tecnologia de grupos

Tecnología de grupos (1)

Sistemas Integrados De Fabricación.

Pau Sampol Aznar Cristian Carmona Gómez

11/03/2009

Tecnología de grupos

La importancia de responder a la creciente necesidad de variar frecuentemente los sistemas productivos para fabricar nuevos productos, como consecuencia de la rápida obsolescencia de los mismos, dio lugar a nuevos conceptos de sistemas de fabricación que permiten extender a series pequeñas las ventajas de fabricación de las grandes series.

La tecnología de grupos es una filosofía creada en un momento en el que hay un aumento de empresas de producción, y estas buscan una forma de mejorar, incrementando la eficiencia y productividad. Esto se consigue identificando y agrupando partes o componentes similares para aprovecharse de sus similitudes en el diseño y la producción. Las partes similares se agrupan en familias, donde los integrantes comparten similitudes en su forma y proceso de elaboración.

Si se clasifican y agrupan las piezas de forma que las características de las distintas piezas de un grupo sean similares, se podrían agrupar también las máquinas en unidades de producción a donde se lleven las piezas en bruto y salgan completamente terminadas, a estas se las denominan como células de producción. Tanto tecnología de grupos como las células de producción se pueden usar unidas en un mismo proceso de fabricación.

Existen casos en los que es claramente eficiente implementar Tecnología de Grupos. Estos casos son:

-Cuando el proceso es tradicional y tenemos un tiempo de fabricación grande.

-Los productos son fácilmente diferenciables, y por lo tanto se pueden agrupar fácilmente en familias.

Para la implantación de tecnología de grupos existen dos grandes inconvenientes. El primero es que todas las piezas han de ser examinadas y agrupadas por familias, por lo que si tenemos un gran número de piezas este trabajo será costoso y lento. El otro impedimento es el tiempo y coste de la reagrupación de la maquinaria de la fábrica, ya que dependiendo del tamaño, complejidad y producción de estas, puede suponer un sobreprecio muy elevado.

Aunque hay que tener en cuenta también las ventajas que nos ofrece aplicar tecnología de grupos en una fábrica, como puede ser la posible estandarización de herramientas y procesos, la reducción de operaciones manuales, lo que conlleva a su vez una reducción del número de posibles accidentes.

Una vez aplicada la tecnología de grupos el tiempo de diseño de productos se reduce, ya que posiblemente ya hayamos desarrollado un producto de características similares, los productos en proceso de fabricación, ‘Work-in-process’ se reducen, y la satisfacción y nivel de trabajo de los operarios aumenta, haciendo así el lugar de trabajo un sitio más agradable.

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Familias

Una familia de partes es una colección de partes que comparten características de geometría similares o que su proceso de fabricación tiene unas tareas similares. Aunque estas características no son suficientes para incluirlas en una misma familia, la no inclusión puede venir dada por las tolerancias, cantidad de producción y materiales que componen las mismas.

En el ejemplo tenemos dos piezas que geométricamente son idénticas, pero no pertenecen a la misma familia. Ya que una es de pvc, se fabrica altas cantidades y tiene unas tolerancias muy amplias, y la otra es de latón, con una producción baja y unas tolerancias muy bajas. Esto se puede ver claramente imaginando las máquinas que fabricarían estas piezas, aunque son iguales en forma, la maquinaria para procesar pvc no será la misma que la que procesara metal, además de que cuanto menores sean las tolerancias aceptadas, más cara y compleja será la maquinaria usada.

Ejemplo 1

En el segundo ejemplo vemos dos piezas bastante diferentes entre ellas, pero que comparten la maquinaria para su fabricación, por lo que forman parte de la misma familia.

Ejemplo 2

Esto produce que uno de los principales problemas a la hora de implementar la tecnología de grupos sea, el tiempo necesario para agrupar las piezas en familias aunque se solventa un poco con el uso de técnicas de agrupación.

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Existen tres técnicas posibles:

-La primera de ellas es mediante inspección visual.

