costo fijo de $2 000, el sitio B es un Candidato viable para un almacén adicional. Poner un almacén en el sitio D produce ahorros anuales de $3 100 comparados con el costo fijo de $3 000. El sitio E genera ahorros anuales de $100 para la ciudad 1 a un costo fijo de $4.000. Se pondrá un segundo almacén en el sitio B porque allí ocurren los ahorros anuales netos más grandes. El nuevo costo total anual es ($9 600 - $4 200) + $2 000 = $7 400. Se ha asignado almacenes a los sitios B y C. Si se agrega un tercero, los ahorros anuales netos resultantes de ubicar el tercer almacén en el sitio j, por NAS serán: NAS(A) = 400 - 3 000 = -2 600 NAS(D) = 900 - 3 000 = -2 100 NAS(E) = O - 4 000 = -4 000 Por lo tanto, no se justifican almacenes adicionales y sólo se pondrán almacenes en los sitios B y C por un costo anual total de $7 400. El enfoque de seguir agregando almacenes a los sitios que tienen los ahorros anuales netos positivos más grandes no garantiza la obtención de una solución óptima. En particular, puede ocurrir que una adición subsecuente de almacenes provoque que no sea óptima una decisión anterior de agregar un almacén. Un enfoque que se emplea para superar de manera parcial tal posibilidad es descartar el sitio del almacén que produce los ahorros anuales más grandes. Se haría una comprobación de las "eliminaciones" factibles después de cada comprobación de las "adiciones" factibles.

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9.3 MODELOS ESPECIALES DE DISPOSICIÓN DE PLANTAS Las soluciones se limitarán a ubicaciones discretas. Además, se considerarán las instalaciones que ocupan mayor espacio y sus ubicaciones respectivas en un intento de encontrar la mejor disposición. Entre los ejemplos de instalaciones que ocupan espacio están el entorno de trabajo de una máquina herramienta y el área requerida para guardar los materiales en un almacén. Problema de la asignación cuadrática Los problemas de ubicación-asignación implican determinar el número y la ubicación de plantas nuevas. En algunas situaciones, se conoce de antemano el número de plantas nuevas y el problema de la decisión entraña sólo ubicar las plantas nuevas. Tal problema se considera de asignación porque el problema se reduce a asignar plantas nuevas a los sitios. Si no. se presenta una interacción entre las plantas nuevas, de modo que sólo nos preocupa ubicarlas en relación con las existentes, se considera un problema de asignación lineal. Cuando existe interacción entre las plantas nuevas, se habla de un problema de asignación cuadrática (PAC). La siguiente es una formulación matemática del problema: Minimizar

Sujeto a:

Xjk = (0, 1) para todas las j y k en donde cjkbl es el costo de asignar la planta nueva j al sitio k cuando la planta nueva b se asigna al sitio l. Generalmente se manejan procedimientos heurísticos para resolver los problemas de asignación cuadrática. Casi siempre estos procedimientos heurísticos de solución se clasifican como de construcción y de mejoramiento. Los procedimientos de construcción generan una solución "a partir de cero"; por

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ejemplo, las plantas se van ubicando una a la vez hasta terminar con todas. Los procedimientos de mejoramiento comienzan con todas las plantas ubicadas y buscan modos de mejorar la solución al intercambiar o cambiar sus ubicaciones. Se presenta un procedimiento de mejoramiento simple que se basa en el procedimiento CRAFT. Se conoce como el método de intercambio pareado (en dos sentidos) de disminución más abrupta. Comienza con una solución inicial en donde cada planta se asigna a un sitio. (Por supuesto, no se pueden asignar dos plantas al mismo sitio.) Luego, se consideran todos los intercambios pareados y se efectúa el intercambio que produce la máxima reducción en el costo total. El proceso continúa hasta que no se encuentran intercambios pareados que produzcan una reducción en el costo total. La solución resultante, que no necesariamente es un óptimo global, se conoce como la solución 2-opt debido a que ningún intercambio pareado puede reducir más el costo total. Ejemplo 9.4 Suponga que se van a colocar cuatro máquinas en un taller. A continuación aparecen la matriz de flujo desde-hacia, F, para las máquinas (de la A a la D) y la matriz de las distancias, D, para los cuatro sitios (del 1 al 4): Matriz de flujo (F) A

B

C

D

A

5

2

0

B

0

2

3

C

3

4

0

D

0

0

5

Matriz de distancia (D) 1

2

3

4

1

5

10

4

2

4

6

7

3

8

5

5

4

6

6

5

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Observe que la matriz de distancias es asimétrica. Por lo tanto, en lugar de convertir los valores de flujo de un lugar a otro a valores entre flujos, se deja la matriz de flujo F en su forma actual (es decir, la dirección del flujo es relevante). Suponga que la solución inicial es (A:1, B:2, C:3, D:4); es decir, la planta A se asigna al sitio 1, la Planta B se asigna al sitio 2 y así sucesivamente. El primer valor de flujo diferente de cero en F es un flujo de 5 unidades de la planta A a la B, él cual se multiplica por 5 unidades de distancia (es decir, la distancia del sitio 1 al 2). El siguiente valor diferente de cero en F es un flujo de 2 unidades de la planta A a la C, el cual se multiplica por 10 unidades de distancia (es decir, la distancia del sitio 1 al 3), y así sucesivamente. El costo total resultante se logra con (5 X 5) + (2 X 10) + (2 X 6) + (3 X 7) + (3 X 8) + (4 X 5) + (5 X 5) = 147 unidades, el cual también aparece bajo la columna "Solución inicial" de la tabla 9.4. El intercambio pareado de las máquinas conduce a seis pares posibles. Como se aprecia en la tabla 9.4, estos pares son (AB), (AC), (AD), (BC), (BD) y (CD). Enfatizamos que, una vez que intercambiamos, por ejemplo, las máquinas A y B y calculamos el nuevo costo total, devolvemos las máquinas A y B a sus ubicaciones actuales antes de calcular el costo de intercambiar las máquinas A y C. En otras palabras, no se acumulan los intercambios; más bien, cada intercambio se investiga uno a la vez en relación con la solución actual (o inicial) Tabla 9.4 Resultados de los intercambios pareados para la solución inicial para el ejemplo 9.4 Distancias Pares de Flujos Intercambios pareados Solución plantas inicial AB AC AD BC BD CD 5 AB 5 4 5 6 10 4 5 2 AC 10 6 8 5 5 10 4 2 BC 6 10 4 6 5 5 7 3 BD 7 4 7 4 5 6 6 3 CA 8 5 10 5 4 8 6 4 CB 5 8 5 5 6 5 6 5 DC 5 5 6 10 6 6 5 5 Costo total 147 136 150 149 151 142 132 Tabla 9.5 Resultados de intercambios pareados para la primera solución mejorada para el ejemplo 9.4 Distancias Pares de Flujos Intercambios pareados Solución plantas inicial AB AC AD BC BD CD 5 AB 5 4 6 5 4 10 5 2 AC 4 7 6 5 5 4 10 2 BC 7 4 4 7 6 5 6 3 BD 6 10 6 4 5 5 7 3 CA 6 6 4 5 4 6 8 4 CB 6 6 5 6 7 5 6 5 DC 5 5 8 4 5 7 5 5 Costo total 132 139 140 120 122 156 147

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Al intercambiar las máquinas A y B, se obtiene (A: 2, B: 1, C: 3, D: 4), lo cual produce los valores de distancias que se muestran en la tabla 10.5 en la columna denominada "AB". El costo total resultante es igual a 136 unidades, que es mejor que la solución inicial, pero necesitamos explorar los pares restantes. Con el siguiente par (AC), se obtiene (A: 3, B: 2, C: 1, D: 4), lo cual produce un costo total de 150 unidades. Los valores del costo total para los cuatro pares restantes aparecen en la tabla 9.4 En la dirección de la disminución más abrupta (es decir, el par que produce la reducción más grande en el costo total), intercambiamos las máquinas C y D para conseguir una solución nueva proporcionada por (A: 1, B: 2, C: 4, D: 3) para un costo total de 132 unidades. Tomando esta solución como la actual, evaluamos otra vez todos los intercambios pareados posibles. Los resultados se presentan en la tabla 9.5, en donde la nueva solución que logramos se representa mediante (A: 3, B: 2, C: 4, D: 1) con un costo total de 120 unidades. Después de tomar (A: 3, B: 2, C: 4, D: 1) como la solución actual y de considerar otra vez todos los intercambios pareados posibles, encontramos que ningún otro intercambio produce un costo total menor de 120 unidades. Por lo tanto, detenemos el procedimiento con una solución 2-opt de 120 unidades. El procedimiento de mejoramiento antes descrito, termina con la primera solución "local óptima" (en este caso, 2-opt) que halla. Además, no permite aumentos temporales en el costo total en previsión de encontrar una solución mejor después. Como resultado, la calidad de la solución final depende mucho de la solución con la que comenzó el procedimiento. Ya sea que se emplee un procedimiento de disminución más abrupta o de recocido simulado, necesitamos reconocer que ambos procedimientos son heurísticos y que, a menos que se efectúen numerosas pruebas, seguiremos preguntando qué tan buena es la solución final y qué tan lejos está su costo total de la solución globalmente óptima. Por supuesto, éste es un problema complejo de abordar dado que el PAC es un problema difícil de resolver y no sabemos cuál puede ser el costo total de la solución globalmente óptima. Sin embargo, en algunos casos, el cálculo de una cota inferior (LB:) para el costo total puede indicarnos la calidad de la solución final que conseguimos con los procedimientos heurísticos anteriores. Las cotas inferiores cumplen una función importante en muchos problemas de optimización combinatoria, pero un tratamiento profundo del tema está más allá de nuestro alcance. Más bien, al utilizar los datos para el ejemplo 9.4, mostraremos una cota inferior muy sencilla desarrollada para el PAC. La cota inferior que mostramos es razonablemente "fuerte" para instancias pequeñas del problema. (Se han desarrollado cotas más sofisticadas para instancias más grandes del PAC. En referencia a las tablas 9.4 y 9.5, note que el costo total se calcula al multiplicar un conjunto (o vector) de valores del flujo por un conjunto (o vector) de valores de la distancia. Por supuesto, el valor de distancia adecuado con el que se multiplica cada valor de flujo depende de la ubicación de las plantas, pero siempre 298


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multiplicamos dos vectores. En matemáticas, se sabe que la multiplicación de dos vectores (o sea, el producto interno) se minimiza si los dos vectores se ordenan en direcciones opuestas. En el ejemplo 10.6, suponga que ordenamos todos los valores del flujo en orden no decreciente y todos los valores de distancia en un orden no creciente. Al tomar el producto interno de los dos vectores tenemos LB1 = ƒ• d = (0, 0, 0, 0, 0, 2, 2, 3, 3, 4, 5, 5) • (10, 8, 7, 6, 6, 6, 5, 5, 5, 5, 4, 4) = 112 unidades Por lo tanto, no importa a dónde asignemos cada planta, no podemos encontrar una solución con un costo total menor que 112 unidades. Claro que puede no haber una asignación factible de plantas a sitios que produzca un costo total de exactamente 112 unidades. Esto debe ser evidente a partir de la manera en que clasificamos los dos vectores sin considerar los valores del flujo asociados con las plantas particulares y los valores de las distancias asociadas con sitios particulares. Sin embargo, la posibilidad de alcanzar (es decir, hallar una solución con un costo total igual a 112 unidades) no es nuestro propósito principal al desarrollar una cota inferior. De hecho, si encontráramos una solución que alcance un costo total de 112 unidades, sabríamos que es la solución globalmente óptima No obstante" como ya se menciono, encontrar la solución globalmente óptima es en sí misma una tarea muy difícil. Por esta razón, se suele manejar una cota inferior no en términos de llegar a la solución óptima, sino para probar la calidad de una solución heurística. Para el ejemplo anterior, descubrimos que nuestra solución 2-opt (120 unidades) está aproximadamente 7% por encima de la cota inferior (112 unidades). Dado que la solución globalmente óptima no puede ser menor que 112 unidades, se concluye que nuestra solución 2-opt es cuando mucho 7% más grande que la solución globalmente óptima. Por supuesto nuestra solución 2-opt puede ser globalmente óptima, pero eso no lo podemos saber. (Señalamos que las cotas inferiores se utilizan mucho dentro de los procedimientos de ramificación y acotamiento y otros de enumeración implícita; tal tipo de uso de las cotas inferiores está más allá de nuestro alcance.) Entre "más fuerte" sea un límite inferior, más útil se vuelve para propósitos de optimización o de evaluación. Por ejemplo, en el ejemplo 9.4, todos los valores de distancias y todos los valores de flujos son mayores o iguales a cero. Así, cualquier solución debe tener un costo total mayor o igual a cero, lo cual constituye una cota inferior muy "débil" pues sólo dice que la solución globalmente óptima está entre 0 y 120 unidades. Esta no es información muy útil comparada con decir que "la solución globalmente óptima está entre 112 y 120 unidades". Asimismo, esto debe aclarar que existen muchas cotas inferiores posibles para un problema específico (en otras palabras, no hay una cota inferior única). De hecho, en términos generales, entre más información y estructura del problema seamos capaces de captar, más fuerte será la cota inferior. Sin embargo, también debemos tomar en cuenta el esfuerzo computacional; capturar más información o estructura para determinar la cota inferior a menudo conlleva que se gaste más tiempo para calcular la cota.

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¿Cómo se puede fortalecer la cota inferior que calculamos en el ejemplo 9.4? Como ya lo mencionamos, existen numerosos esquemas sofisticados de acotamiento realizados para el PAC. Considere el costo de asignar la planta A al sitio 1. Por supuesto, la dificultad principal con el PAC es que no podemos calcular el costo exacto de esta asignación a menos que conozcamos con exactitud en qué sitios están las plantas B, C y D. Sin embargo, podemos calcular una cota inferior para el costo de asignar la planta A al sitio 1 incluso si no conocemos la ubicación de las otras plantas. Si la planta A está en el sitio 1, los flujos que salen de la planta A (los flujos de 0, 2 y 5 unidades) tendrían que multiplicarse con los valores de las distancias que salen del sitio 1 (distancias de 4, 5 y 10 unidades). Como ignoramos dónde están las otras plantas, no sabemos por qué valor de distancia debe multiplicarse cada valor del flujo. A pesar de ello, no importa por qué valor de distancia se multiplique cada flujo, se puede conseguir de nuevo una cota inferior del valor de esta multiplicación con sólo arreglar los dos vectores en cuestión en direcciones opuestas. Es decir, el producto interno de (0, 2, 5) por (10, 5, 4), lo cual produce 30 unidades, lo cual es una cota inferior. Al repetir el mismo procedimiento para los flujos que entran a la planta A y las distancias que entran al sitio 1, obtenemos (0, 0,3) (8, 6,4) = 12 unidades. Por lo tanto, no importa la ubicación de las plantas B, C y D, el costo de asignar la planta A al sitio 1 es mayor o igual que 30 + 12 = 42 unidades. Al repetir el procedimiento anterior para los sitios y las plantas restantes creamos la matriz de asignación de la tabla 9.6a. Observe que la matriz resultante es el conocido problema de la asignación (lineal), el cual es sencillo resolver de manera óptima. Con el método húngaro, obtenemos la solución óptima de la tabla 9.6b. Se advierte que la solución de la tabla 9.6b es óptima para el problema de la asignación lineal; pero no es necesariamente óptima para el problema de la asignación cuadrática original porque cada celda de la tabla 9.6a es sólo una cota inferior para el costo real, en lugar del costo real mismo. El costo total de la solución óptima para el problema de la asignación lineal es igual a 42 + 67 + 81 + 40 = 230 unidades. Nuestra solución heurística tiene un costo total de 120 unidades. Por supuesto, es imposible que una cota inferior sea mayor que el costo total de cualquier solución heurística. La razón de que obtuviéramos 230 unidades es que cada "interacción" en la tabla 9.6a se cuenta dos veces cuando sumamos los costos de asignación. Es decir, cuando calculamos la cota inferior sobre el costo de asignar, por ejemplo, la planta A al sitio 1, consideramos el flujo que tiene con las plantas B, C y D. Sin embargo, cuando calculamos después la cota inferior sobre el costo de asignar, por ejemplo, la planta B al sitio 2, incluimos su interacción con la planta A. Así, cada valor (flujo X distancia) se cuenta dos veces. Para compensar esto, dividimos 230 entre 2 para lograr una cota inferior nueva (más fuerte) de LB2 =115 unidades. (Recuerde que LB1 = 112 unidades.) Por esto, ahora podemos afirmar que la solución globalmente óptima está entre 115 y 120 unidades y que nuestra solución heurística está cuando mucho 4.3% por encima de la solución global óptima. 300


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Tabla 9.6 Cota inferior basada en la asignación para el ejemplo 9.4

A B C D

1 42 66 79 32

2 47 69 81 35

3 50 74 92 40

4 49 67 82 37

a. Cota inferior para los costos de asignación

A B C D

1 42 66 79 32

2 47 69 81 35

3 50 74 92 40

4 49 67 82 37

b. Solución óptima para el problema de la asignación lineal

El PAC tiene muchas aplicaciones en la planificación de plantas (incluyendo la ubicación de plantas) y otras áreas de la ingeniería industrial. Asimismo, posee aplicaciones en la ingenien eléctrica (por ejemplo, diseño de tableros de circuitos) al igual que en la economía. Como resultado, el PAC ha recibido gran atención por parte de los investigadores y sigue siendo un área de investigación muy activa. 9.4 MODELOS DE DISPOSICIÓN PARA MÁQUINAS Sin embargo, existen otros aspectos de diseño que afectan los problemas de disposición de una máquina, los cuales no se abordaron en los modelos anteriores. En particular, mencionaremos los dos siguientes: a. Los puntos de interacción para las partes que llegan y salen para las máquinas individuales suelen estar en lugares fijos en relación con todo el entorno de trabajo de la máquina. b. Deben proporcionarse espacios mínimos entre las máquinas para permitir el mantenimiento y el servicio a las máquinas, así como para los dispositivos de manejo de materiales y las áreas de almacenamiento en proceso. Con base en estos dos factores, se aprecia que la posición relativa de dos máquinas adyacentes produciría dos valores diferentes para, por ejemplo, la distancia total por la que se mueven las partes entre las dos máquinas. Existen diversas formulaciones para el problema de la disposición de una máquina; por ejemplo, disposiciones circular, lineal de una sola fila, lineal de dos filas y de máquinas agrupadas. Suponga que = la ubicación del punto de recolección para la máquina i, i =1,2,... n 301


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= la ubicación del punto de entrega para la máquina i = la anchura de la máquina i con orientación paralela al pasillo ai j= la holgura mínima entre las máquinas i y j cij = el costo por viaje por distancia unitaria de la máquina i a la máquina y = el total de viajes con carga de manejo de materiales de la máquina i a la máquina j . = el total de viajes vados de manejo de materiales de la máquina i a la máquina j. La formulación de un modelo de una sola fila es la siguiente: Minimizar

La función objetivo proporciona el costo total de manejo de materiales en donde ,

distancia de viaje con carga distancia de viaje vacío (sin carga)

Para simplificar, supondremos que el punto de recolección/entrega de cada máquina está a la mitad sobre la orilla del área de trabajo de la máquina paralela al pasillo. Por lo tanto, Asimismo, Las restricciones siguientes aseguran que las posiciones de las áreas de trabajo de la maquina satisfacen las holguras requeridas entreoías máquinas.

