Balanceo de la celda de trabajo, de la línea de ensamble y de la planta (UN VERDADERO FLUJO CONTINUO)

Introducción Tal vez no lo sepamos, pero las líneas de montaje tuvieron una repercusión importante en nuestras vidas, al reducir costos y elaborar productos a precios más razonables. Vestimos, usamos, respiramos y manejamos productos fabricados en las líneas de montaje Henry Ford popularizo el termino al hacer accesible al famoso automóvil Ford T para la población en general.

¿Qué son las Líneas de Ensamble? Definición: Una serie de estaciones de trabajo de montaje (ensamble) manual o automatizado, en las cuales se ensamblan en secuencia un producto o varios. H. A. Maynard Es una disposición de áreas de trabajo donde las operaciones consecutivas están colocadas inmediata y mutuamente adyacentes, donde el material se mueve continuamente y a un rimo uniforme a través de una serie de operaciones equilibradas que permiten la actividad simultanea en todos los puntos, moviéndose el producto hacia el fin de su elaboración a lo largo de un camino razonadamente directo. Roberto García Criollo El Balanceo de líneas consiste en la agrupación de las actividades secuenciales de trabajo en centros de trabajo, con el fin de lograr el máximo aprovechamiento de la mano de obra y equipo y de esa forma reducir o eliminar el tiempo ocioso.

LINEA DE FABRICACION Y LINEA DE ENSAMBLE La línea de fabricación construye componentes, tales como llantas para automóvil o partes metálicas para un refrigerador, en una serie de máquinas. Una línea de ensamble junta las partes fabricadas en una serie de estaciones de trabajo. Ambas pertenecen a los procesos repetitivos y en ambos casos la línea debe ser balanceada. Es decir, el trabajo llevado a cabo en una máquina o con por el operario, debe balancear el trabajo realizado en la siguiente máquina en la línea de fabricación.   La meta de la administración es crear un flujo continuo suave sobre la línea de ensamble, con un mínimo de tiempo ocioso en cada estación de trabajo de la persona. Una línea de ensamble bien balanceada tiene la ventaja de la gran utilización del personal, y de la instalación y equidad entre las cargas de trabajo de los empleados.

¿Qué es el Balanceo? La idea fundamental de una línea de ensamble es que un producto se arma progresivamente a medida que es transportado, pasando frente a estaciones de trabajo relativamente fijas, por un dispositivo de manejo de materiales, por ejemplo una banda transportadora. Los principios básicos en línea son los siguientes: Principio de la mínima distancia recorrida. Principio del flujo de trabajo. Principio de la división del trabajo. Principio de la simultaneidad o de las operaciones simultáneas. Principio de trayectoria fija. Principio de mínimo tiempo y del material en proceso. Principio de ínter cambiabilidad. Si los tiempos productivos que se requieren en todas las estaciones de trabajo fuesen iguales no existirían tiempos muertos, y la línea estaría perfectamente equilibrada. El problema de diseño para encontrar las formas de igualar los tiempos de trabajo en todas las estaciones se denomina problema de balanceo de línea.

Condiciones de una línea de ensamble Deben existir ciertas condiciones para que la producción en línea sea práctica: 1.- Cantidad: El volumen o cantidad de producción debe ser suficiente para cubrir el costo de la preparación de la línea. Esto depende del ritmo de producción y de la duración que tendrá la tarea. 2.- Equilibrio: Los tiempos para cada operación en la línea deben ser aproximadamente iguales. 3.- Continuidad: Una vez puesta en marcha deben continuar pues la detención en un punto, corta la alimentación del resto de las operaciones. Esto significa que deben tomarse precauciones para asegurar un aprovisionamiento continuo del material, piezas, subensambles, etc., y la previsión de fallas en el equipo.

Beneficios Reducción de costos y estandarización. Sistema de pago por productividad. Alcanzar la producción esperada en el tiempo requerido. Administración de la producción. Aumento de productividad general y motivación del personal.