-El segundo método usado para la agrupación de familias es la codificación.

-El tercero y último es el PFA.

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Inspección Visual Directa.

En este sistema se van clasificando las piezas a partir del examen de los planos y según sus procesos de fabricación en clases, subclases, grupos, subgrupos, etc. Pueden utilizarse las dimensiones necesarias hasta la formación de familias con el grado de semejanza requerido.

El problema de la formación directa de familias de piezas estriba en la definición de los criterios de clasificación en cada estadio de la misma. Este problema es tanto más grave cuanto mayor el número de piezas y menor su semejanza. El análisis de las características de las piezas a piezas a partir de un estudio estadístico de su distribución permite establecer los criterios básicos de clasificación.

Imagen 1. Gráfico de Decisión para establecer familias de piezas.

La formación directa de familias de piezas se facilita con una técnica de análisis-síntesis. En primer lugar se dividen las piezas de acuerdo con criterios finos de división y con un número de estadios de clasificación suficiente para que las piezas comprendidas en cada familia final tengan una gran semejanza.

El número de estas familias resultará muy grande y existirá semejanza entre familias distintas. En una segunda fase se pueden formar familias definitivas por síntesis de las familias previas. Para facilitar la división de familias previas se pueden establecer gráficos de decisión como el de la Imagen 1. Este método es el más barato, pero también el menos preciso, para la formación de familias de piezas.

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Clasificación y codificación de piezas.

Este es el método, de los tres posibles, que más tiempo consume. En la clasificación y codificación de partes, las similitudes de todas las piezas son identificadas y reflejadas en un código.

Estas similitudes pueden ser de dos tipos similitudes de diseño, la forma de las piezas es parecida, y similitudes de proceso, similitudes en la secuencia de producción de la pieza.

Normalmente estos dos tipos de similitudes no están del todo relacionadas, y se tiene que dar un cierto peso a una de ellas sobre la otra ya que ambas nos dan unos beneficios distintos sobre la fabricación. Las similitudes de diseño nos ayudan el diseño de una pieza, cuando ya tenemos otra similar previamente diseñada, ya que nos ahorra mucho tiempo de diseño. Aunque las similitudes de proceso nos ayudan a la hora de diseñar las celdas y la posibilidad de automatizar el planning de proceso, usando el código como el mismo planning de proceso.

Esto nos lleva a definir tres tipos distintos de sistemas, basados en similitudes de diseño, en similitudes de proceso, o en ambos tipos de similitudes. Esto es así ya que para un proceso puede ser muy eficiente la codificación mediante similitudes de diseño y para otro ser completamente ineficiente.

Referente al significado de los símbolos del código tenemos tres estructuras usadas:

-Estructura jerárquica, donde la interpretación de un símbolo depende de un símbolo anterior.

-Estructura lineal, donde la interpretación de un símbolo siempre es la misma.

-Estructura mixta, siendo un hibrido entre las dos anteriores.

Los códigos normalmente utilizados tienen longitudes entre 6 y 30 dígitos. Los sistemas que codifican sólo características de diseño suelen tener menos de 12 dígitos, mientras que aquellos que incorporan características de diseño y fabricación han de utilizar más dígitos.

Para una adecuada representación en este caso se necesitan entre 20 y 30 dígitos. El sistema de clasificación de Opitz representa uno de los esfuerzos pioneros en el área de la tecnología de grupos y es probablemente el más conocido de los sistemas de codificación.

El sistema Opitz utiliza la siguiente secuencia de dígitos:

12345 6789 ABCD

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El código básico está formado por nueve dígitos, el cual puede extenderse con la ayuda de 4 dígitos adicionales. Los 9 primeros dígitos intentan cubrir los datos de diseño y fabricación. Los cinco primeros, 12345, denominados código de forma, describen los atributos primarios de diseño de la pieza. Los siguientes cuatro dígitos, 6789, constituyen el código suplementario.