La solución directa para el modelo anterior implica una transformación de los términos de valor absoluto en la función objetivo y en las restricciones. En vez de eso, a continuación describimos un procedimiento tipo desarrollo. Paso 1. Seleccione las primeras dos máquinas que van a entrar a la disposición calculando máx {cij fij}. El fundamento de la elección del par de máquinas y con el máximo valor cij fij es que este valor produce el máximo aumento del costo cuando

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la distancia entre ellos se establece más lejana. La solución se representa como {i*, j*} Paso 2. Ponga i* y j* una junto a la otra. Dado que los puntos de recolección/entrega están a la mitad de la orilla de la anchura de la máquina, no habría diferencia en el costo total entre el orden de colocación y el ordena

Paso 3. Luego, seleccione la máquina siguiente, representada por k*, para ubicarla en la disposición y determinar su ubicación en relación con las que ya están dispuestas. El orden de colocación es La elección * de k se basa en evaluar el costo relativo de colocación, RCP, de poner la máquina k al lado izquierdo o derecho del conjunto de máquinas que ya están dispuestas. La función de evaluación es Paso Paso 4.Repita el paso 3 hasta que todas las máquinas estén asignadas.

9.5 MODELOS PARA ALMACENAMIENTO CONVENCIONAL Se analizaran modelos de métodos diversos de almacenar y recuperar productos. Se determinaran las configuraciones "óptimas" de los sistemas de almacenamiento en los cuales se guardan y se recuperan las cargas unitarias con métodos convencionales. En particular, consideraremos el almacenamiento y la recuperación de cargas unitarias por medio de montacargas de operación manual. Apilamiento en bloques El apilamiento en bloques implica guardar cargas unitarias en pilas dentro de las filas de almacenamiento. Se suele emplear cuando se van a almacenar grandes cantidades de pocos productos y el producto se puede apilar a una altura razonable sin que se aplaste la carga. A menudo, las cargas unitarias se apilan en tres niveles en filas de 10 o más cargas de profundidad. La práctica del apilamiento en bloques.es común para alimentos, bebidas, aparatos electrónicos y productos de papel, entre otros. Un aspecto importante en eL diseño es la profundidad de las filas de almacenamiento; Por lo general, el apilamiento en bloques permite un buen uso del espacio a un costo de inversión bajo. Así, casi siempre se utilizan filas de almacenamiento con profundidad de 15, 20, 30, o más cargas.

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Durante el ciclo de almacenamiento y recuperación de un lote de productos, se producen espacios vacíos en una fila de almacenamiento. Para conseguir una rotación tipo primeras entradas-primeras salidas (PEPS: FIFO), estos espacios vacíos no pueden usarse para almacenar otros productos o lotes hasta que se han retirado todas las cargas de la fila. La pérdida de espacio resultante de estos lugares no empleados se conoce como "pérdida por formación de panales"; el apilamiento en bloques se ve afectado por la formación de panales horizontales y verticales. El diseño de un sistema de almacenamiento con apilamiento en bloques se caracteriza por la profundidad de la fila de almacenamiento (x), el número de filas requerido para un lote de un determinado producto (y) y la altura de la pila (z), en donde las variables de decisión x, y y z deben tomar valores enteros. Si la altura de la pila es fija., la variable de decisión importante es .la profundidad de la fila de almacenamiento. Entre los factores que afectan la profundidad de fila óptima para un solo producto están el tamaño del lote, las dimensiones de una carga, la anchura de los pasillos, las holguras de una fila, las alturas de apilamiento admisibles, los tiempos de almacenamiento/recuperación y la distribución del almacenamiento/recuperación. Para varios productos, deben tomarse en cuenta otras variables de decisión. Por ejemplo, debe determinarse el número óptimo de profundidades de fila únicas, las profundidades de fila, la asignación de productos a las profundidades y los requerimientos de espacio agregados. Se utiliza la notación siguiente: S = la cantidad promedio de espacio de piso que se necesita durante la vida de un lote de almacenamiento SBS = la cantidad promedio de espacio de piso requerida, con el apilamiento en bloques y sin existencias de seguridad SBSSS = la cantidad promedio de espacio de piso demandada, con el apilamiento en bloques y con existencias de seguridad = aproximación continua a la cantidad promedio de espacio de piso necesaria, con el apilamiento en bloques y sin existencias de seguridad = una aproximación continúa a la cantidad promedio de espacio de piso requerida, con el apilamiento en bloques y con existencias de seguridad SDL = la cantidad promedio de espacio de piso requerida, con almacenamiento en carril profundo y sin existencias de seguridad SDLSS la cantidad promedio de espacio de piso que se necesita, con almacenamiento en carril profundo y con existencias de seguridad La aproximación continúa a la cantidad promedio de espacio de piso demandada, con almacenamiento en carril profundo y sin existencias de seguridad = una aproximación continúa a la cantidad promedio de espacio de piso que se requiere con almacenamiento en carril profundo y con existencias de seguridad

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SDD = la cantidad promedio de espacio de piso requerida, con almacenamiento de doble profundidad y sin existencias de seguridad SDDSS = la cantidad promedio de espacio de piso necesaria, con almacenamiento de doble profundidad y con existencias de seguridad SSD = la cantidad promedio de espacio de pisoque se necesita, con almacenamiento de profundidad única y sin existencias de seguridad SSDSS= la cantidad promedio de espacio de piso demandada, con almacenamiento de profundidad única y con existencias de seguridad Q = el tamaño de un lote de almacenamiento, en cargas unitarias s = las existencias de seguridad, en cargas unitarias W = la anchura de una carga unitaria L = la longitud o profundidad de una carga unitaria c = la holgura lado al lado entre cargas unitarias y entre una carga unitaria y una barra de anaquel vertical r = la anchura de una barra de anaquel vertical A = la anchura de un pasillo de almacenamiento ƒ= la profundidad del espacio espalda contra espalda entre las secciones de un anaquel x = la profundidad de una fila o carril de almacenamiento, en cargas unitarias xBS = la profundidad óptima de una fila de almacenamiento, en cargas unitarias, con apilamiento en bloques = una aproximación continúa de la profundidad óptima de una fila de almacenamiento, en cargas unitarias, con apilamiento en bloques xBSSS = la profundidad óptima de una fila de almacenamiento, en cargas unitarias, con apilamiento en bloques y con existencias de seguridad una aproximación continua de la profundidad óptima de una fila de almacenamiento, en cargas unitarias, con apilamiento en bloques y con existencias de seguridad xDL = la profundidad óptima de un carril de almacenamiento, en cargas unitarias, con almacenamiento en carril profundo Una aproximación continúa de la profundidad óptima de un carril de almacenamiento, en cargas unitarias, con almacenamiento en carril profundo XDLSS = la profundidad óptima de un carril de almacenamiento, en cargas unitarias, con almacenamiento en carril profundo y existencias de seguridad = una aproximación continúa de la profundidad óptima de un carril de almacenamiento, en cargas unitarias, con almacenamiento en carril profundo y existencias de seguridad z = la altura del almacenamiento, en cargas unitarias o niveles de almacenamiento y = el número de filas de almacenamiento requeridas para alojar Q cargas unitarias con apilamiento en bloques = el entero más pequeño, mayor o igual que Q/xz v = el número de carriles de almacenamiento necesarios para alojar Q cargas unitarias con almacenamiento en carril profundo = el entero más pequeño, mayor o igual que Q/x

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el número promedio de filas de almacenamiento que se requieren durante la vida de un lote de almacenamiento, con apilamiento en bloques = el número promedio de filas de almacenamiento necesarias durante la vida de un lote de almacenamiento, con almacenamiento en carril profundo Para motivar el desarrollo de un modelo de la cantidad promedio de espacio de piso requerida cuando se utiliza apilamiento en bloques, observe que la cantidad promedio de espacio de piso que se necesita es igual a la huella de una fila de almacenamiento (incluyendo la mitad del pasillo y holguras lado a lado) por el número promedio de filas de almacenamiento que se requieren durante la vida de un lote se almacenamiento de un producto. Por lo tanto, SBS =

Ejemplo 9.5 Para ilustrar el cálculo de , suponga que el nivel de inventario durante la vida de un lote de almacenamiento particular se obtiene mediante Periodo 1 2 3 4 5

Nivel de inventario 15 14 13 12 11

Periodo 6 7 8 9 10

Nivel de inventario 10 9 8 7 6

Periodo 11 12 13 14 15

Nivel de inventario 5 4 3 2 1

Si x = 2 y z = 3, ¿cuál será la distribución del número de filas de almacenamiento requeridas durante la vida del lote de almacenamiento?

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Nº de filas de almacenamiento 3 2 1

Periodos 1,2,3 4,5,6,7,8,9 10,11,12,13,14,15

Nº de periodos 3 6 6

Por lo tanto, el número promedio de filas de almacenamiento será = 3(3/15) + 2(6/15) + 1(6/15) = 27/15 = 1.8. . Cuando el nivel de inventario en el periodo k, Ik , es igual a Q + 1 - k (es decir, retiro uniforme, una carga unitaria por periodo), el valor de | se consigue con la relación siguiente:

Dado que la suma de los enteros de 1 a n — 1 es igual a n(n — 1)/2, entonces

lo cual se reduce a

Note que se llenarán y — 1 filas de almacenamiento al momento de comenzar el ciclo de retiro. La única fila parcial se vaciará primero; el número de cargas unitarias en la fila parcial es igual a Q - (y - 1) xyz. Por lo tanto se obtiene

Como SBS no es una función convexa de x, para obtener su mínimo es necesario hacerlo por enumeración en x, Observe que el valor óptimo de x no dependerá de W o de c.

Aproximación continúa Para valores grandes de Q, se puede emplear una aproximación continua a SBS haciendo Q = xyz . Al reemplazar y con Q/xz y xyz con Q se obtiene . Al derivar a con respecto a x, igualándola a cero, y al despejar x se obtiene una aproximación continua para el valor óptimo de x,

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Ejemplo 9.6 Suponga que L = 48", W = 50", A = 156", c = 10", z = 3, Q = 25 y s = 10. ¿Cuál será el valor óptimo de x? De una enumeración con base en x, se obtienen los siguientes valores para SBSSS. Por lo tanto, XBSSS y x = 5 es la siguiente mejor profundidad de fila. x

y

1 2 3 4 5 6 7 8 9

9 5 3 3 2 2 2 2 1

SBSSS

310.50 ft2 238.21 206.14 221.79 208.21 226.57 241.50 253.00 212.50

Aproximación continúa para existencias de seguridad Una aproximación continua para la condición que considera existencias de seguridad se consigue al sustituir a xyz por Q y al reemplazar a y con Q/xz en Las expresiones resultantes para la cantidad promedio de espacio y la profundidad de fila óptima son

Y

xcBSSS = [A(Q + 2s)/2Lz]1/2 Almacenamiento en carril profundo El almacenamiento en carril profundo se ilustra en la figura 9.8

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0.5f

xL

W

L

0.5A

r

c

W + r + 2c Figura 9.8 Almacenamiento en carril profundo.

En el almacenamiento en carril profundo no hay pérdida por panales verticales. La profundidad de la huella de un carril profundo es igual a la mitad de la suma del pasillo de almacenamiento y el espacio en la parte posterior del carril profundo; la anchura de la huella es la suma de la anchura de la carga unitaria, dos holguras y la anchura de la barra del anaquel vertical. Con el almacenamiento en carril profundo, cada carril profundo es independiente de los otros carriles, tanto en el sentido horizontal como en el vertical. La asignación de espacio cuadrado para un carril implica un prorrateo de la huella entre el número de niveles de almacenamiento. De ese modo, la cantidad promedio de espacio de piso requerida para un carril profundo de almacenamiento se obtiene con (W + 2c + r )[xL + 0.5( A + ƒ )] / z.

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La cantidad promedio de carriles profundos de profundidad x que se necesitan durante la vida de un lote se alcanza mediante

Por lo tanto,

Una aproximación continua para el almacenamiento en carril profundo con existencias de seguridad produce:

y x cDLSS = [ (A + ƒ)(Q + 2s)/2L]1/2 Ejemplo 9.7 Suponga que Q = 147, s = 29, L = 50", W = 42", c = 10"J= 6", A = 144" y z = 3. Con el almacenamiento en carril profundo, ¿cuál es la profundidad óptima del carril? Una aproximación continua produce un valor de 17.535. Así, parece que 17 o 18 cargas unitarias es la profundidad óptima de carril. Sin embargo, cuando se minimiza mediante enumeración de x, se obtienen los resultados siguientes: x 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

v 11 10 10 9 9 8 8 7 7 7 7 6

2

SDLSS(ft ) 12 550.69 12 432.29 12 638.89 12 487.50 12 675.00 12 470.83 12.661.11 12 359.38 12 565.97 12 743.40 12 891.67 12 532.29

Por lo tanto, si se utiliza una profundidad de carril de 17, el valor resultante de S será sólo 1.04% mayor de lo que se conseguiría al emplear la profundidad de carril óptima de 21, (Si se maneja una profundidad de carril de 18, el espacio de piso resultante será 2.55% mayor que el valor mínimo.)

Almacenamiento en anaqueles para tarimas de doble profundidad Dados los resultados para el almacenamiento en carril profundo (figura 9.9), es relativamente fácil calcular el valor de S para instalaciones de anaqueles de almacenamiento de doble profundidad. El almacenamiento de doble profundidad 310 310 310


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es un caso especial del almacenamiento de carril profundo con x = 2. Con el almacenamiento de doble profundidad, se pueden guardar dos cargas una junto a la otra en una apertura de tarimas en una viga de carga común. Por lo tanto, la anchura de una huella de almacenamiento de doble profundidad será W+ 1.5c + 0.5r. La profundidad de una huella de doble profundidad será 2L + 0.5(A + ƒ). De nuevo, el área de la huella se prorratea entre el número de niveles de almacenamiento. Así, la cantidad promedio de espacio de piso que se necesita para el almacenamiento de doble profundidad, con existencias de seguridad, se obtiene con:

0.5f

W

L

c

r

c

Pasillo

r + 3r + 2W

0.5f

W

2L L

0.5A

c

r Pasillo

r+3c+2W Figura 9.9 Almacenamiento en anaquel para tarimas, a) Anaquel de profundidad única. b) Anaquel de doble profundidad.