Estudio de tiempos y movimientos para distribuir cargas de trabajo. Eliminar inventarios y cuellos de botella. Dar continuidad a los flujos de los procesos. Se involucra al personal en la eliminación de los 7 desperdicios más comunes (sobreproducción, tiempos de espera, transporte, procesos, inventarios, movimientos, productos defectuosos).

Consideraciones Al diseñar y equilibrar una línea el ing. ind. Debe considerar: 1) La configuración de la línea 2) Características de las estaciones de trabajo y de los operarios 3) Tareas asignadas a las estaciones de trabajo 4) Velocidad de la línea El desafío del equilibrio es asignar paquetes de trabajo para reducir al mínimo los costos operativos e incrementar la productividad .

Balance de línea El objetivo es un ciclo de tiempo constante en todas las estaciones. Capacidad: tiempo disponible para producción. Una línea de producción esta balanceada cuando la capacidad de producción de cada una de las operaciones del proceso tienen la misma capacidad de producción. En cada etapa (operación) del proceso debe existir la misma capacidad de procesamiento para lograr el balance. Un buen balanceo de línea significa tener todas las estaciones a un 95% de balance.

Criterios utilizados para el balanceo de líneas Se requiere cambios en la línea de producción. Repartir las tareas de ensamble en las estaciones afectadas. Evaluar el sistema actual de producción para el área afectada. Encontrar áreas de oportunidad de mejora, verificar los equipos e instalaciones, herramientas y dispositivos necesarios. Los cambios se deben ir utilizando poco a poco sin interrumpir el flujo de la línea de producción. Se requiere aplicar herramientas como la simulación (para saber si hay disminución o aumentos de tiempos de producción, cuellos de botella, falta o sobra de operarios).

Búsqueda de la restricción Recurso Cuello de botella: cualquier recurso cuya capacidad es menor o igual a la demanda. 1 52 2 60 3 65 4 50 Demanda 55

Tiempos de producción Tiempo estándar de operación: tiempo promedio permisible requerido para elaborar un producto en una estación de trabajo, bajo las siguientes condiciones: (1) un operador calificado y bien capacitado, (2) que trabaja a una velocidad o ritmo normal, y (3) hace una tarea especifica. Cuando el tiempo estándar del operador es mayor que el tiempo de ciclo crea restricciones para que el flujo sea continuo.

Tiempos de producción Takt time. Cycle time. Lead time.

Tiempos de producción Takt time: tiempo disponible por turno para satisfacer la demanda del cliente. TAKT TIME es que tan seguido debe usted producir una parte, basado en las ventas para cumplir los requerimientos del cliente. Cycle time: tiempo que permanece el producto en cada estación de trabajo. Se busca igualar al takt time para poder tener ¨flujo (CONTINUO) de una sola pieza¨, sin almacenaje ni cualquier otro tipo de desperdicio. Juntos el tiempo de ciclo y el paso al que opera la línea, determinan la tasa a la que los productos fluyen fuera de la línea.

Takt time, Cycle Time and Lead Time + = Lead Time Takt Time Cycle Time Lead time: periodo de tiempo que se da entre el pedido del cliente y la entrega del producto final. Es el plazo de entrega.

Puntos clave para recordar La determinación del número óptimo de operadores se llama balanceo de línea. Este es el proceso en el que se distribuyen los elementos de trabajo entre todos los operadores. Cuando determinemos el número de operadores requeridos: Si el decimal es mayor que 0.5, redondear al entero superior. Si el decimal es menor a 0.5, redondear al entero inferior. Utilizar kaizen para reducir los tiempos de ciclo lo más que se pueda.

Pasos para un Balance de Líneas de Ensamble Especificar las relaciones secuenciales. Determinar el tiempo del ciclo requerido. Determinar el número de estaciones de trabajo. Seleccionar las reglas de asignación. Asignar tareas, una a la vez, a la primera estación de trabajo hasta que la suma de los tiempos sea igual al trabajo del ciclo. Evaluar la Eficiencia.