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sin existencias de seguridad,

Dado que se conoce la profundidad del almacenamiento, v es igual a Q/2 si Q es par y (Q + 1)/2 si Q es impar. Por lo tanto, si Q es par, en tal caso

y si Q es impar, entonces j

Anaqueles de almacenamiento para tarimas de profundidad única Para determinar los requerimientos de espacio de piso promedio para instalaciones de anaqueles de almacenamiento de profundidad única, la profundidad de la huella del almacenamiento será igual a L + 0.5(A + ƒ). La anchura de la huella es igual que la del anaquel de almacenamiento de doble profundidad. Al suponer que x = 1 y v = Q y modificar en forma adecuada los resultados del almacenamiento en carril profundo, la cantidad promedio de espacio de piso necesaria para un anaquel de almacenamiento de profundidad única, con existencias de seguridad, se consigue por medio de

Ante la ausencia de existencias de seguridad, (10.56) se reduce a

9.6 SISTEMAS RECUPERACIÓN

AUTOMATIZADOS

DE

ALMACENAMIENTO

Y

Los sistemas automatizados de almacenamiento y recuperación (AS/RS) han tenido un impacto notable en la fabricación y el almacenamiento. Con el uso de control por computadoras, los sistemas de manejo y almacenamiento se han integrado en los procesos-de fabricación y distribución. Si bien al principio el énfasis estaba en almacenar y recuperar artículos terminados, en épocas más

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recientes se ha concentrado en el trabajo en proceso (WIP), las materias primas y los suministros. Al diseñar un AS/RS, deben tomarse varias decisiones. Dependiendo de la situación particular, algunas de las decisiones las tomará el proveedor del sistema y el usuario del sistema otras. Debe reunirse información acerca de varios aspectos y deben establecerse valores para muchos parámetros del diseño. Éstas son algunas de las consideraciones más importantes: 1. 2. 3. 4. 5. 6.

Los tamaños de las cargas y de las aberturas. El número y la ubicación de las estaciones de P/D. La construcción del edificio; sostenida con anaqueles o convencional. Las restricciones de disponibilidad, condiciones, costo y de uso de sudo. La cantidad, altura y longitud de los pasillos de almacenamiento. Porcentaje de las operaciones (almacenamientos y recuperaciones) que se van a efectuar con base en acciones dobles. 7. Aplicabilidad de vehículos de transferencia. 8. Almacenamiento aleatorio o dedicado o alguna combinación de ambos. 9. Punto de estacionamiento para la máquina S/R cuando esté inactiva, en un pasillo, o en una estación de P/D. 10.Nivel de automatización. 11.Nivel de control por computadora. 12.Requerimiento para el inventario físico. 13.Requerimientos de reabastecimiento. 14.Requerimientos de mantenimiento. 15.Utilización de tarimas propias comparada con tarimas del vendedor. 16.Modo de entrada/salida. 17.Plan para la evolución y el cambio. 18.Requerimiento de rendimiento, máximo y promedio. 19.Nivel de especificaciones que se desarrollarán para el hardware y el software. 20.Condiciones para la interrupción y prioridades de almacenamiento/recuperación. 21.Profundidad del almacenamiento (única, doble, o de carril profundo). 22.Condiciones para las cargas combinadas en una tarima 23.Empleo de sistemas de identificación automáticos. 24.Uso de simulaciones para apoyar las decisiones del diseño. 25.Cantidad requerida de espacio para colas para las cargas que entran y salen. 26.Impacto de la operación aleatoria comparada con la programada en los requerimientos para el sistema. 27.Energía y servicios generales. 28.Impacto de la inflación y los impuestos. 29.Requerimientos de extintores. 30.Plan para capacitación, inicio, depuración y revisión posterior,

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Desde el principio del proceso de diseño de un AS/RS debe determinarse elalcance específico de las labores por realizar. Deben prepararse para el proyecto un programa de las revisiones por parte de la administración, una lista de los entregables y el dimensionamiento del nivel de esfuerzo por realizar. La sección de productos para AS/RS del Material Handiing Institute, Inc. desarrolló una lista de los conceptos de costo-beneficio que se deben tomar en cuenta en la justificación económica de un AS/RS; entre ellos se incluyen los elementos siguientes: 1. Consideraciones de la inversión inicial a. Valor del terreno b. Estructura del edificio c. Servicios generales d. Maquinaria y equipo e. Crédito fiscal sobre la inversión f. Impuestos sobre los ingresos g. Pago de intereses 2. Consideraciones del costo de operación anual a. Personal de operación directa b. Personal secundario c. Ahorros en el espacio de piso y en la utilización del espacio cubicó d. Servicios generales e. Depreciación f. Seguros e impuestos g. Daños a los productos h. Mermas i. Costos de inventarios j. Mejoría de las condiciones de trabajo k.. Mantenimiento 1. Mejora en los niveles de servicio mejorado m. Mejora en el control de materiales mejorado Algunos de estos factores pueden estimarse con una precisión razonable a partir de información contable disponible y de datos de estudios de medición del trabajo. Los costos del terreno, el edificio, el equipo y la mano de obra son relativamente fáciles de estimar. Por otra parte, no es sencillo determinar y medir conceptos como la calefacción, la luz, la corriente eléctrica, los seguros, las mermas, el daño en los productos, la satisfacción de los empleados, los niveles de inventarios reducidos y los retrasos en la producción, las decisiones administrativas deficientes y el servicio al cliente. Sin embargo, es evidente que todos estos factores, al igual que otros, son importantes y contribuyen al desempeño económico general de una empresa.

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Estimación del tamaño y el costo Con el propósito de desarrollar una base para estimar los costos de inversión en un AS/RS, Zollinger compiló información detallada de costos para más de 60 instalaciones de AS/RS. Encontró que se podía obtener un estimado razonablemente preciso del costo de adquisición de un AS/RS al sumar los costos de los anaqueles para almacenamiento, las máquinas de S/R y el edificio utilizado para alojar el AS/RS. Además, encontró que el costo de los anaqueles de almacenamiento, incluyendo la instalación y el riel de apoyo para la máquina de S/R, era una función del número de cargas unitarias almacenadas en los anaqueles, el tamaño cúbico de la carga unitaria, el peso de la carga unitaria y la altura de los anaqueles. Descubrió que el costo de una máquina de S/R es una función de la altura del AS/RS, el peso de la carga unitaria y el tipo y la ubicación de los controles de la máquina de S/R. Estableció que el costo del edificio era una función de su altura y el costo por pie cuadrado de construcción de un edificio de 25 ft de altura. Para facilitar la presentación, se emplean la notación y los estimados siguientes: x = la profundidad de la carga unitaria (es decir, las dimensiones de los largueros) en pulgadas y = la anchura de la carga unitaria en pulgadas z = la altura de la carga unitaria en pulgadas v = el volumen de la carga unitaria en pies cúbicos = xyz/l 728 w = el peso de la carga unitaria en libras W = la anchura de un pasillo de almacenamiento de AS/RS en pulgadas L = la longitud de un pasillo de almacenamiento de AS/RS en pulgadas H = la altura de un pasillo de almacenamiento de AS/RS en pulgadas n = el número de pisos o niveles de almacenamiento m = el número de columnas de almacenamiento por lado del pasillo a = el número de pasillos de almacenamiento BH = la altura del edificio BW = la anchura del edificio BL = la longitud del edificio Λ = la holgura, en pies α = un parámetro para calcular el costo de los anaqueles, expresado en dólares β = un parámetro de la altura para calcular el costo de una máquina de S/R, expresado en dólares = un parámetro del peso para calcular el costo de una máquina de S/R, expresado en dólares Φ = un parámetro del control para calcular el costo de una máquina de S/R, expresado en dólares Δ = el costo por pie cuadrado de construcción de un edificio de 25 ft de altura

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CF = un factor de conversión para convertir el costo por pie cuadrado de construcción de un edificio de 25 ft de altura al costo por pie cuadrado de construcción de un edificio de tamaño BH Las dimensiones de un pasillo de almacenamiento se estiman del modo siguiente:

La anchura de un pasillo de almacenamiento se determina a partir de la distancia que hay entre la línea central del espacio posterior a la derecha del pasillo y la línea central del espacio a la izquierda del pasillo. Por lo tanto, la anchura de un pasillo de almacenamiento incluye la anchura de los espacios de almacenamiento en ambos lados del pasillo y la anchura del pasillo. La anchura del pasillo se supone igual a la profundidad de la carga, más 4" para la holgura entre la carga y el anaquel. La profundidad de un espacio de almacenamiento es igual a la profundidad de la carga, más 4". La adición de 4" a la profundidad de la carga considera la mitad del espacio detrás de la carga. En el caso de anaqueles con extintores, se agregan 6" adicionales a la dimensión del espacio posterior. Para calcular la longitud de un pasillo de almacenamiento, se supone que se utiliza una armadura con montantes de 4" para sostener las cargas. Además, se asume una holgura de 2" entre la armadura y la carga. Así, con una holgura de 2" a cada lado de la carga y una armadura con montantes de 4", la anchura de una abertura para almacenamiento es igual a la anchura de la carga más 8". Para calcular la altura de un pasillo de almacenamiento, se estima que cada carga descansa en brazos colgantes de un grosor de 4". Asimismo, se supone que se requiere una holgura de 6" entre la parte superior de una carga y el brazo colgante encima de ella para permitir que el vehículo de S/R recupere la carga. Para convertir las dimensiones de un pasillo de almacenamiento a las dimensiones de un edificio, debe observarse que el nivel de almacenamiento más bajo en un pasillo no puede estar al nivel del piso. (El vehículo del equipo de S/R no puede recuperar la carga a menos que esté aproximadamente a 28" sobre el nivel del piso.) Además, deben proporcionarse alrededor de 20" de espacio encima de la carga superior para instalar la barra para el cableado eléctrico para la máquina de S/R y una holgura para que el carro de la máquina de S/R pueda posicionar el vehículo con el fin de recuperar la carga más alta. Por lo tanto, la altura del edificio será aproximadamente 4 ft mayor que la altura de un pasillo de almacenamiento. Para estimar la anchura del edificio, no basta con multiplicar la anchura de un pasillo de almacenamiento por el número de pasillos. Dado que los anaqueles de 316


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los extremos no deben instalarse "pegados" a la pared, deben agregarse 2 ft. (Si se van a almacenar alimentos, es posible que las regulaciones obliguen a que haya una holgura más grande para evitar la infestación de roedores. Además, puede requerirse espacio suficiente para permitir el retiro de basura que se acumule entre la pared y los anaqueles.) Para determinar la longitud del edificio debe incluirse espacio para las estaciones de recolección y depósito (P/D), al igual que una extensión del S/R en el extremo del anaquel para que pueda acceder al mantenimiento. La cantidad de la holgura (X) depende de la anchura de la carga unitaria. Con base en lo anterior, las dimensiones del edificio se estiman así:

en donde , para los valores de y entre 24" y 54", se calcula con

9.7 SISTEMAS DE RECOLECCIÓN DE PEDIDOS (ORDER PICKING) Con los sistemas de almacenamiento/recuperación (de cargas unitarias), cada operación de almacenamiento o recuperación se relaciona con una carga unitaria; en otras palabras, las partes se guardan como una carga unitaria y se recuperan como una carga unitaria. No obstante, en algunos sistemas de almacenamiento las partes pueden guardarse como una carga unitaria, pero recuperarse en cantidades menores que una carga unitaria. Dichos sistemas se conocen como sistemas de recolección de pedidos (OP: Order picking) y en ellos cada pedido suele contener cantidades menores que una carga unitaria Por ejemplo, en un almacén de venta de discos por catálogo, muchos ejemplares de un mismo título se almacenan juntos como una carga ―unitaria", aunque los clientes nunca piden dos ejemplares iguales (pero pueden elegir un ejemplar de diversos títulos). Por lo tanto, las partes que son del mismo tipo se almacenan como una carga unitaria, pero se recuperan en cantidades menores que una carga unitaria. Es evidente que el sistema se reabastece de manera periódica al volver a llenar los contenedores vacíos o retirar los contenedores vacíos y reemplazarlos con contenedores llenos. Existen dos métodos principales para la recolección de pedidos. El primero se basa en que el recolector viaja a cada contenedor que ha de visitar, para recoger las partes de uno o más pedidos. Como a menudo los contenedores se almacenan a lo largo de pasillos, el término que se usa para tales .sistemas es OP en el pasillo. Por ejemplo, cuando se prepara una lista para comprar en una tienda de

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autoservicio, en esencia, efectuamos un OP en el pasillo al recorrer los pasillos y llenar nuestro carro de compras con una o dos piezas de cada artículo que adquirimos. Por ellos, a este tipo de OP en el pasillo se le suele llamar sistema tipo "caminar y recolectar. El segundo enfoque principal se conoce como OP en el extremo del pasillo. Con este sistema, los contenedores son los que se llevan el extremo del pasillo, en donde el recolector retira la cantidad de artículos solicitada. Cada contenedor se regresa al sistema hasta que se vuelve a necesitar. A primera vista, un sistema de OP en el extremo del pasillo parece un sistema de almacenamiento/recuperación de cargas unitarias porque almacenamos y recuperamos cargas unitarias. Sin embargo, con un sistema de OP en el extremo del pasillo, un contenedor se recupera varias veces (hasta que se vacía). En un sistema de almacenamiento/recuperación de cargas unitarias, una vez recuperado un contenedor, éste abandona el sistema. Recolección de pedidos en el pasillo Existen diversos tipos de configuraciones y de equipo para manejo de materiales para realizar recolección de pedidos en el pasillo. El ejemplo del autoservicio (es decir, los sistemas tipo caminar y recolectar) se aplican a muchos almacenes donde los recolectores llenan sus carros con uno o más pedidos conforme recorren los pasillos. No obstante, en algunos sistemas en el pasillo cada recolector se dedica sólo a un pasillo y, para reducir el cansancio y mejorar los tiempos de viaje, el recolector se desplaza hacia cada contenedor en un dispositivo automatizado o semiautomatizado. Por ejemplo, tal es el caso de un AS/RS con persona a bordo. Con un AS/RS con una persona a bordo, la máquina de S/R se detiene de forma automática frente al contenedor indicado y espera que el recolector realice la acción. Las piezas recolectadas se suelen llevar a una estación de P/D (la cual por lo general se halla en el extremo del pasillo). Para evitar viajes innecesarios entre los contenedores en el anaquel y la estación de P/D, el recolector efectúa varias recolecciones (es decir, visita varios contenedores) entre detenciones sucesivas en la estación de P/D. (Aunque, en realidad, el recolector puede recoger varios artículos a la vez de un cierto contenedor, esto aquí se define como una "recolección".) En otras palabras, el recolector inicia en la estación de P/D, visita los contenedores apropiados en el anaquel, regresa a la estación de P/D y descarga las partes antes de iniciar el viaje siguiente. La capacidad de rendimiento de tales sistema?, es decir, el número de recolecciones realizadas por hora, depende del tiempo esperado para completar un viaje. Con excepción del tiempo de viaje total de la máquina S/R es relativamente sencillo estimar los parámetros anteriores (por ejemplo, el tiempo transcurrido en cada punto de recolección y el tiempo transcurrido en la estación de P/D entre dos viajes sucesivos). Se demuestra de manera empírica que el tiempo esperado que se requiere para viajar de la estación de P/D, hacer n detenciones (o 318


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recolecciones) en el pasillo y regresar a la estación de P/D se estima mediante la expresión siguiente:

Para 3 ≤ n ≤ 16. La expresión anterior se basa en la suposición de que la estación de P/D está en la esquina inferior izquierda del anaquel y de que los puntos de recolección, los cuales están distribuidos de manera aleatoria y uniforme por el anaquel, están en una secuencia óptima (es decir, se minimiza el tiempo de viaje total de la máquina de S/R). Por supuesto, recordamos al lector que las máquinas de S/R viajan de acuerdo con la métrica de Chebyshev o normal de gauss y que el tiempo de viaje no se ve afectado por si un punto de recolección está al lado izquierdo o el lado derecho del pasillo. Asimismo, no se consideran los efectos de la aceleración o la desaceleración.

Ejemplo 9.8 Considere un anaquel para almacenamiento de 360 ft de longitud y 60 ft de altura. Suponga que la máquina de S/R viaja a una velocidad constante de 400 fpm y 80 fpm en las direcciones horizontal y vertical, respectivamente. Suponga, además, que hace 10 detenciones durante cada viaje de recolección de pedidos, n = 10. El factor de escala, T, es igual a máx. (360/400, 69/80) = 0.90 min. El factor de forma, Q, es igual a 0.8333. Por lo tanto, a partir de la ecuación anterior, se estima que el tiempo de viaje esperado para el viaje anterior con 10 recolecciones es igual a 2.4245 min. Es decir, el tiempo de viaje requerido para iniciar en la estación de P/D, recolectar piezas de 10 recipientes (de acuerdo con la secuencia óptima) y regresar a la estación de P/D es igual a aproximadamente 2.4 min.

Ejemplo 9.9 Suponga, en el ejemplo 9.8, que el recolector tarda, en promedio, 15 seg para recolectar uno o más artículos de cada contenedor. Suponga, además, que el recolector tarda 1.2 min en la estación de P/D entre viajes sucesivos (para descargar las piezas que ha recolectado y para preparar el viaje siguiente). La capacidad de rendimiento del sistema, expresada en el número de recolecciones terminadas por hora, se calcula como sigue: el tiempo aproximado total que se necesita para completar un viaje es igual a 2.4 + 10(15/60) + 1.2 = 6.1 min. Dado que se van a efectuar 10 recolecciones en alrededor de 6.1 min, la capacidad máxima de rendimiento es aproximadamente igual a 98 recolecciones/hora. En otras palabras, el recolector visitará alrededor de 98 contenedores/hora en promedio. Dado el número esperado de artículos 319


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recolectados de cada contenedor, la cifra anterior también se expresa como el número de artículos recolectados por hora. Establecer la secuencia óptima de los puntos de recolección puede representar una pesada carea computacional. De hecho, aunque el número de puntos sea muy pequeño (en general no más de 20 a 24 puntos por viaje), obtener la secuencia óptima con la métrica de Chebyshev o normal de gauss puede requerir una cantidad enorme de tiempo de computadora. Por ello, bajo el supuesto de un viaje de Chebyshev, se ha encontrado, de manera empírica, que varios procedimientos heurísticos "rápidos" generan soluciones óptimas o casi óptimas para 3 ≤ n ≤ 24 y la que se encuentra más a menudo en la práctica es una heurística sencilla conocida como "heurística de banda". Con la heurística de banda, el anaquel se divide en k bandas horizontales del mismo tamaño, en donde k es un número par. Después de iniciar con la primera banda, la maquina de S/R viaja en forma de serpentina y realiza la recolección secuencialmente a lo largo del eje x hasta concluir todas las recolecciones. La figura 9.10 presenta un ejemplo con cuatro bandas. Observe que la máquina de S/R termina todas las recolecciones en la banda actual antes de avanzar a la banda siguiente. A continuación, dependiendo del número de bandas (la anchura de la banda), pueden ocurrir zigzagueos en cada banda.

P/D Figura 9.10 La heurística de cuatro bandas. (Debido al viaje de Chevyshev, las líneas contínuas no necesariamente reflejan la trayectoría de viaje de la máquina de S/R)

Dado que la heurística de banda es un método heurístico, el tiempo de viaje esperado de la máquina de S/R por viaje será mayor que el obtenido con un procedimiento de solución exacto (es decir, una búsqueda óptima). Sin embargo, la heurística de banda funciona razonablemente bien y es sencilla de implementar. 320


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Ejemplo 9.10

Suponga que el anaquel de 360 ft X 60 ft que se empleó en el ejemplo 9.8 se divide en dos bandas y las ubicaciones de las coordenadas de las 10 recolecciones que se van a hacer son como las de la tabla 9.7. Con la heurística de banda, los artículos se visitarían en la secuencia siguiente: 5, 7, 3, 1, 4, 2, 8, 10, 6 y 9. Una variación de la heurística de banda divide el anaquel en k bandas del mismo tamaño, pero establece la anchura de banda al dividir k entre la coordenada y más grande de entre los puntos de recolección. En este ejemplo, la división de las dos bandas estaría en y = 27.5' y se usaría la misma secuencia para recolectar los 10 artículos. Note que, con la variación anterior, las bandas son específicas para el problema; es decir, suelen variar de un viaje al siguiente. Con la heurística de banda, se demuestra que el tiempo esperado requerido para efectuar n recolecciones (distribuidas de forma aleatoria y uniforme por el anaquel) se puede aproximar del modo siguiente:

en donde k designa el número de bandas, y

La aproximación anterior funciona razonablemente bien, excepto para valores pequeños de n:

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES, ARTES Y HUMANIDADES CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES Tabla 9.7 Ubicaciones de recolección para el ejemplo 9.10 Nº de recolección Coordenadas Nº de recolección 1 (200,20) 6 2 (350,30) 7 3 (150,15) 8 4 (300,25) 9 5 (75,5) 10

Coordenadas (50,50) (100,10) (250,40) (25,55) (225,35)

Ejemplo 9.11 Considere los mismos datos del ejemplo 9.8; es decir, T= 0.90 min y Q = 0.8333, con n = 10 recolecciones por viaje. Mediante las ecuaciones anteriores y suponiendo que el anaquel se divide en dos bandas (k = 2) obtenemos C = 0.2083, B = 0.1166 y A = 0.1383, lo cual produce E(k, n, T, Q)= 2.7617 min. Comparado con el tiempo de viaje esperado óptimo calculado en el ejemplo 9.8 (2.4245 min), la heurística de dos bandas produce un aumento de aproximadamente 14% en el tiempo esperado por viaje. A pesar de ello, el incremento anterior no implica que la capacidad de rendimiento del sistema que utiliza la heurística de bandas será proporcionalmente menor. Esto se debe sobre todo al tiempo que requiere la recolección y al tiempo que se necesita en la estación de P/D entre dos viajes exitosos, los cuales casi siempre son independientes de la secuencia en la que se hacen las recolecciones. Con los mismos datos del ejemplo 9.9 (15 seg. por recolección y 1.2 min en la estación de P/D entre viajes sucesivos), para la heurística de dos bandas obtenemos una capacidad de rendimiento máxima de aproximadamente 93 recolecciones/hora, la cual es 5% menor que la que se consigue con la secuencia de recolección óptima.

Ejemplo 9.12 Como continuación del ejemplo anterior, asuma que el anaquel se divide en cuatro bandas y que el número de recolecciones efectuadas por viaje aumenta a 50. (Observe que el número máximo de recolecciones efectuadas por viaje suele estar en función de la capacidad de la máquina de S/R en relación con el peso y/o el volumen de las piezas que se van a recolectar.) A partir de las ecuaciones anteriores se obtiene C = 0.052, B = 0.0269 y A= 0.0328, lo cual produce E{k, n, T, Q) = 5.54 min. Es curioso que, en comparación con el ejemplo 9.11, aumentar el número de recolecciones en 400% incrementa el tiempo de viaje esperado en alrededor de 100%. Esto se debe principalmente al hecho de que después de más de cinco recolecciones por viaje, el tiempo de viaje total aumenta de forma muy lenta con el número de recolecciones. Para un valor de n específico, dado que es posible aproximar el tiempo de viaje esperado como una función de k, se puede determinar el número de bandas que minimizará el tiempo de viaje esperado.

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Para un anaquel SIT, la tabla 9.8 presenta el número "óptimo" de bandas como una función del número de recolecciones realizadas por viaje Tabla 9.8 Número "óptimo" de bandas para la heurística de bandas

Núm. de Recolecciones [ 1, 24] [ 25, 72] [ 73, 145] [146, 242] [243, 363]

Núm. de bandas 2 4 6 8 10

Tabla 9.9 Configuraciones alternas para el ejemplo 9.13

Alternativa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Altura 15.00 20.00 25.00 30.00 40.00 24.00 27.00 25.50 24.75 25.25

Longitud 600.00 450.00 360.00 300.00 225.00 375.00 333.30 352.94 363.64 356.44

T 2.0000 1.5000 1.2000 1.0000 0.7500 1.2500 1.1111 1.1765 1.2121 1.1881

Q 0.1250 0.2222 0.3472 0.5000 0.8889 0.3200 0.4050 0.3613 0.3403 0.3542

E(k, n, T, Q) 4.3951 3.732 3.5636 3.6586 4.2433 3.5712 3.5783 3.5638 3.5645 3.5634

Ejemplo 9.13 En vez de continuar con el conjunto de datos anteriores, suponemos que se va a proporcionar un área de .18 000 ft2 dentro de un pasillo de almacenamiento. Dado que se distribuyen anaqueles de almacenamiento en ambos lados del pasillo, en cada lado: se incluirán 9 000 ft2 de espacio de anaquel. Recuerde que la estación de P/D está en la esquina inferior izquierda del anaquel, se emplea almacenamiento aleatorio y la máquina de S/R sigue la métrica de Chebyshev.o curva normal de gauss. Suponga que la máquina de S/R viaja a 300 fpm y 60 fpm en las direcciones horizontal y vertical, respectivamente. Asuma, además, que se efectuarán 30 recolecciones en cada viaje y que el anaquel se divide en dos bandas, es decir, n = 30 y k = 2. Como se observa en la tabla 9.9, la alternativa 1 es proporcionar un área de almacenamiento de 15 ft de altura y 600 ft de longitud. (La longitud y la altura del área de almacenamiento se basan en la región de viaje para la máquina de S/R, no necesariamente las dimensiones del anaquel de almacenamiento.) El viaje esperado para el anaquel de 15 ft X 600 ft es igual a 4.3951. Dadas las otras configuraciones de la tabla 9.9, en este caso en especial la altura óptima del

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anaquel es de aproximadamente 25'3", ±3" y el tiempo de viaje esperado mínimo es 3.5634. Advierta que el factor de forma "óptimo" para el anaquel es igual a 0.3542, el cual está muy lejos de ser cuadrado en el tiempo (SIT). Esto se debe a que la heurística de bandas (con k = 2) tiende a producir menos zigzagueo si la anchura de la banda es pequeña. La forma de anaquel más conveniente depende de la heurística usada para establecer la secuencia de los puntos de recolección. Con ciertas heurísticas, la longitud esperada de viaje disminuye conforme el anaquel se vuelve SIT. Algunas de estas heurísticas generan secuencias que demandan menos tiempo de viaje que las conseguidas con la heurística de bandas. Al diseñar sistemas de OP en el pasillo, las principales decisiones de diseño son: el número, la longitud y la altura de los pasillos de almacenamiento que se van a proporcionar y el número de recolectores. Como una primera etapa del diseño, es útil considerar la situación en la cual los pasillos de almacenamiento son SIT y cada recolector se dedica a un pasillo. Con esa suposición, se requiere una sola decisión de diseño: el número de pasillos de almacenamiento. El modelo resultante es Minimizar: Sujeto a:

Número de pasillos de almacenamiento Restricción de rendimiento Restricción de espacio de almacenamiento

Se utiliza la notación siguiente: S = el espacio de almacenamiento total requerido, expresado en pies cuadrados de anaquel de almacenamiento, R = el rendimiento total requerido, expresado en recolecciones por hora, n = el número promedio de detenciones (es decir, recolecciones) por viaje, sin incluir la estación de P/D (3≤n≤24), p = el tiempo de recolección promedio por detención, expresado en minutos, K = el tiempo transcurrido en la estación de P/D entre viajes de recolección sucesivos, expresado en minutos, bv = la velocidad horizontal del vehículo de recolección o de la máquina de S/R, expresada en ft/min Vv = la velocidad vertical del vehículo de recolección o de la máquina de S/R, expresada en ft/min, t = p + (K/n), expresada en min/recolección, q= [S/(2bvvv)]0.5, y u = 0.073331 + (0.385321/n) + 2/(n + 1); al suponer que una secuencia óptima para los puntos de recolección y b = 1. En el algoritmo siguiente, [m] representa el entero más pequeño mayor o igual que m (la "función techo").

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ALGORITMO 1 PASO 0. Establezca M= [Rt/60]. PASO 1. Si M(60M — RT)2 ≥ (Rqu)2, vaya al paso 3; de lo contrario, vaya al paso 2. PASO 2. Sea M M + 1, vaya al paso 1. PASO 3. PARE, M es el número mínimo de pasillos (o de recolectores).

Recolección de pedidos en el extremo del pasillo La OP en el extremo del pasillo se basa en llevar los contenedores al extremo del pasillo donde el recolector efectúa la recolección y luego regresar el contenedor al anaquel de almacenamiento. Aunque existen varios sistemas de OP en el extremo del pasillo, nuestro análisis se limitará al AS/RS de minicarga, el cual se usa sobre todo para piezas de tamaño pequeño a mediano. Se insiste en que los resultados presentados aquí se pueden aplicar a otros sistemas siempre y cuando el dispositivo que lleva los contenedores al recolector siga la métrica de Chebyshev o curva normal de gauss y el área de almacenamiento sea rectangular. Se aplican a la OP en el extremo del pasillo las mismas suposiciones que se manejaron para la OP en el pasillo. De manera específica, se supone que los contenedores se ubican de modo aleatorio en el anaquel (o que la máquina de S/R tiene la misma probabilidad de visitar cualquier punto en el anaquel " para recuperar un recipiente), que se hace una sola "recolección" de cada contenedor (aunque tal recolección puede implicar varios artículos), que el recolector está dedicado a un pasillo, que una aproximación continua al anaquel de almacenamiento es razonablemente precisa, que son despreciables las pérdidas por aceleración y desaceleración, y que si se requieren varios pasillos, éstos son idénticos en actividad y forma del anaquel. La operación de, por ejemplo, el primer pasillo se describe así (recuerde que se asigna un recolector a cada pasillo): suponga que hay dos contenedores —uno en cada" posición— y que la máquina de S/R se encuentra inactiva en la estación de P/D. Suponga, además, que el recolector toma artículos de la posición A. Después de completar una recolección, el recolector presiona un botón de ―recolección terminada", el cual indica a la máquina de S/R que el recolector ha finalizado con el contenedor en la posición A. En ese momento, el recolector cambia a la posición B y comienza a recolectar del contenedor que está ahí, mientras la máquina de S/R recoge el contenedor de la posición A y lo guarda en el anaquel. Luego, la máquina de S/R viaja directamente a otra ubicación en el anaquel y recupera el siguiente contenedor para llevarlo a la posición de recolección A. Si el recolector termina la recolección de la posición B antes de que la máquina de S/R entregue el siguiente contenedor a la posición A, el recolector queda inactivo

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hasta que la máquina llega a la estación de P/D. Por otra parte, si la máquina de S/R entrega el nuevo recipiente para la posición A antes de que el recolector termine de trabajar en la posición B, la máquina de S/R queda inactiva en la estación de P/D hasta que el recolector oprime el botón de "recolección terminada". En cualquier caso (por ejemplo, si la máquina de S/R espera al recolector o viceversa), el siguiente ciclo del sistema comienza cuando el recolector recolecciona de un nuevo contenedor en la posición A y la máquina de S/R lleva a cabo otro viaje (de acción doble) para recuperar un nuevo contenedor para la posición B. Así, se define que el tiempo del "ciclo del sistema" como el máximo del tiempo del ciclo de la máquina de S/R y el tiempo de recolección. Él tiempo del ciclo de la máquina de S/R se define por medio de un ciclo de doble acción, el cual incluye dos recolecciones y dos depósitos. Se puede observar que el sistema anterior se modela como un sistema de colas cerrado cíclico con dos servidores, igual que en la figura 9.11. En tal sistema, cada "cliente" circula por el circuito de manera indefinida, atendido de manera alternada por el recolector y por la máquina de S/R (es decir, tan pronto como el cliente completa el servicio en uno de los servidores, se une a la cola del otro servidor). Como hay dos posiciones de recolección, el número (constante) de clientes se establece igual a dos. El "tiempo promedio de servicio" para el recolector se determina igual al tiempo promedio de recolección, mientras que el "tiempo promedio de servicio" para la máquina de S/R se fija igual al tiempo esperado del ciclo de acción doble. (En el modelo, los mismos dos clientes circulan en el circuito; sin embargo, en el sistema real, la máquina de S/R recupera un contenedor distinto cada vez que almacena uno. Esta diferencia no afecta el rendimiento del sistema desde el punto de vista de teoría de colas, siempre y cuando los tiempos de servicio de la máquina de S/R sean independientes de los contenedores específicos almacenados o recuperados en cada viaje.) Se inicia un nuevo "ciclo del sistema" cuando los dos servidores comienzan a atender un cliente nuevo. El desempeño del AS/RS de minicarga depende de la utilización del recolector. Dado el valor esperado del tiempo del "ciclo del sistema", es sencillo obtener el valor esperado de la utilización del recolector. No obstante, la determinación del valor esperado del tiempo del "ciclo del sistema" se complica si son variables aleatorias el tiempo del ciclo de la máquina de S/R, el tiempo de recolección, o los dos. En concreto, el valor esperado del tiempo del ciclo del sistema es el valor esperado del máximo de las dos variables aleatorias (independientes). Incluso si el tiempo de recolección es exponencial, el cálculo no es sencillo debido a la forma compleja de la distribución de probabilidades para los ciclos de acción doble

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Recolector

Maquina de S/R Figura 9.11 Sistema de colas cíclico con dos servidores para el AS/RS de minicarga.

9.8 MODELOS DE MANEJO DE MATERIALES DE TRAYECTORIA FIJA

El interés en los modelos de manejo de materiales de trayectoria fija surge del hecho de que los sistemas de manejo de materiales de trayectoria fija son ampliamente utilizados. Incluyen equipo para manejo de materiales como las bandas transportadoras eléctricas y de rodillos, las bandas transportadoras de línea de remolque y de carretillas, los vehículos conducidos en forma automática y los montacargas despachados por medio de computadoras.