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE OPERADORES NECESARIOS PARA CADA OPERACIÓN Elemento de trabajo. Es la unidad más pequeña de trabajo productivo que es separable de las demás actividades; su naturaleza debe ser tal que pueda efectuarse en forma relativamente independiente, y posiblemente en secuencias diferentes. Operación. Es un conjunto de elementos de trabajo asignados a un puesto de trabajo. Puesto o estación de trabajo. Es un área adyacente a la línea de ensamble, donde se ejecuta una cantidad dada de trabajo (una operación). Al balanceo de línea de ensamble también se le conoce como la asignación de elementos de trabajo a los puestos de trabajo. Una tarea o elemento de trabajo se define coma la mayor unidad de trabajo que no puede dividirse entre dos o más operarios sin crear una interferencia innecesaria entre los mismos.

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE OPERADORES NECESARIOS PARA CADA OPERACIÓN Al balanceo de línea de ensamble también se le conoce como la asignación de elementos de trabajo a los puestos de trabajo. Estación de Trabajo Agrupación de operaciones o elementos consecutivos, en donde el material se mueve continuamente a un ritmo uniforme. Tiempo de ciclo. Es el tiempo máximo que permanece el producto en cada estación de trabajo. Demora de balance. Es la cantidad total de tiempo ocioso en la línea que resulta de una división desigual de los puestos de trabajo Una tarea o elemento de trabajo se define coma la mayor unidad de trabajo que no puede dividirse entre dos o más operarios sin crear una interferencia innecesaria entre los mismos.

DETERMINACIÓN DEL NÚMERO DE OPERADORES NECESARIOS PARA CADA OPERACIÓN Para calcular el número de operadores necesarios para el arranque de la operación, se aplica la siguiente formula: IP = unidades a fabricar (producción deseada) Tiempo disponible NO = TE X IP E en donde: NO=numero de operadores para la línea TE=tiempo estándar de la pieza IP=índice de productividad (Cantidad de Piezas Producidas por Unidad de Tiempo) E=eficiencia planeada T = Tardanza NOR = Número de Operadores Reales T = T.E./NOR

EJEMPLO # 1 Se debe de balancear la línea de ensamble que se muestra en la figura 1. La producción requerida es de 1200 piezas. El turno de trabajo es de 8 horas. El analista planea una eficiencia de 90%. OPERACION TE (MIN) 1 1.25 2 0.95 3 2.18 4 1.1 5 0.83 SUMA 6.31

El número de operadores teórico para cada estación será: IP = 1200 unid = 2.5 (8hr) (60min) El día consiste en 480 minutos (8hrs*60 minutos). El número de operadores teórico para cada estación será: NO 1 = (1.25) (2.5) /.90 = 3.47 NO 2 = (.95) (2.5) /.90 = 2.64 NO 3 = (2.18)(2.5)/.90 = 6.06 NO 4 = (1.10)(2.5)/.90 = 3.06 NO 5 = (.83)(2.5)/.90 = 2.31

Aplicando los resultados en la tabla 2. OPERACION TE(MIN) NO TEORICO NO REALES 1 1.25 3.47 3 2 0.95 2.64 2.18 6.06 6 4 1.1 3.06 5 0.83 2.31 TOTAL   17 TABLA 2

Se puede pensar en reajustar los tiempos de tal manera que no existan tiempos muertos. Para este ejemplo se consideran las restricciones de que los operadores no pueden moverse de una estación de trabajo a otra; debido al proceso ningún tiempo puede ser cambiado. Se desea que un trabajo donde participan varios operadores, cada uno de los cuales lleva a cabo operaciones consecutivas como una sola unidad, genera que la velocidad de producción a través de la línea dependa del operador más lento.