Bandas transportadoras de línea de remolque o de carretillas Se analizara un modelo determinístico de una banda transportadora de línea de remolque o de carretillas. Las bandas transportadoras de línea de remolque y de carretillas han recibido gran atención por parte de los investigadores. En su conjunto, esas actividades caen en el rubro de análisis de banda transportadora (conveyor analysis). El análisis de banda transportadora es un término que se emplea para hacer referencia al análisis de las bandas transportadoras de circuito cerrado, irreversibles o bandas re circulantes con vehículos espaciados de manera discreta. El interés por analizar las bandas transportadoras de vehículos que se reintegran a la circulación se remonta a dos ingenieros: Kwo, de General Electric, y Mayer, de Western Electric. Kwo desarrolló un modelo determinístico de flujo de materiales para una banda transportadora con una estación de carga y una estación de descarga. Propuso varias reglas para asegurar que las tasas de entrada y salida de materiales fueran compatibles con el diseño de la banda transportadora. Mayer usó un modelo probabilístico para analizar una banda transportadora con varias estaciones de carga. El análisis de banda transportadora se originó debido a que se presentaban diversos problemas operativos con las bandas transportadoras de carretillas de uso general. Por ejemplo:

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1. En una estación de carga, no se disponía de transportes vacíos cuando se iba efectuar una operación de carga. 2. En una estación de descarga, no se disponía de transportes cargados cuando se iba realizar una operación de descarga. A causa de los problemas de interferencia, se llevaron a cabo estudios analíticos y de simulación para comprender las relaciones entre los parámetros de diseño y las variables de operación. Un sistema de banda transportadora está integrado por la combinación del equipo de la banda transportadora, las estaciones de carga y descarga y la disciplina de operación utilizada. De este modo, los parámetros de diseño del sistema no sólo incluyen los parámetros del equipo, sino también consideraciones como la holgura para el espacio de espera y el número, el espaciamiento y la secuencia de las estaciones de carga y descarga. En los sistemas modernos de producción las bandas transportadoras representan muchos de los enlaces entre las estaciones de trabajo. Se emplean no sólo para transportar o entregar materiales, sino además para ofrecer capacidad de almacenamiento para los materiales. Algunos sistemas de banda transportadora son en esencia sistemas de manejo o transporte, algunos son sistemas de almacenamiento o acumulación, y algunos realizan funciones tanto de manejo como de almacenamiento. Kwo propuso tres principios que se deben tomar en cuenta al diseñar bandas transportadoras de circuito cerrado irreversibles: 1. Principio de uniformidad: Los materiales deben distribuirse de modo uniforme a lo largo de la banda transportadora. 2. Principio de capacidad: La capacidad de carga de la banda transportadora debe ser mayor o igual que los requerimientos de rendimiento del sistema. 3. Principio de velocidad: La velocidad de la banda transportadora (en términos del número de vehículos por tiempo unitario) debe estar dentro del rango admisible, definido en función de los requerimientos de una estación de carga y descarga y la capacidad tecnológica de la banda transportadora. Kwo también desarrolló algunas relaciones numéricas basadas en el principio de uniformidad que proporcionan condiciones de suficiencia para las operaciones en estado estable. A partir del trabajo de Kwo, Muth desarrolló resultados más generales. Nuestras explicaciones se apoyarán en el análisis de estaciones múltiples de Muth .

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6

7

S-2

S-1

Vehículos espaciados de manera

4

3

2

1

S

Estación de trabajo

Figura 9.12 Disposición de banda transportadora considerada por Muth

La figura 9.12 muestra una representación esquemática de la banda transportadora recirculante considerada por Muth. Hay s estaciones ubicadas alrededor de la banda transportadora, numeradas en una secuencia inversa a la rotación de la banda transportadora. Cada estación puede ejecutar carga y/o descarga. Existen k vehículos igualmente espaciados alrededor de la banda transportadora. El paso de un vehículo por una estación de trabajo establece el incremento de tiempo utilizado para definir las secuencias de carga y descarga de materiales. Por conveniencia, se emplea la estación 1 como punto de referencia para definir el tiempo; ere consecuencia, el vehículo n se convierte en el vehículo n + k inmediatamente después de pasar por la estación 1. La secuencia de puntos en el tiempo en la que un vehículo pasa la estación 1 se denota como (t n), en donde tn es el tiempo en el que el vehículo n pasa por la estación 1. La cantidad de material cargada en el vehículo n mientras pasa por la estación t está dada por ƒi(n) para i = 1, 2,..., s.3 La cantidad de material que lleva el vehículo n inmediatamente después de pasar por la estación i se representa como Hi(.n). Para que la banda transportadora funcione durante largos periodos (es decir, alcance operaciones en estado estable), la cantidad total de material cargado en la banda transportadora debe ser igual a la cantidad total de material descargado. Como se supone que la banda transportadora funcionará durante un periodo infinito de tiempo, las secuencias [ƒi (n)] se supone que serán periódicas con un periodo? Así,

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Además,

Debido al requerimiento Muth obtuvo los resultados siguientes: 1. k/p no puede ser un entero para operaciones bajo estado estable 2. Al hacer que r = k mod p, r/p debe ser una fracción para las secuencias generales (F1(n)) que se van a considerar. 3. Es conveniente que p sea un número primo para que se alcance la compatibilidad de la banda transportadora para todos los valores admisibles de k. La ecuación de equilibrio de materiales para el vehículo n se obtiene mediante

Para determinar los valores de 1. Suponga que

se adopta el siguiente enfoque:

es una solución para la ecuación anterior y utilice la

función recursiva Asumiendo 2. Dado

3. Dado

, el valor de

se obtiene a partir de la relación

para i = 1,..., s, suponga que

4. La solución buscada se consigue con

5. La capacidad requerida por vehículo es

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Ejemplo 9.14 Para ilustrar el procedimiento de solución determinista, considere una situación asociada con una sola estación de carga y una sola estación de descarga, como la de la figura 9.13. La banda transportadora tiene nueve vehículos igualmente espaciados. Las secuencias de carga y de descarga tienen periodos de 7 unidades de tiempo y se consiguen por medio de = {1, 1, 2, 2, 2, 1, 1} y = {0, 0, 0, 0, 0, -5, -5} Por lo tanto = {1, 1, 2, 2, 2, -4, -4}

1

Vehículos espaciados de manera

2 Estación de descarga

Estación de carga Vehículo

Figura 9.13 Disposición de una banda transportadora para el ejemplo 9.14

Y r = k mod p = 9 mod 7 =2 Observe que k/p = 9/7 no es entero, r/p = 2/7 es una fracción propia, y p =7 es un número primo. Suponemos de manera arbitraria que para determinar

Asimismo, para

Debido a que r = 2, se tiene el siguiente cálculo para 331 331 331


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Luego, se obtiene

sin embargo, dado que p = 7.

. Por lo tanto

Asimismo, para

De igual modo,

Por lo tanto; Los valores de

= {O, 1, 2, 3, 4, -1,0}. se obtienen mediante la relación

Así,

El valor de c resulta ser

Para i = 2 y n = 6. Como consecuencia, las secuencias [Hi(.n)} están dadas por: [H2(n)] = [1, 2, 2, 3, 4, 0,1] y 6, para i = 1 y n = 5. Por lo tanto, cada vehículo debe tener capacidad suficiente para alojar 6 unidades de producto. Como se aprecia en la tabla 9.10, la cantidad de materiales en los vehículos se modificará al cambiar los valores de k. Además, la capacidad requerida del vehículo B es afectada por el valor de k.

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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS SOCIALES, ARTES Y HUMANIDADES CONTENIDO DIDÁCTICO DEL CUSO: 256596 - DISEÑO DE PLANTAS INDUSTRIALES Tabla 9.10 Valores de (Hi(n)) para diversos valores de k en el ejemplo 9.14 K=8 K=9 K = 10 K = 11 K = 12 n H1(n) H2(n) H1(n) H2(n) H1(n) H2(n) H1(n) H2(n) H1(n) H2(n) 1 2 1 2 1 5 4 4 3 6 5 2 3 2 3 2 2 1 7 6 5 4 3 5 3 4 2 5 3 5 3 5 3 4 7 5 5 3 7 5 3 1 4 2 5 9 7 6 4 4 2 6 4 3 1 6 5 4 1 0 1 0 3 2 2 1 7 1 0 2 1 3 2 1 0 1 0 B=9 B=6 B=7 B=7 B=6

K = 13 H1(n) H2(n) 9 8 8 7 7 5 5 3 3 1 1 0 5 4 B=9

Las secuencias {ƒ1 (n)} y {ƒ2 (n)} indican, por ejemplo, que se retiran 5 unidades del sexto vehículo en la estación 2 y que, cuando llega a la estación 1, se pone 1 unidad en el sexto vehículo. Cuando el sexto vehículo por la estación 1, su carga bajo estado estable H1 (6) es igual a 1 unidad de producto; además, se etiqueta como decimoquinto vehículo si k = 9. Cuando el decimoquinto vehículo llega a la estación 2, la acción adoptada se obtiene de ƒ2 (15) = ƒ2 (8) = ƒ2 (1) = 0, dado que p = 7. De este modo, nada ocurre en la estación 2; no obstante, en la estación 1, ƒ 1 (1) = 1 y se agrega 1 unidad del producto al vehículo, lo que aumenta su total a H1 (1) = 2. Ahora el vehículo se etiqueta como el vigésimo cuarto; cuando llega a la estación 2, como ƒ2 (24) = ƒ2 (3) = 0. nada ocurre en la estación 2. Sin embargo, en la estación 1, ƒ1 (3) = 2 y, el contenido del vehículo aumenta a 4 unidades. El vehículo con 4 unidades llega a la estación 2 numerado como el vehículo trigésimo tercero. Como ƒ2 (33) = ƒ2 (5) = 0, nada ocurre; a pesar de ello, en la estación 1, ƒ 1 (5) = 2, y la carga del vehículo aumenta a 6 unidades. Cuando el vehículo llega a la estación 2, se numera como el cuadragésimo segundo vehículo. Como ƒ2 (42) = ƒ2 (7) = - 5, el contenido del vehículo se reduce a 1 unidad. Cuando llega a la estación l, ƒ 1 (7) = 1, y se suma I unidad, lo que hace que la cantidad total sea 2 unidades. El vehículo se numera como el quincuagésimo primer vehículo cuando llega a la estación 2. Como ƒ2 (51) = ƒ2 (2) = 0, nada ocurre. En la estación 1, el contenido del vehículo aumenta en 1 unidad para totalizar 3 unidades y se convierte en el sexagésimo vehículo. El sexagésimo vehículo llega a la estación 2 con 3 unidades; dado que ƒ 2 (60) = ƒ2 (4) = 0, nada sucede. En la estación 1, se agregan 2 unidades al vehículo y el numero del vehículo aumenta a 69. Cuando el vehículo llega a la estación 2, ƒ 2 (69) = ƒ2 (6) = -5, y se retiran 5 unidades. Por lo tanto, el vehículo llega vacío a la estación 1, lo mismo que ocurrió cuando se etiquetó como el sexto vehículo.

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La descripción anterior para el vehículo 6 se puede duplicar para cualquier vehículo en la banda transportadora al considerar un periodo igual a kp = 63 periodos. El contenido del vehículo cuando salió de la estación 1 siguió la secuencia {1, 2, 4, 6, 2, 3, 5}, lo cual es una permutación ( conjunto de cosas extraídas en un orden especifico y sin reemplazo de un conjunto igual o mayor ) de [H1( n)}; asimismo, el contenido del vehículo cuando salió de la estación 2 siguió la secuencia {0,1,2, 4,1, 2, 3}, la cual es la misma permutación de {H2 (n)} que generó la secuencia para la estación 1. Si se rastrea el contenido de cualquier vehículo específico para kp periodos, encontraremos que, cuando sale de la estación i, cada vehículo lleva una cantidad de material dada por una permutación de la secuencia {H1(n)}. Así, en algún momento durante el ciclo de repetición kp, al salir de la estación i, todos los vehículos llevarán una cantidad de material igual a cada uno de los elementos de la secuencia {Hi(n)}. Como consecuencia, una banda transportadora diseñada con los resultados de Muth cumplirá el principio de uniformidad.

Ejemplo 9.15 Considere un sistema de banda transportadora con una estación de carga y una estación de descarga. Las secuencias de flujo de materiales son: ƒ1 (n) = (0, 0, 2, 3, 1) ƒ2 (n) = (0, 0, 0, -2, -4) Si hay siete vehículos en la banda transportadora, r = 2. Al resolver las secuencias {H,{n)} para i = 1,2 se obtiene

Por lo tanto, B= 5. Suponga que cambia la distancia de la estación 2 a la estación 1 en la banda transportadora, de modo que las secuencias de carga y descarga están dadas por ƒ1 (n) = (2, 3, 1, 0, 0) ƒ2 (n) = (0, 0, 0, -2, -4) Al resolver las secuencias [Hi (.n)} se obtiene

y B = 4.

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Cálculos de la potencia En la sección anterior se considero un modelo de una banda transportadora de carretillas recirculantes. El modelo nos permitió evaluar el efecto de los cambios en las secuencias de carga y descarga sobre la capacidad de carga de un vehículo individual (carretillas). Asimismo, el modelo nos indicó la cantidad de inventario en la banda transportadora durante condiciones de estado estable. Observamos que la longitud de la banda transportadora y el número y el tamaño de vehículos instalados en ella influyen en su costo. Además del costo del equipo representado por las carretillas y la cadena conectora, el costo de instalación también constituye un factor importante. Tampoco se debe pasar por alto que el costo de impulsar la banda transportadora es una función de su diseño. En particular, el requerimiento de potencia depende de la velocidad y el peso de la banda transportadora, al igual qué del material que transporta. Entre mayor es el requerimiento de potencia, más grande suele ser el costo de los motores empleados. Se analizara los requerimientos de potencia para bandas transportadoras de correas y de rodillos que se usan para transportar cargas unitarias, al igual que los requerimientos de potencia para bandas transportadoras de correas utilizadas para transportar materiales a granel. El propósito al estudiar los requerimientos de potencia producidos por las decisiones de diseño para una banda transportadora en específico es demostrar que, lo que podría parecer una decisión de diseño sin trascendencia, puede modificar de manera significativa los requerimientos de potencia. No se pretende que se vuelva experto en establecer los requerimientos de potencia para una banda transportadora en particular; comprendemos que la precisión de las suposiciones realizadas en relación con el material que se va transportar, al igual que las decisiones relacionadas con la colocación de un motor en la banda transportadora pueden afectar las decisiones finales asociadas con el tamaño (y el costo) del motor instalado. Bandas transportadoras eléctricas de unidades y de paquetes Para determinar los requerimientos de potencia para una banda transportadora de correa o de rodillos que se va utilizar para transportar paquetes, bolsas, cargas en tarimas y demás, se empleará la notación siguiente: HP = el requerimiento de potencia, en caballos de fuerza (hp) S = la velocidad de la banda transportadora, en ft por minuto (fpm) L = la carga total que va desplazar la banda transportadora, en libras; TL = la longitud total de la banda transportadora, en pies RC = el espaciamiento entre las líneas centrales de los rodillos (es decir, el espaciamiento de los rodillos, en pulgadas) 335 335 335


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WBR = la anchura entre los rieles, en pulgadas (la anchura aproximada de la correa y/o la longitud de un rodillo;-los rodillos suelen ser cuando menos 2.5" más grandes que la anchura de la carga que transportan) α = el ángulo de la pendiente, en grados LLI = la carga viva en la pendiente, en libras (el peso del material en la sección de la banda transportadora que está en pendiente) BV = el valor base . FF = el factor de fricción LF = el factor de longitud Bandas transportadoras de correas. Para estimar el requerimiento de potencia para una banda transportadora, BV se puede aproximar multiplicando WBR por dos tercios. Para determinar el valor de FF, es importante saber cómo se sostendrá la correa: si es con rodillos, FF = 0.05; si es con una cama deslizable, FF = 0.30; el valor de LF se obtiene de la tabla 9.11. Tabla 9.11 Valores de LF para bandas transportadoras de correa, dados valores específicos de RC y WBR Valor de WBR = 15" WBR = 19" RC

4.5" 6.0" 9.0" 12.0" S.B.

0.41 0.34 0.29 0.25 0.50

0.50 0.42 0.35 0.31 0.70

WBR =23”

WBR =27”

WBR =33”

WBR =39”

0.61 0.51 0.43 0.38 0.80

0.72 0.61 0.52 0.46 1.00

0.85 0.72 0.62 0.54 1.20

1.00 0.85 0.73 0.65 1.50

El requerimiento de potencia se aproxima como sigue: HP = [BV + LF(TL) + FF(L) + LLI(sin α)](S)/14 000 Ejemplo 9.16 Considere una banda transportadora sostenida por rodillos de 100 ft de longitud inclinada en un ángulo de 10° con un espaciamiento de 6" entre los rodillos y un valor WBR de 27". (Use camas de rodillos, no camas deslizables, para las pendientes; el ángulo máximo de la pendiente es casi siempre de 35°.) Asuma, que la banda transportadora se utiliza para mover cajas de materiales, y que cada caja mide 18" de longitud y pesa 35 Ib, con carga. (Para estabilidad de la carga, se recomienda que un mínimo de 2 rodillos estén bajo la carga en todo momento; en una pendiente, 3 o más rodillos deben estar bajo la carga.) Se debe emplear un espaciamiento de 12" entre las cajas. Se planificó que la velocidad de la banda transportadora sea de 90 ft/min. ¿Cuál es el requerimiento de potencia aproximado para la banda transportadora? ¿Cuál es la condición de carga máxima para la banda transportadora? Para calcular esto, suponga que un segmento de carga se define en términos de una

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caja más la holgura entre las cajas. En este caso, la longitud del segmento de carga es igual a 30". Así, en todo momento habrá exactamente 40 segmentos de carga en la banda transportadora de 100 ft de longitud. Por lo tanto, el peso de la carga será 40(35) o 1 400 libras. En este caso, S = 90 fpm, RC = 6", WBR = 27", BV = 2/3(27) = 18, LF = 0.61, TL = 100', FF = 0.05, L = LL1 = 1 400 Ib y α = 10°. De modo que, HP = [18 + 0.61 (100) + 0.05 (1 400) + 1 400(0.1737)] (90)/14 000 = 2.52 hp Por lo tanto, un motor de 2.75 hp o 3.0 hp debe ser adecuado para cumplir la demanda aplicada a la banda transportadora. ¿Qué sucedería si el espaciamiento entre cajas consecutivas fuera de 8", en vez de 12"? Dividir la longitud de la banda transportadora entre la longitud de los segmentos de carga produce un valor de 46, más una fracción, así, habría 46 segmentos de carga completos, más un segmento de carga parcial. Los 46 segmentos de carga tienen una longitud de 46(18" + 8") o 1 196". Por lo tanto, la condición de peso máxima sería de 46 cajas completas y 4" de una caja parcial. Si el peso de una caja se distribuye de manera uniforme a través de su longitud, la caja parcial contribuye con (4/18)(35), o 7.78 Ib. En tal caso, la carga máxima sería 46(35) + 7.78, o 1 617.78 Ib y el requerimiento de potencia sería de 2.83 hp. Ejemplo 9.17 Continuando con el ejemplo anterior, suponga que se pretende elevar las cajas 17.36 ft. Se consideran tres alternativas que emplean ángulos de pendiente de 10°, 20° y 30°. Al redondear los pies, las longitudes resultantes de la banda transportadora serían 100 ft, 51 ft y 35 ft de longitud. Ya se determinó que el requerimiento de potencia para la primera alternativa es 2.52 hp. Para el caso de α = 20° y TL = 51 ft, un cálculo establece que la banda transportadora alojará 20 segmentos de carga completos y 12" de un segmento de carga parcial. Por lo tanto, L = LL 1 = 20(35) + (12/18)(35) = 723.33 Ib. El requerimiento de potencia será aproximadamente HP = [18 + 0.61(51) + 0.05(723.33) + 723.33(0.3420)](90)/14 000 = 2.14 hp Para el caso de α = 30° y TL = 35 ft, un cálculo determina que la banda transportadora alojará 14 segmentos de carga completos. Por lo tanto, L = LL I = 14(35) = 490 Ib; es decir, el requerimiento de potencia será aproximadamente HP = [18 + 0.61 (35) + 0.05 (490) + 490(0.50)](90)/14 000 = 1.99 hp Dependiendo de las circunstancias de la aplicación y de la disposición general de la planta, parece ser que se preferiría el ángulo de la pendiente más abrupta

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posible porque necesita un motor de menor potencia y una banda transportadora más corta. Ejemplo 9.18 En el ejemplo inicial, asuma que las cajas se van a transportar en forma horizontal por una distancia de 100 ft, en lugar de elevarse. Además, suponga que está disponible un motor de 2.5 hp y que debe utilizarse. ¿Cuál es el peso máximo por caja que puede trasladar la banda transportadora? A partir del ejemplo inicial, S = 90 fpm, RC = 6", WBR = 27", BV 2/3(27) = 18, LF =0.61, TL = 100 ft, FF = 0.05 y α = 0°. Por lo tanto HP = [18 + 0.61(100) + 0.05L](90)/14 000 = 2.50 hp Al despejar L se alcanza un valor de 6 197.78 Ib. Dado que la banda transportadora tendrá 40 cajas al mismo tiempo" (con base en un segmento de carga de 30"), el peso máximo por caja seria 154.94 libras. Bandas transportadoras de rodillos. Con valores diferentes de FF, BV y LF, se puede usar la misma fórmula para determinar el requerimiento de potencia para bandas transportadoras de rodillos. Se aplican los valores siguientes para el valor de fricción: FF = 0.10 cuando se utiliza una correa plana para impulsar los rodillos; FF = 0.085 cuando el cero tensa una correa exactamente es usado por la energía de los rodillos; FF = 0.075 cuando se emplea una correa en V para impulsar los rodillos; y FF = 0.05 cuando una cadena impulsa los rodillos. El valor base para las bandas transportadoras de rodillos se obtiene con la relación siguiente: BV = 4.60 + 0.445(WBR) La tabla 9.12 contiene los valores de LF para diversos valores de RC y WBR. Tabla 9.12 Valores de LF para bandas transportadoras de rodillos, dados los valores de RC y WBR , Valor de WBR = 15" WBR = 19" RC

3.0" 4.5" 6.0" 9.0"

1.3 0.9 0.7 0.5

1.5 1.0 0.8 0.6

WBR =23”

WBR =27”

WBR =33”

WBR =39”

1.7 1.2 0.9 0.7

2.0 1.4 1.0 0.8

2.4 1.6 1.2 0.9

2.6 1.8 1.5 1.0

Ejemplo 9.19 Considere el requerimiento de banda transportadora del ejemplo 9.16, aunque sin el requerimiento de inclinar la carga. (Si bien es posible usar una banda transportadora de rodillos para elevar cargas unitarias, se prefieren las bandas transportadoras de correas debido al deslizamiento entre la carga y los rodillos en una pendiente. La fricción de la correa evita que la carga se deslice sobre la banda 338 338 338


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transportadora de correas.) Considere una banda transportadora de rodillos impulsada por una correa plana, con los rodillos en centros de 6". (Para estabilidad del transporte, cuando menos tres rodillos deben estar bajo la carga en todo momento; para cargas suaves, se necesita un espaciamiento más cerrado.) Por lo tanto, para una carga de 18" de longitud, el espaciamiento de rodillos más grande sería de 6". Para el ejemplo, S = 90 fpm, RC = 6", WBR = 27", BV = 4.60 + 0.445(27) = 16.62, LF = 1.0, TL = 100 ft, FF = 0.10, L = 1 400 Ib y LL 1 = 0 Ib, dado que α = 0°. De modo que, HP = [16.62 + 1.0(100) + 0.10(1 400)](90)/14 000 = 1.65 hp Por lo tanto, sería adecuado un motor de 1.75 hp o de 2.0 hp para cumplir los requerimientos que se van a aplicar a la banda transportadora de rodillos. ¿Cuál es el límite superior para el peso de una caja si no se disponen más de 2.5 hp? Un cálculo establece que cada caja no debe pesar más de 68 Ib. Ejemplo 9.20 En el ejemplo anterior, suponga que las cajas pasan directamente de la banda transportadora que funciona a una" velocidad de 90 fpm a una banda transportadora de rodillos impulsada por una correa plana .de 100 ft de longitud que funciona a 150 fpm. ¿Cuál sería el requerimiento de potencia para la segunda banda transportadora? Si se mueven cajas de 18" a una velocidad de 90 fpm, COD una holgura de 12", ¿cuál sería el espaciamiento de las cajas en la segunda banda transportadora? ¡Cuidado! Advierta que la tasa a la que salen las cajas de la primera banda transportadora es igual a (90 ft/min)(12"/ft)/(30"/caja), o 36 cajas/min. Dado que la tasa a la que abandonan la primera banda transportadora es igual a la tasa a la que entran a la segunda banda transportadora, el espaciamiento de las cajas en la segunda banda transportadora será (150 ft/min)(12"/ft)/(36 cajas/min), o 50‖/caja. Puesto que las cajas miden 18" de longitud, la holgura en la segunda banda transportadora será de 32". Se podría pensar que el aumento en dos tercios en la velocidad provocaría que las holguras aumentaran dos tercios, hasta alcanzar un valor de 20". ¡No es así! Si alguna vez ha recorrido la terminal de un aeropuerto, al subirse sobre una banda transportadora, ha experimentado el diferencial de espaciamiento que ocurre con las cajas. Dado que la caja no se puede estirar o encoger al pasar de una banda transportadora a otra que funciona a una velocidad diferente, las holguras deben alojar la expansión/contracción del segmento de carga. En la segunda banda transportadora habrá exactamente 24 segmentos de carga completos. Por lo tanto, se aplican los siguientes valores de parámetros a la

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segunda banda transportadora: S = 150 fpm, RC = 6", WBR = 27", BV = 16.62, LF = 1.0, TL = 100 ft, FF = 0.10, L = 840 Ib. Así, HP = [16.62 + 1.0 (100) + 0.10(840)](150)/14 000 = 2.15 hp Ejemplo 9.21 A partir de los dos ejemplos anteriores, encontramos que se necesitarían un motor de 1.65 hp y un motor de 2.15 hp para transportar las cajas por una distancia de 200 ft mediante dos bandas transportadoras de 100 ft de longitud que funcionan a 90 fpm y 150 fpm. Suponga que se usa una sola banda transportadora de 200 ft de longitud. ¿Cuál sería el requerimiento de potencia si funciona a una velocidad de 120 fpm y desplaza una tasa de 36 cajas por minuto? Un cálculo establece que la longitud de un segmento de carga es de 40" y la banda transportadora aloja 60 segmentos de carga completos. Así, para este ejemplo, S = 120 fpm, RC = 6", WBR = 27", BV = 16.62, LF = 1.0, TL = 200 ft, FF = 0.10 y L = 2 100 Ib. De esta manera, HP = [16.62 + 1.0(200) + 0.10(2 100)](120)/14 000 = 3.66 hp Dependiendo de los costos de los motores, los requerimientos de la aplicación específica y los costos de las secciones de bandas transportadoras de 100 ft y 200 ft, podría resultar preferible tener una sola banda transportadora de 200 ft a tener dos bandas transportadoras de 100 ft.

Modelos con diseño de trayectoria de flujo En los modelos con diseño de una trayectoria de flujo existen numerosos tipos de sistemas de manejo de materiales en donde el desempeño del sistema se puede mejorar con el diseño optimizado de la red de la trayectoria de flujo. Entre estos modelos están las bandas transportadoras de línea de remolque dentro del piso, las bandas transportadoras de carretilla colgantes y los sistemas de vehículos de conducción automática. Existen múltiples configuraciones alternas de trayectoria de flujo para satisfacer un conjunto específico de requerimientos de manejo de materiales. En esta sección, se trataran dos configuraciones: los sistemas de flujo convencional y los de flujo en tándem. Determinar cuál es la mejor estructura de la trayectoria de flujo para aplicaciones específicas implica un estudio mucho más detallado, el cual va más allá del alcance del análisis que se presenta a continuación. 1. Sistemas de flujo convencional El objetivo del problema de diseño de una trayectoria de flujo convencional es encontrar la dirección del flujo para cada arco de la red de la trayectoria de flujo. La dirección del flujo puede ser unidireccional o bidireccional. La red de la 340 340 340


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trayectoria de flujo representa las estaciones de recolección/entrega, las intersecciones de los pasillos y todos los pasillos utilizables dentro de una planta de fabricación o almacenamiento. Gaskins y Tanchoco fueron los primeros en formular el problema de diseño de una trayectoria de flujo como un problema de programación lineal entera binaria. El modelo se formula como una red de nodos-arcos en donde los nodos representan las estaciones de recolección/entrega y las intersecciones de los pasillos y los arcos son las trayectorias de flujo que conectan los nodos. Kaspi y Tanchoco presentaron un modelo mejorado. La formulación se estableció en el contexto del desarrollo de trayectorias guía para los sistemas de vehículos con conducción automática. El modelo supone que el flujo en cada segmento de la red de la trayectoria de flujo es unidireccional. Se puede consultar en Kim y Tanchoco presentación de modelos mixtos que incluyen flujos unidireccionales y bidireccionales dentro de la misma red de la trayectoria de flujo. a. Modelo analítico. Suponga que los nodos representan puntos de recolección, puntos de entrega y puntos de intersecciones de pasillos y que los arcos representan la dirección posible del flujo entre dos nodos adyacentes. Se asigna a cada arco una longitud igual a la distancia (o tiempo de viaje) entre los nodos que conecta. b. Enfoque de ramificación y acotamiento. La técnica específica utilizada es la de ramificación y acotamiento con una búsqueda del tipo profundidad primero (depth-search first) y luego un rastreo en reversa o haciθθa atrás (backtracking), en lugar del enfoque de rastreo a saltos {jump-tracking). Con el método de rastreo en reversa, se obtiene con rapidez una solución factible y se requiere mucha menos memoria que para un enfoque de rastreo hacia adelante. El método propuesto consta de ocho pasos. A continuación se describe cada uno de ellos. Pero antes haremos algunas definiciones adicionales: UB = la cota superior; es decir, el mejor valor (conocido) actual de la función objetivo. El valor inicial de UB se establece en infinito. Cuando se alcanza una solución factible y completa con un valor menor que UB, se actualiza con ella el valor de UB. LBk = la cota inferior de la rama k es el mejor valor de la función objetivo despreciando la restricción C2 para todos los arcos en {U}. La cota inferior LBk, se usa para etiquetar las

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12

17

4

4 1

3

1

1

2

3

2 2 3

5 18

5

13 5 (a)

3

5 (c)

(b)

Figura 9.14 (fl) La disposición departamental, (b) la red de nodos-arcos y (c) la trayectoria de flujo óptima.

ramas durante el proceso de búsqueda. Cuando una cota inferior para alguna rama es mayor que (o igual a) la cota superior UB, se acota esta rama. € {D} = el conjunto de arcos dirigidos. {U] = él conjunto de arcos no dirigidos. {A} = el conjunto de todos los arcos, es decir, {U}U{D} = {A}, { U }Ώ{D} = θ. {A'} = el conjunto de todos los arcos conectados a un nodo de recolección/entrega. c. Procedimiento de búsqueda. Para fines de claridad, el método de ramificación y acotamiento propuesto se explica mediante un ejemplo numérico simplificado. La disposición departamental considerada aparece en la figura 9.14a y la tabla desde-hacia para el flujo de materiales aparece en la tabla 9.13. Observe que se introduce un valor de Ɛ igual a un número muy pequeño como el valor del flujo del nodo 2 al nodo 3, para asegurar que cada estación de recolección entrega se pueda alcanzar desde cualquier otra estación de recolección/entrega Paso 1. Inicialización La red de arcos-nodos correspondiente aparece en la figura 9.14b El procedimiento se inicia al determinar el conjunto {A}. Al inicio, {A} = (1-4,4-1,1-5,51,2-4,4-2,2-5,5-2,3-4,4-3,3-5,5-3}. Dado que todos los arcos en ese momento son no dirigidos {U} = [A] y {D} = Φ. La cota superior UB = Paso 2. Ramificación El proceso de ramificación se inicia al utilizar los arcos directamente conectados a los nodos de recolección/entrega (es decir, el arco i – j, el arco j – i . Sólo después de agotar todos los arcos en [A'} se consideran los otros arcos en {A}. Además, para las dos ramas que conectan a los nodos i y j (i) Zij = 1, Zi = 0 o Zij = 0, Zji = 1 (ii)

en donde Zij, Zji

.

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Para el ejemplo, la ramificación se inicializa con los arcos 1—4 y 4—1, como se puede observar en la figura 9.15. La ramificación inicial corresponde a la rama k = 1 (Z14 = 1, Z41 = 0) y a la rama

Tabla 9.13 Tabla desde-hacia

1 2

1 — 20

A 2 10 —

3

5

10

Desde

3 15 Ɛ

UB = ∞ 1-4

0

4-1

LB1 = 1400

LB2 = 1360

1

2

5-1

1-5

5-1 LB16 = 1400

4

16

3 4-2

LB6 = 1960

4=2 LB18 = 1400 LB5 = 1360 2-5 18 5

6

4-3

5-3

5-2

5-3

LB13= 1600 13

UB = 1600

2-5

LB12= 1700

17 LB19 = 1440 19

5-2 20

3-5

12

LB17 = 1700

LB21 = 1530

4-3

LB9 = 1360 7 9

10 LB10 = 1390 3-5

14

LB8 = 1360 8

15

2-4

11

LB22 = 1700 22

3=4

21 3-5

LB24 = 1600 24 5 - 3

23

UB = 1700

Figura 9.15 Árbol de la búsqueda.