MIN. ESTANDAR ASIGNADOS TABLA 3 OPERACION TE (MIN) MIN. ESTANDAR ASIGNADOS 1 1.25 / 3 =0.416 0.416 2 0.95 / 3 =0.32 3 2.18 / 6 =0.36 4 1.1 / 3 5 0.83 / 2 =0.415

La eficiencia de esta línea es: Como se observa en la tabla 3, la operación 4 es la que tiene el mayor número de minutos asignados y es la que determina la producción de la línea. Piezas por día = (3 operadores x 480 minutos) / 1.25 tiempo estándar = 1,152 pzs. La eficiencia de esta línea es: E = Minutos estándar por operador x 100 Minutos estándar asignados x no. De operarios E = 6.31 X 100 = 89% (.416)(17)

MINIMIZACION DEL NÚMERO DE ESTACIONES DE TRABAJO OPERACION CONCEPTO TIEMPO 1 limpiar el gabinete 0.5 2 colocar bocinas en el gabinete 3 colocar tablero de control 3.5 4 colocar cinescopio en el gabinete 5 colocar el yugo en el cinescopio 1.5 6 colocar la tapa del gabinete 7 ajustar el aparato 8 empacarlo DIAGRAMA DE PRECEDENCIA. Es una grafica donde se establece el número limitado de las secuencias de elementos que sean física o económicamente factibles de realizar en un procedimiento. Por ejemplo, si para el ensamble final de un televisor son necesarias las siguientes operaciones.

1 3 2 4 5 6 8 7 FIGURA 5 diagrama de precedencia. El siguiente paso será calcular el peso posicional por cada unidad de trabajo.

ELEMENTOS DE TRABAJO DESORDENADOS El peso posicional se obtiene calculando la sumatoria de cada unidad de trabajo y de todas aquellas unidades de trabajo que deben seguirse. ELEMENTOS DE TRABAJO: 1= 1,2,3,4,5,6,7,8 =17 2= 2,6,7,8 =8.5 3= 3,6,7,8 =11 4= 4,5,6,7,8 =12 5= 5,6,7,8 =9 6= 6,7,8 =7.5 7= 7,8 =6.5 8= 8 =3 ELEMENTOS DE TRABAJO DESORDENADOS PESO POSICIONAL 1 17 2 8.5 3 11 4 12 5 9 6 7.5 7 6.5 8

Ordenados en siguiente tabla con respecto al orden decreciente de los pasos posicionales, tenemos. ELEMENTOS DE TRABAJO PESO POSICIONAL 1 17 4 12 3 11 5 9 2 8.5 6 7.5 7 6.5 8

Tiempo de ciclo del sistema = 480 x .95 = 9.12 Asignar los elementos de trabajo a las diversas estaciones, basados en los pesos de posición y en el tiempo de ciclo del sistema. Tiempo de ciclo tiempo disponible de un operador del sistema = Producción diaria Se supone que la producción diaria es de 50 unidades y se espera un factor de eficiencia de 95%. Tiempo de ciclo del sistema = 480 x .95 = 9.12 50 9 es el más aproximado al tiempo del ciclo del sistema que es 9.12 y será el número a tomar para determinar la producción diaria. Producción diaria = (480) (.95) = 51 aparatos 9 X eficiencia

TIEMPO DEL ELEMENTO DE TRABAJO TABLA 9. ELEMENTOS DE TRABAJO PESO POSICIONAL PREDECESORES INMEDIATOS TIEMPO DEL ELEMENTO DE TRABAJO TIEMPO ACUMULADO DE ESTACION ESTACION DE TRABAJO NO. 1 1 17  - 0.5 4 12 3 3.5 11 7 5 9 1,4 1.5 8.5 ESTACION DE TRABAJO NO. 2 2 6 7.5 1,2,3 6.5 1,2,3,6 5.5 8 1,2,3,6,7

ASIGNACION DE ELEMENTOS DE TRABAJO A LAS ESTACIONES DE TRABAJO No con mucha dificultad se encuentra fabricas donde debido a su distribución resulta inconveniente cambiar el modelo de un producto. Resulta mas fácil trabajar con las estaciones de trabajo ya existentes asignándoles elementos de trabajo.