Paso 3. Etiquetado Para cada una de las dos nuevas ramas, el problema del diseño de la trayectoria de flujo se resuelve con el conjunto de restricciones C2 ignorado para todos los arcos en {U}. En realidad, el procedimiento busca la trayectoria Yjm más corta del nodo de recolección / al nodo de entrega m considerando los arcos en {D} y {U}. Después se calcula la cota inferior de cada rama, LBk = Para la rama k = 1 (Z14 = 1, Z41 = 0), las trayectorias más cortas son: Y12 = 17, Y13 = 29, Y21 = 23, Y31 = 31, Y32 = 18, y la cota inferior LB1 = 1 400. Para la rama k = 2 (Z14 = 0, Z41 = 1), la cota inferior es LB2 = 1 360. 343


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Paso 4. Establecimiento de cotas La rama k está acotada si: (i) La cota inferior LBk > la cota superior UB, (ii) No se obtiene una trayectoria factible de un nodo de recolección a un nodo de entrega; o (iii) Para cualquier nodo, todos los arcos que salen de él y todos los arcos que entran al nodo están en {D}, y se violan los conjuntos de restricciones C4 y C5. Paso 5. Elección de la rama Al considerar las dos nuevas ramas (véase el procedimiento de ramificación), se selecciona la que tiene la LB más baja. Se registra la información de la otra rama (LB, {U}, {D}. Si ambas ramas están acotadas, se evoca el procedimiento de rastreo en reversa (paso 7). La cota inferior de la rama k = 1 es LB1 = 1 400 y para la rama k = 2, LB2 = 1 360. Por lo tanto, se selecciona la rama k = 2 (véase la figura 9.15). El proceso de ramificación continúa con k = 2 LB2 = 1 360, si bien la rama k = 4 está acotada, ya que {D} = {Z41 = 1, Z14 = 0, Z51 = 1, Z15 = 0} viola el conjunto de restricciones C5. Paso 6. Actualización de la cota superior Cuando no se viola el conjunto de restricciones C2, la solución obtenida en el paso 5 (elección de una rama) es una solución factible completa para el problema del diseño de una trayectoria de flujo. Si el valor de la función objetivo para esta solución, LBk, es menor que UB (el mejor valor actual de la función objetivo), se actualiza UB (es decir, UB = LB). Para este ejemplo, UB12 = 1 700 y ninguna dirección de los arcos viola ninguna restricción de modo que es una solución factible completa. Hasta este punto UB ha sido igual a de manera que UB se actualiza para que sea igual a 1 700. Paso 7. Rastreo en reversa Se invoca el procedimiento de rastreo en reversa siempre que se obtiene una solución factible completa. El procedimiento de rastreo en reversa regresa a la rama fuente (o de origen). Si está disponible alguna rama en la fuente (es decir, una rama hermana) que no ha sido seleccionada antes (es decir, que no está acotada y que no ha sido seleccionada antes), el procedimiento continúa a través de esta rama. Si la rama hermana no está disponible, se vuelve a efectuar un rastreo en reversa. Al consultar la figura 9.15, la rama k = 12 representa una solución completa factible, de forma que el procedimiento regresa a su origen, la rama k = 9. La rama hermana, k = 11, está acotada, por lo que el procedimiento de rastreo en reversa continúa hacia la rama k = 8. Como está disponible la rama k = 10, ésta se selecciona; y se ejecuta el procedimiento de selección (paso 5).

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Paso 8. Terminación Cuando el rastreo en reversa alcanza el origen de la raíz (k = 0) y ya no están disponibles las ramas k = 1 y k = 2, la búsqueda termina. Si UB todavía es infinito, no hay una solución factible para el problema; de lo contrario, UB es la solución óptima. La disposición de la trayectoria de flujo óptima para el problema del ejemplo se presenta en la figura 9.14c.

2. Sistemas de flujo en tándem Un método alterno para el diseño de una trayectoria de flujo son los sistemas de flujo en tándem, creados por Bozer y Srinivasan en el contexto de los sistemas AGV. En los sistemas de flujo en tándem, las estaciones que van a ser atendidas por los vehículos se dividen en zonas con un solo vehículo y sin traslapes. Se incorporan las estaciones de transferencia que sean necesarias entre zonas adyacentes para poder transferir una carga de una zona a la siguiente. Por ejemplo, considere las ocho estaciones de la figura 9.16a. (Las líneas gruesas representan los pasillos.) Un posible sistema de flujo en tándem con dos zonas aparece en la figura 9.16b, en donde las líneas gruesas representan las trayectorias guía para los dos AGV. La primera zona está formada por las estaciones de trabajo (3, 4, 5, 6} mientras que la segunda zona consiste en las estaciones de trabajo {1, 2, 7,8}. Las estaciones de trabajo 2, 3,6 y 7 también se emplean como estaciones de transferencia. Las líneas sombreadas en la figura 9.16b son las bandas transportadoras de transferencia (unidireccionales) que conectan las estaciones de transferencia. El que se necesiten dos pares de bandas transportadoras y estaciones de transferencia dependerá de la dirección del flujo entre las dos zonas. En la figura 9.16c se ilustra un sistema alternativo de flujo en tándem, de nuevo con dos zonas. En aquellos casos donde no es posible usar las estaciones de trabajo como estaciones de transferencia, se montan estaciones de transferencias separadas y adicionales entre zonas adyacentes. Por ejemplo, dadas las estaciones de

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4

5

4

5

4

5

3

6

3

6

3

6

2

7

2

7

2

7

8

1

8

1

8

1 (a)

(b)

(c)

Figura 9.16 (a) Ubicaciones de estaciones de trabajo; (b) y (c) sistemas alternativos de flujo en tándem con las estaciones de trabajo funcionando como estaciones de transferencia .

trabajo de la figura 9.16a, las figuras 9.17a y 9.17b muestran dos ejemplos de sistemas de flujo doble con dos zonas, en donde las líneas gruesas simbolizan la trayectoria guía para los dos AGV y el diamante representa la estación de transferencia. El número de cargas que puede contener una estación de transferencia es una variable del diseño. Los ejemplos presentados sólo tienen dos vehículos (y dos. zonas). Se requerirán más vehículos (y más zonas mediante particiones adicionales) conforme aumente la intensidad del flujo en el sistema. Como cabe esperar, el desempeño general de un sistema de flujo tándem depende en gran medida de la partición usada (es decir, el número de zonas, las estaciones de trabajo/transferencia en cada zona y los patrones de flujo resultantes). En términos generales, dos factores resultan especialmente importantes al hacer la partición. Primero, la carga de trabajo entre los vehículos (es decir, "con cuánta intensidad" debe trabajar cada vehículo para cumplir el requerimiento de rendimiento en su propia zona) necesita estar razonablemente equilibrada. Aunque no se suele alcanzar un equilibrio perfecto de la carga de trabajo entre los vehículos, es conveniente reducir la desviación de la carga de trabajo entre los vehículos para evitar una partición en donde un subconjunto de los vehículos tenga que "trabajar con intensidad" mientras que los otros vehículos se subutilicen. Segundo, entre más alta sea la intensidad de flujo entre las estaciones i y j más aliciente existe para poner las estaciones i y j en la misma zona. Así, si la intensidad del flujo, por ejemplo entre las estaciones 4 y 5 y entre las estaciones

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3

6

2

7

1

8

4

5

3

6

2

7

1

8

(a)

(b)

Figura 9.17, Sistemas de flujo tándem alternos con estaciones de transferencia separadas.

1 y 8, es más alta en comparación con los otros valores del flujo, desde punto de vista de desempeño general del sistema resultará más conveniente la división de la figura 9.17b. Por supuesto, si dos estaciones tienen una alta intensidad de flujo entre ellas, pero están lejos entre sí (como las estaciones 4 y 8 de la figura 9.17a) tal vez no sea posible colocarlas en la misma zona Esos casos, es decir, flujos de intensidad alta sobre distancias largas, casi siempre afectan el sistema de manejo de materiales al margen del tipo de sistema de flujo utilizado. Dado un conjunto de estaciones de trabajo (especificadas por sus coordenadas (x, y) en el plano) y la intensidad de flujo entre las estaciones, se presenta un procedimiento heurístico de partición para el caso donde no hay una estructura de pasillos establecida con anticipación. Este enfoque es más conveniente si la estructura de los pasillos es relativamente fácil de cambiar, o si se planifica una planta nueva y se busca la "mejor" estructura de pasillos para un sistema de flujo tándem. 9.9 MODELOS DE LÍNEAS DE ESPERA Entre los numerosos enfoques analíticos que se emplean como apoyo para diseñar plantas está el análisis de líneas de espera o teoría de colas. Como su nombre lo indica, el análisis de líneas de espera se relaciona con el estudio de las líneas de espera. Entre otros ejemplos de líneas de espera se encuentra la acumulación de piezas en una banda transportadora en una estación de trabajo, las cargas de tarima de material en los puestos de recepción o embarque, la acumulación del inventario en proceso, los operarios que llegan a un almacén de herramientas, los clientes formados para pagar en una caja de una tienda de autoservicio, los montacargas en espera de mantenimiento, Los doctores disponibles para consultas en una clínica, casetas de cobro en un puente o camino de peaje, pistas de aterrizaje para aviones, ventanillas de servicio en una oficina postal y muelles para barcos.

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Los problemas de líneas de espera pueden analizarse de manera matemática o por medio de simulación. En esta sección, se presentaran algunos métodos prácticos para estudiar problemas de formación de colas matemáticamente. Dichos métodos resultan útiles en la planificación preliminar y en muchos casos, generan resultados no muy diferentes de los que se obtienen mediante simulación. Debido a que las líneas de espera se manifiestan en diversas formas y contextos, es importante que el planificador de plantas establezca con claridad y precisión la situación de las líneas de espera por analizar. Los cuatro elementos siguientes son útiles para contribuir a la definición de un sistema de líneas de espera: los clientes, los servidores, la disciplina de la cola y la disciplina del servicio. El término cliente se interpreta de manera muy amplia. Los vehículos que llegan a una bahía de recepción, las cargas de tarimas de materiales que llegan a una máquina de envoltura plástica por estiramiento, los empaques que llegan a una estación de sellado, los empleados que se dirigen a un depósito de herramientas, los pacientes que llegan a la sección de admisiones de un hospital y los aviones que arriban a un aeropuerto son ejemplos de clientes. En resumen, los clientes son las entidades que llegan y demandan alguna forma de servicio. Es muy importante la manera en que llegan estos clientes al sistema, pueden llegar individualmente o por lotes, a intervalos regulares o con un patrón aleatorio, pueden venir de una población infinita (es decir, muy grande) de posibles llegadas o pueden provenir de un conjunto finito (por ejemplo, las 10 máquinas de un taller que pueden averiarse y requerir reparaciones). El término servidor también se interpreta de manera muy amplia. Por ejemplo, la máquinas de S/R, los túneles para envoltura plástica por estiramiento, los recolectores de pedidos, los vehículos industriales, las grúas, los elevadores, las máquinas herramientas, las terminales de computadora, los supervisores/empacadores, los empleados postales y las enfermeras se pueden considerar servidores, según el contexto. Los servidores son las entidades o combinación de entidades que proporcionan el servicio que los clientes requieren. La expresión disciplina de la cola se refiere tanto al comportamiento de los clientes en la línea de espera, como al diseño de la línea de espera. En algunos casos, los clientes pueden negarse a esperar; algunos clientes esperan durante cierto tiempo, se desaniman y se van antes de ser atendidos. Algunos sistemas de líneas de espera tienen una cantidad limitada de espacio de espera; otros, emplean una sola línea de espera, y algunos más, tienen líneas de espera separadas para cada servidor. El orden de servicio a los clientes muchas veces se basa en el principio FIFO (primero en entrar, primero en salir), pero también es posible que exista un servicio rápido o prioritario para ciertos clientes; un ejemplo es la caja rápida para personas con 10 articulos o menos en un supermercado. En la teroia de colas o líneas de espera también se debe tener en cuenta las medidas de rendimiento, puesto que hay varias formas de evaluar el rendimiento de una cola. Los resultados se pueden evaluar en un periodo corto después de iniciar el sistema, o en un plazo largo y de equilibrio. Por lo general es importante el tiempo que esperan los clientes y se puede considerar el promedio de tiempo de espera o una medida como el porcentaje de clientes que tiene que esperar mas 348 348 348


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de, digamos, 12 minutos. El número promedio de cilientes en la cola, la tasa de utilización del equipo y el costo de opreacion del sistema son otras medidas importantes que los gerentes hoy en dia en este mundo globalizado podrían usar para determinar el numero optimo de servidores y la capacidad del sistema de colas. Existe una amplia diversidad de problemas de colas. Para facilitar el análisis de los problemas de colas, adoptaremos el esquema de clasificación siguiente: (x/y/z):(u/v/w) en donde: x = la distribución de las llegadas (o del tiempo entre llegadas) y = la distribución de las salidas (o del tiempo de servicio) z = el número de canales de servicio paralelos en el sistema u = la disciplina del servicio v = el número máximo permitido en el sistema (en servicio, más en espera) w = el tamaño de la población Los siguientes códigos son comunes para los símbolos x y y: M = Distribución de Poisson para las llegadas o las salidas (o, de manera equivalente, distribución exponencial para los tiempos entre llegadas o de servicio; M hace referencia a la propiedad markoviana de la distribución exponencial) GI = Distribución independiente general para las llegadas (o los tiempos entre llegadas) G = Distribución general para las salidas (o los tiempos de servicio). Distribución general con una desviación estándar específica. D = Tiempos determinísticos de las llegadas o del servicio Los símbolos z, v y w se sustituyen con las denominaciones numéricas apropiadas. El símbolo u se reemplaza con un código similar a lo siguiente: FCFS = el primero en llegar, el primero en ser atendido LCFS= el último en llegar, el primero en ser atendido SIRO = servicio en orden aleatorio SPT = el tiempo de procesamiento (de servicio) más corto GD = disciplina general del servicio Colas de Poisson Las líneas de espera más sencillas de analizar matemáticamente son las que se relacionan con las llegadas y los servicios que tienen distribuciones de Poisson. En el caso de una población con clientes infinitos, si ʎ es el número promedio de llegadas por unidad de tiempo, la distribución de probabilidad para el número de llegadas durante el periodo T está dada por

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Existe una relación interesante e importante entre la distribución de Poisson y la distribución exponencial. Esta se refiere a que si las llegadas siguen la distribución de Poisson, el tiempo entre llegadas consecutivas (el tiempo entre llegadas) tendrá una distribución exponencial. Si los servicios siguen la distribución de Poisson, los tiempos de servicio tiene una distribución exponencial y se representan por medio de: t>0 en donde es la tasa de servicio o el número esperado de servicios por unidad de tiempo para un servidor ocupado y (1/ ) es el tiempo de servicio esperado. Al analizar problemas de líneas de espera, Pn denota la probabilidad de que haya n clientes en el sistema (en servicio o en espera). ʎ denota la tasa de llegadas y λn representa a la tasa de servicio cuando hay n clientes en el sistema, se puede demostrar que

en donde P0 es la probabilidad de que haya O clientes en el sistema. Si el sistema no puede alojar a un total de más de N clientes, λN = 0. Además, debido á que la suma de las probabilidades debe ser unitaria P0 + P1+…….PN = 1 Ejemplo 9.22 Con el fin de ilustrar el enfoque sugerido para analizar un problema de líneas de espera, suponga que una estación de trabajo recibe piezas automáticamente de una banda transportadora. La estación de trabajo posee una línea de acumulación y una capacidad de almacenamiento para cinco piezas (N = 6). Las piezas arriban en forma aleatoria al empalme de intercambio de la estación de trabajo; si la línea de acumulación está llena, las piezas se desvían a otra estación de trabajo. Las piezas llegan con una tasa de Poisson de 1/min; el tiempo de servicio en la estación de trabajo tiene una distribución exponencial con una media de 45 seg. Por lo tanto,

350


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(Nota: Observe que el sistema tiene una capacidad de 6, la línea de espera tiene una capacidad de 5.)

A partir de la ecuación

Asimismo,

La tabla 9.14 Calculo de Pn para el ejemplo 9.22

ʎn

n

µn 0

Pn 1P0

Pn

0

1

0.2885

1

1

0.2164

2

1

0.1623

3

1

0.1217

4

1

0.0913

5

1

0.0685

6

0

351 351 351


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La tabla 9.14 resume los cálculos para resolver Pn. Advierta que, en términos de P0 la suma de las probabilidades es igual a (14 197/4 096)P 0 por lo tanto, P0, es igual a 4 096/14 197. Dado el valor, de P 0, se pueden calcular los valores de Pn para n = 1,.... 6. En la tabla 9.14 se observa que PO =0.2885 y que P6 = 0.0513; por lo tanto, la estación de trabajo estará inactiva 28.85% del tiempo y la línea de acumulación estará llena 5.13% del tiempo. El número promedio de piezas en la línea de acumulación (en espera), Lq se obtiene mediante Lq = 0(P0 + P1) + 1P2 + 2P3 + 3P4 + 4P5 + 5P6 o Lq = 1(0.1623) + 2(0.1217) + 3(0.0913) + 4(0.0685) + 5(0.0513) = 1.2101 piezas en la línea de acumulación El número promedio de piezas en el sistema, L, está dado por

= 0 (0.2885) + 1(0.2164) + 2(0.1623) + 3(0.1217) + 4(0.0913) + 5(0.0685) + 6(0.0513) = 1.9216 piezas en el sistema La tasa con la cual realmente entran las piezas a la línea de acumulación no es 1/min, ya que a veces la línea de acumulación está llena y las piezas se desvían a otra parte. La tasa de llegadas efectiva se define como la tasa a la que los clientes entran al sistema y se consigue por medio de

λ = (L – Lq) O bien, en este caso

λ = (1.9216 - 1.2101) (4/3) = 0.9487 piezas por minuto O bien en este caso

λ = (1 – PN)λ = 0.9487 piezas por minuto El porcentaje de piezas que llegan y que no entran a la línea de acumulación es

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PN = 0.0513. Suponga que el gerente de producción quiere que se desvíen no más de 2% de las piezas que llegan, ¿qué longitud deberá tener la línea de acumulación? Responderemos a ello más adelante?. Ejemplo 9.23 El ejemplo anterior se relacionaba con un solo servidor (c = 1). Consideremos ahora un ejemplo con dos servidores (c = 2). En la situación anterior, suponga que la línea de acumulación suministra partes para dos estaciones de trabajo, como se aprecia en la figura 9.18. Las partes se retiran de la línea de acumulación, se procesan y se ponen en la banda transportadora que entrega las partes al departamento de empaque. En este caso, suponemos que λ = 2 partes por minuto y dejamos que cada servidor funcione a una tasa de 4/3 partes por minuto. Por lo tanto, N = 7 (espacio de espera para 5 partes, más 2 que se procesan) y

Note que si ambos servidores están ocupados (n ≥ 2), la tasa a la que ocurren las salidas (los servicios) es el doble que la tasa de servicio para un solo servidor. A partir de la tabla 9.15 se observa que P0 = 0.1613, P1 = 0.2430, P7 = 0.0430. De este modo, ambas estaciones de trabajo están inactivas 16.13% del tiempo, una estación de trabajo está ocupada 24.20% del tiempo y la línea de acumulación está llena 4.30% del tiempo. El número promedio de piezas en la línea de acumulación, Lq y el número promedio de piezas en el sistema, L, son Lq = 1P3 + 2P4 + 3P5 + 4P6 + 5P7 Lq = 1(0.1361) + 2 (0.1021) + 3(0.0766) + 4(0.0574) + 5(0.0430) = 1.0147 piezas en la línea de acumulación

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Banda transportadora que alimenta piezas para empaque

Estación 1

Estación 2

Línea de acumulación

Banda transportadora del alimentador Figura 9.18 Disposición de la banda transportadora del ejemplo 9.23

354


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ʎn

n

µn

Pn

Pn 0

2

0

1P0

0.1613

1

2

0.2420

2

2

0.1815

3

2

0.1361

4

2

0.1021

5

2

0.0766

6

2

0.0574

7

0

Y

L= 1(0.2420)+2(0.1815)+3(0.1361)+4(0.1021)+5(0.0766)+6(0.0574)+7(0.0430)= 2.4501 piezas en el sistema

A menudo se utilizan varias características de operación al analizar las líneas de espera. Entre ellas están las siguientes: 1. L, el número esperado de clientes en el sistema 2. Lq, el número esperado de clientes en la línea de espera 3. W, el tiempo esperado en el sistema por cliente 4. Wq, el tiempo esperado en la cola por cliente 355 355 355


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5. U, la utilización del servidor 6. , la tasa efectiva de llegadas Los valores de L, Lq, W y Wq se relacionan como sigue:

λ = (L - Lq)µ W = L/ λ Wq = Lq/ λ L = Lq + λ

Las ecuaciones anteriores se basan en la suposición de que un servidor individual mantiene la misma tasa de servicio ( ) independientemente del número de clientes en el sistema (n > 0). Si un servidor tiene una tasa de servicio variable, existe una situación más compleja y los valores de W y W q no se pueden obtener con facilidad. Ejemplo 9.24 Considere un depósito de herramientas con dos despachadores (c = 2). Los estudios de tiempos indican que los clientes llegan con una distribución de Poisson a una tasa de 12 por hora, siempre y cuando no haya más de un cliente esperando ser atendido. Si hay dos clientes esperando, la tasa a la que entran las personas al depósito de herramientas se reduce a 8 por hora. Si hay tres clientes esperando, entran a una tasa de 4 por hora. No llegan más clientes si hay cuatro clientes en espera. Por lo tanto, la cantidad máxima de clientes en el sistema (N) es igual a 6. El tiempo requerido para cumplir el pedido de un cliente tiene una distribución exponencial con un promedio de 10 minutos. En la tabla 9.16, se observa que L = 2.7211 y Lq = 1.0923. Debido a que la tasa de servicio para un servidor individual, µ, es constante para 0 < n < 6, en tal caso. 356


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= 0.8144 u 81.44% λ = (L – Lq) = (2.7211 – 1.0923)(6) = 9.7728 clientes por hora Y W = L/ λ

= 0.2784 hr por cliente = 16.706 min por cliente Tabla 9.16 Calculo de Pn, L y Lq para el ejemplo 9.24 n λn Pn Pn 0 0 12 1P0 0.0928 1 12 0.1856 2 P 0, 6 2 12 0.1856 12 2 P0 12 0.1856 12 2 P0 3 8 0.1856 4 12 2 P0 4 0.1237 5 12 4/3 P0 0 0.0411 6 12 4/9P0 97/9 P0 = 1

1.0000

nPn -----0.1856 0.3712 0.5568 0.7424 0.6185 0.2466

(n - c)Pn -----------0.1856 0.3712 0.3711 0.1644

L= 2.7211

Lq= 1.0923

W q = Lq / λ

= 0.1118 hr por cliente = 6.706 min por cliente Colas no poissonianas En general, cuando las llegadas y los servicios no tienen una distribución de Poisson, es difícil obtener resultados matemáticos y se suele utilizar simulación. Sin embargo, hay algunas colas no poissonianas sencillas para las cuales se

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conocen las características de operación. Consideraremos tres sistemas de colas no poissonianas: (M/G/1):(GD/ / ), (D/M/1):(GD/ / ) y (M/G/c):(GD/c/ ). El primer caso permite cualquier distribución en general del tiempo de servicio; el segundo caso es adecuado cuando el tiempo entre llegadas consecutivas es determinístico (constante); y el tercer caso acepta cualquier distribución general del tiempo de servicio sin proporcionar espacio para espera. Resultados para (M/G/1):(GD/ / ), Suponga que las llegadas tienen una distribución de Poisson y hay un solo servidor. Si el tiempo de servicio promedio es y la varianza del tiempo de 2 servicio es σ , están disponibles las siguientes expresiones para determinar las características de operación del sistema:

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50.0

-

2

40.0

α =2

-

2

α =1

30.0

20.0

10.0

5.0

L

2

α =0.5

-

2

α =0

-

-

1.0

-

0.5

0.1

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7 0.8

0.9

1.0

Figura 9.19 Valores de L para la cola (M/G/1):(GD/ / )

359 359 359


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100 80 60 40 20

-

|

|

|

|

|

|

|

|

|

|

α =2

-

2

α =1

2

α =0.5

-

2

10.0

5.0

Lq 1.0

α =0

-

-

-

-

0.5

0.1 0.05

-

-

-

0.01

-

2

|

|

|

|

|

|

|

|

|

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

| 1.0

Figura 9.20 Valores de Lq para la cola (M/G/1):(GD/ / ).

en donde p =

. Sea

se describen valores de L y Lq en las figuras 9.19 y 9.20 para diferentes valores de α2. Observe que cuando los tiempos de servicio son constantes, α2 = 0 y cuando los tiempos de servicio tienen una distribución exponencial, α2 = 1.

Ejemplo 9.25 A una máquina de envoltura plástica mediante calor le llegan cargas unitarias de manera aleatoria con un promedio de 15 llegadas por hora con una distribución de Poisson. El tiempo que se requiere para que una carga unitaria sea procesada en 360


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una operación de envoltura plástica mediante calor es una constante de 2.5 min. Las características de operación se obtienen con las ecuaciones anteriormente mencionadas λ = 15, , σ2 = 0 y p = 0.625.

W q = W – 1/µ = 2.083 min por carga unitaria

9.10 MODELOS DE SIMULACIÓN Durante los últimos 10 a 15 años se han logrado muchas mejoras en el desarrollo de paquetes de simulación para modelar problemas de flujo de materiales. En realidad, la tecnología de simulación ha evolucionado hasta el grado de que los planificadores de plantas más calificados manejan la simulación una o más veces durante el ciclo de planificación de plantas. En la actualidad se pueden efectuar simulaciones relativamente sofisticadas con microcomputadoras o simulaciones rudimentarias con minicomputadoras portátiles; con frecuencia, el software de hoja de cálculo incluye generadores de números aleatorios para llevar a cabo simulaciones. Los avances en el software con animación permiten mostrar los resultados de la simulación con representaciones animadas de los sistemas. La simulación involucra el desarrollo de un modelo de un sistema y la experimentación con el modelo para determinar cómo reacciona el sistema ante diversas condiciones. La simulación no nos proporciona una solución óptima, dado que es un modelo descriptivo, sólo nos brinda un mecanismo útil para comprender y, tal vez, predecir el comportamiento de un sistema. Al formular suficientes preguntas tipo "¿Qué sucede si...?", se puede elegir la configuración del sistema que satisfaga mejor algunos criterios.

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Algunas de las razones principales para emplear una simulación son: 1. Cuando no se puede obtener con facilidad o en lo absoluto una solución matemática. 2. Vender el plan de la planta a la dirección. 3. Explicar al personal operativo cómo funcionará un sistema propuesto. 4. Probar la factibilidad de un sistema propuesto. 5. Desarrollar los requerimientos de rendimiento y de almacenamiento. 6. Validar modelos matemáticos. 7. Predecir el impacto de un cambio en el sistema físico, el ambiente, o los procedimientos de operación. La simulación contribuye a una mejor comprensión del plan de la planta de diversas maneras 1. El proceso de crear un modelo de simulación requiere comprender y documentar en forma detallada la actividad que se simula. Por ejemplo, a primera vista el flujo de información que se presente en un almacén suele parecer muy simple. No obstante, una vez que se desarrolla una simulación de este flujo de información, se identifican muchas excepciones y flujos de información alternos. 2. La enseñanza de algunos conceptos es muy difícil debido a la compleja relación entre las variables. Una simulación se puede utilizar a manera de "juego" para identificar estas relaciones complejas. Por ejemplo, la determinación del número y la ubicación de los centros de distribución para atender un mercado se basa en el servicio al cliente que se puede proporcionar, el costo del transporte y el costo de realizar inventarios. 3. La orientación que tienen los empleados respecto a un sistema a menudo puede provocar problemas considerables. Se puede usar simulación para orientar a empleados actuales respecto a sistemas nuevos o a nuevos empleados en relación con sistemas ya existentes. Por ejemplo, el patrón que se utiliza para cargar las partes a un sistema de banda transportadora tiene un impacto significativo sobre el balance del esfuerzo en las diferentes estaciones de pintado. Si las partes se cargan de manera incorrecta, las colas excesivas en algunas estaciones de pintado detendrán la banda transportadora, mientras que otras estaciones estarán inactivas. Este desequilibrio no sólo perjudicará las estaciones de pintado, sino también las estaciones de secado y de montaje. En un esfuerzo para adquirir experiencia en la manera de cargar la banda transportadora antes de cargar piezas en realidad, se puede capacitar a un operador en un simulador, donde el único efecto de los errores de carga es una mayor comprensión del sistema. Es prácticamente imposible planificar una planta de cualquier magnitud sin llevar a cabo algún tipo de simulación. La pregunta no es si se va a elaborar una 362


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simulación, sino si se hace de manera formal o informal y cuál es el alcance de la misma. Si la simulación se realizará de modo informal, como la simulación mental de un montacargas que levanta una carga y viaja por un pasillo, es obvio que no se necesita un diseño detallado. Los experimentos de simulación formales que requieren diseños cuidadosos suelen representar una porción importante del proceso de planificación de plantas. El alcance de los experimentos de simulación para la planificación de plantas pueden incluir una estación de trabajo individual, una pieza de equipo, la planta completa, o un conjunto de plantas. Software de simulación Es común que los modelos de simulación se implementen con un lenguaje de simulación especializado, más que usando los lenguajes de programación más generales como BASIC, C, PASCAL, o FORTRAN. Se han diseñado varios lenguajes de simulación con el flujo de materiales y la planificación de plantas como los principales objetivos de aplicación. Entre los lenguajes de simulación diseñados o convenientes para la planificación de plantas y la simulación de sistemas de manejo/fabricación de materiales se encuentran ARENA, AutoMod, eMPlant, Factory Explorer, GPSS/H, (y SLX), GPSS World for Windows, MAST Simulation Environment, ProModel 2001, Quest, Simscript 11.5, Simul8, Taylor ED y Witness. En años recientes, se han sucedido mejoramientos considerables en el desarrollo de software de animación y el modelado 3-D para acompañar los paquetes de simulación mencionados. En realidad, casi todo el software actual incluye opciones de animación y/o modelado 3-D. El sentido dado por la simlacion asimila que la experiencia verdadera es costosa en tiempo en dinero de este modo la idea básica de la simulación consiste en construir un recurso experimental que ―actue como‖, (simule) el sistema de interés en algunos aspectos importantes. La incertidumbre es un aspecto frecuente en donde el proceso de simulación analiza la situación y representa el comportamiento mediante una distribución de probabilidad, esto también es llamado Método de Montecarlo.

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9.11

PROBLEMAS

1. La compañía XYZ tiene seis tiendas de venta detallista en la ciudad de Raleigh. La empresa necesita una nueva planta de almacenamiento para atender esas tiendas. La Ubicación de las tiendas y las entregas esperadas por semana del almacen a cada tienda son: Tienda Ubicación (millas) Entregas esperadas 1 (1,0) 4 2 (2,5) 7 3 (3,8) 5 4 (1,6) 3 5 (-5,-1) 8 6 (-3,-3) 3 Suponga que la distancia de viaje denro de la ciudad es rectilínea y quie después de cada entrega el vehículo debe regresar al almacén. Si no hay restricciones en el emplazamiento del almacén, ¿dónde debe ubicarse?. 2. Se colocará un nuevo generador de corriente eléctrica de emergencia para atender un total de seis maquinas de precisión en una planta de fabricación. Se instalaran cables eléctricos por separado desde el generador hasta cada máquina. Las ubicaciones de las seis maqinas son P 1=(0,0), P2=(30,90), P3=(60,20) , P4 =(20,80), P5 = (70,70) y P6 = (90,40). Establezca la ubicación para el generador que minimice la longitud total requerida de cable eléctrico. Suponga distancia rectilinea. 3. Considere un anaquel de AS/RS de carga unitaria de 500ft de longitud y 45 ft de altura. La máquina de S/R viaja a 400 fpm y 120 fpm en las direcciones horizontal y vertical, respectivamente. La estación de P/D se localiza en la esquina ingferior izquierda del anaquel. Como se aprecia en el area sombreada siguiente, no se permitirá que la maquina S/R emplee un tercio del anaquel durante el primer turno. Calcule el tiempo de viaje esperado (en minutos) para llevar a cabo un viaje de donble acción, suponiendo que la primera operación es en la región A y la segunda en la región B. (cada viaje comienza y termina en la estación P/D.) 500´

45´

A

P/D

250’

B

166.666’

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4. Llegan cargas unitarias en forma aleatoria a una estacionde control de calidad. En la estación hay dos inspectores; el tiempo de inspección posee una distribucin exponencial con un promedio de 6 min. Las cargas arriban con una distribucion de Poisson de 18/hr. a. ¿Cuál es la probabilidad de que ambos inspectores estén inactivos? b. ¿Cuál es el número promedio de cargas unitarias en espera de ser inspeccionadas? 5. Considere una situación de colas relacionada con un servidor único. Asuma que el tiempo de servicio tiene una distribución exponencialcon un valor esperado de 5min/cliente. a. Suponga que ocurren llegadas con una distribución de Poisson y que el sistema tiene una capacidad ilimitada de espera. Determine la tasa máxima de llegadas que será aceptable si L no puede ser mayor de 4. b. Tome en cuenta que ocurren llegadas de manera deterministica. Si se pretende que L no sea mayor de 4, ¿cuál es la tasa máxima de llegadas para los clientes? c. Asuma que ocurren llegadas con una distribución de Poisson, pero con el siguiente patrón: Núm de clientes en el sistema 0 1 2 3

Tasa de llegadas 15/hr 10/hr 5/hr 0

6. Una caja para piezas llega con partes a una estación de inspección. El inspector selecciona un número aleatorio de partes para inspección; se revisan de manera individual. Las cajas para piezas llegan con una distribución de Poisson de 5/min. El numero de partes seleccionadas opara inspección tiene la misma probabilidad de ser 1,2,3 o 4. El tiempo de inspección por parte tiene una distribucionexponencial con un promedio de 2.5 seg. En promedio, ¿Cuántos segundos estaran las partes en espera des ser inspeccionadas? Recuerde que Var(x) = E(X2) – [E(X)]2. 7 Una caja para piezas llega a una estación de inspección. El inspector selecciona un número aleatorio de partes para inspección; se revisan de modo individual. Asuma que las cajas para piezas llegan con una distribución de Poisson de 6/min. Además suponga que el número de partes seleccionadas para inspección tiene la distribución siguiente:

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Numero de partes 1 2 3 4

Probabilidad 0.25 0.25 0.25 0.25

Asi mismo, suponga que el tiempo por parte tiene una dsitribucion exponencial con un promedio de 2.5 seg. En promedio, ¿Cuántas partes estarán en espera de ser inspeccionadas?

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Modulo diseño de plantas industriales