Ejemplo ELEMENTOS TE (MIN) 1 0.2 2 0.36 3 0.18 4 0.47 5 0.62 6 0.58 7 0.49 8 0.22 9 TOTAL 3.7 En una fábrica existen 4 estaciones de trabajo y los tiempos estándar elementales para elaborar un nuevo modelo. La única restricción que se ha planteado es que las operaciones no pueden cambiar de orden. Para calcular el tiempo de ciclo por estación, debe dividirse el tiempo total entre el número de estaciones (aproximada). Tiempo del ciclo = 3.70 = .93 minutos 4

Por lo anterior cada estación deberá tener elementos de trabajo lo mas cercano a .93. TIEMPO ELEMENTAL TIEMPO ACUMULADO ESTACION 1 1 0.2 2 0.36 0.56 3 0.18 0.74 ESTACION 2 4 0.47 5 0.62 1.09 ESTACION 3 6 0.58 7 0.49 1.07 ESTACION 4 8 0.22 9 0.8 El tiempo de la estación 2 es el que nos va a determinar la producción de la línea ya que es el tiempo mayor de todas las estaciones. La capacidad diaria = 480/1.09= 440 piezas por turno por operador.

Líneas de ensamble En la distribución por producto, el equipo, la maquinaria, la mano de obra y otras instalaciones están destinadas a una línea de producción específica conocida como "Línea de Ensamble". Una línea de ensamble es un ensamble progresivo de artículos, unido por un dispositivo de manejo de materiales. La línea de ensamble más común es una banda transportadora que pasa por una serie de estaciones o centros de trabajo en un intervalo de tiempo (tiempo de ciclo). En cada centro de trabajo, se añaden partes al producto o se completa la operación de ensamble. El trabajo realizado en cada estación consiste en una o más actividades o tareas, por lo que el trabajo total por realizar en una estación de trabajo es igual a la suma de las tareas asignadas a ese centro de trabajo. Las líneas de ensamble tienden a ser acompasadas por tareas de trabajo asignadas a individuos o a estaciones de trabajo. Las líneas de ensamble, por lo tanto, pueden ser balanceadas moviendo las tareas de un individuo a otro.

Balanceo de una línea de ensamble La vagoneta ww debe ensamblarse sobre una cinta transportadora. Se requiere 500 unidades diarias, el tiempo de producción real por día es de 420 minutos. Encontrar el balanceo que minimice: el número de estaciones de trabajo, sujeto al tiempo de ciclo y a las restricciones de precedencia. calcular la eficiencia de la línea. asignar las tareas por estación.

195 Tareas Tiempo de la tarea (en segundos) Tareas de precedencia A 45  - B 11 C 9 D 50 E 15 F 12 G H I J 8 F,G,H,I K 195

Paso 1. Especificar las relaciones secuenciales entre las tareas utilizando un diagrama de precedencia. A D B E C H I F G J K 45 seg 11 seg 9 seg 12 seg 8 seg 50 seg 15 seg

Paso 2: Determinar el tiempo de ciclo. C= Tiempo de producción por día Producción diaria requerida (en unidades) C= ( 60 segundos)(420 min) = 25,200 = 50.4 seg por unidad. 500 piezas 500 Necesario convertir a seg. Por cuanto los tiempos para tareas están en segundos TIEMPO EN QUE DEBO PRODUCIR UNA UNIDAD

Paso 3. Numero teórico mínimo de estaciones de trabajo requeridas (el numero real puede ser mayor). N= Suma de los tiempos de las tareas (T) Tiempo del ciclo (C). N= 195seg = 4 estaciones (recomendado) 50.4seg

PASO 4. Seleccionar reglas de asignación. Asignar las tareas en orden descendente, desde el mayor numero de tareas que siguen. TAREAS NUMERO DE TAREAS QUE LE SIGUEN A 6 B,D 5 C,E 4 F,G,H,I 2 J 1 K Realizar asignaciones de tareas para formar la estación de trabajo 1, la estación de trabajo 2, y así sucesivamente hasta que todas las tareas hayan sido asignadas.

TIEMPO DE LA TAREA (EN SEGUNDOS) TIEMPO RESTANTE NO ASIGNADO Balanceo logrado de acuerdo con la regla del número mas largo de tareas que siguen: t.c. = 50.4 seg. – tiempo tarea Regla primaria ESTACION TAREA TIEMPO DE LA TAREA (EN SEGUNDOS) TIEMPO RESTANTE NO ASIGNADO 1 A 45 5.4 inactivo 2 D 50 0.4 inactivo 3 B 11 39.4   E 15 24.4 C 9 15.4 F 12 3.4 inactivo 4 G 38.4 H 26.4 I 14.4 J 8 6.4 inactivo 5 K 41.4 inactivo TABLA 14.

Grafica de precedencia Apretar perno y tuerca A D B E C H I F G J K 45 seg 11 seg 9 seg 12 seg 8 seg 50 seg 15 seg Estación de trabajo 1 Estación de trabajo 5 Estación de trabajo 4 Estación de trabajo 3 Estación de trabajo 2 Hay un total de 57 seg de inactividad, y se debe decidir que hacer con la estación de trabajo 5

PASO 5. Calculo de la eficiencia. E = T = 195 = 077= 77% Una eficiencia de 77% indica un desequilibrio o tiempo de inactividad de 23% a través de toda la línea. PASO 5. Calculo de la eficiencia. E = T = 195 = 077= 77% N X C (5) (50.4) Si quisiéramos utilizar solamente cuatro estaciones de trabajo y eliminar la quinta estación y se contara con todas las herramientas se haría lo siguiente: Se puede utilizar sobrante de las estaciones de trabajo 1, 3, y 4. ya que únicamente se requiere un tiempo de 9 segundos. Si no se tuviera todo lo necesario se tendría que trabajar tiempo extra.

¿Existe la posibilidad de un mejor equilibrio?

En este caso, si. Trate de equilibrar la línea con la regla b y rompa los nexos con la regla a (esto le dará un equilibrio factible de cuatro estaciones).

La regla secundaria que se invoca cuando existen nexos con la regla primaria es: 2. Asignar tareas en orden desde el tiempo mas largo de la tarea.

TIEMPO DE LA TAREA (EN SEGUNDOS) TIEMPO RESTANTE NO ASIGNADO Balanceo logrado de acuerdo con la regla de tiempo de la tarea mas larga : Regla secundaria ESTACION TAREA TIEMPO DE LA TAREA (EN SEGUNDOS) TIEMPO RESTANTE NO ASIGNADO 1 A 45 5.4 inactivo 2 D 50 0.4 inactivo 3 E 15 35.4   I 12 23.4 H 11.4 B 11 4 C 9 41.4 F 29.4 G 17.4 J 8 9.4 K

Grafica de precedencia Estación de trabajo 3 Estación de trabajo 1 12 seg 11 seg F 45 seg B 9 seg A C 12 seg G 8 seg 9 seg J K 12 seg 50 seg H D 15 seg Estación de trabajo 4 E Estación de trabajo 2 12 seg I

Calculo de la eficiencia Con cuatro estaciones se incrementaría la eficiencia de la línea N = T = 195 = .97 = 97% N X C (4)(50.4)

Estrategias al balancear una línea de ensamble Compartir los elementos de trabajo. Dos operarios o más con algún tipo ocioso en su ciclo de trabajo pueden compartir el trabajo de otra estación para lograr mayor eficiencia en toda la línea. Una segunda posibilidad para mejorar el balanceo de una línea de ensamble es dividir un elemento de trabajo. Una secuencia de ensamble distinta puede producir resultados más favorables. En general, el diseño del producto determina la secuencia de ensamble. Sin embargo, no deben ignorarse las alternativas.

Métodos para lograr el balance de operaciones de ensamble Dividir las operaciones y proporcionar los elementos. Combinar las operaciones y equilibrar los grupos de trabajo. Hacer que se muevan los operarios. Mejorar las operaciones, eliminando movimientos inútiles. Crear un buffer de productos y operar las maquinas mas lentas en horas extras. Mejorar el desempeño del operario, en particular, en la operación de cuello de botella.