Indican algunos de los atributos que serían de uso para la fabricación (dimensión, material, características de la pieza base y precisión). Los cuatro dígitos extra, ABCD, son el llamado código secundario e intentan representar el tipo de procesos de operación y la secuencia, aunque también puede ser utilizada por la compañía para sus necesidades particulares.

Imagen 2. Estructura básica de un sistema Opitz, clasificación y codificación de partes.

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Otro sistema de codificación importante es el sistema MICLASS, acrónimo de Metal Institute Clasification System y fue desarrollado por TNO, Organización Holandesa para la Investigación Científica Aplicada. El código de MICLASS puede tener entre 12 y 30 dígitos.

Los 12 primeros son un código universal aplicable a cualquier pieza. Se dispone de hasta 18 dígitos adicionales para ser aplicados en la codificación de datos específicos de la compañía o industria. Por ejemplo tamaño del lote, tiempo por pieza, coste, y secuencia de operaciones deben ser incluidos en estos 18 dígitos suplementarios.

Los 12 primeros corresponden a:

1 Forma principal. 2 y 3 Elementos de forma. 4 Posición de los elementos de forma. 5 y 6 Principales dimensiones. 7 Relación de dimensiones. 8 Dimensiones auxiliares. 9 y 10 Códigos de tolerancia. 11 y 12 Códigos de material.

Una de las ventajas del sistema MICLASS es que las piezas pueden ser codificadas usando un ordenador interactivamente. Para clasificar una determinada pieza el usuario responde a una serie de preguntas en función de cuyas respuestas el ordenador realiza la selección de código adecuado para la pieza. El número de preguntas depende de la complejidad de la pieza y se encuentra entre 7 y 20.

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Production Flow Analysis (PFA)

Production Flow Analysis (PFA) o como dice su traducción, análisis de flujo de producción, es un método de agrupación de las máquinas empleadas en los productos de fabricación, teniendo en cuenta que máquina necesita cada una de las partes que se fabrican.

Para ello, utiliza una matriz en la que las columnas representan las máquinas, y las filas representan las partes. A cada máquina se le asigna un valor numérico, y a cada parte una letra. Cuando una parte requiere una máquina en particular, el número de secuencia de funcionamiento se encuentra en la intersección de hoja de cálculo..

PFA es una aplicación, que nos permite de forma muy eficiente la planificación de la organización de una planta. Es decir, nos sirve para cambiar el diseño de esta, de tal manera que la producción puede aumentar radicalmente, bajando el tiempo de transporte entre máquinas.

Esto significa que los esquemas tradicionales de producción se transforman en grupos de producción, esto hace que cada una de las partes que se fabrican, estén equipadas con un conjunto de máquinas y equipos que les permitan completar el proceso de fabricación, teniendo que recorrer el mínimo espacio posible entre máquinas, reduciendo de esta forma las perdidas causadas por el transporte.

La siguiente figura ilustra el proceso de diseño convencional y el diseño obtenido después de aplicar el PFA.

Traditional Process Layout 

The resulting overall material flow between functional cells.

Product Layout 

The resulting smooth material flow between dedicated product groups.

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Las empresas que se han basado en el PFA han experimentado los siguientes efectos positivos:

-En operaciones de gestión:

Reducción de tiempos de producción, debido a que no dependen tanto del flujo de material.

Mejora de la entrega o ejecución.

Permite delegar la responsabilidad de la calidad de los componentes, el costo y la terminación por día al nivel de grupo, de forma que se reducirán gastos generales.

-En la motivación a los trabajadores:

Aumenta la satisfacción en el trabajo debido a que las responsabilidades y tomas de decisiones se establecen de forma más clara.

-En la tecnología de la información:

Se puede simplificar el software dedicado al flujo de materiales, ya que estos reducen su transporte entre máquinas.

El principal método usado para realizar un buen PFA, es un análisis cuantitativo de todos los flujos de materiales que se producen en la fábrica, y utilizar esta información y los itinerarios alternativos para formar los grupos de fabricación.

Dependiendo de la escala del proyecto, esta lógica se aplica en la empresa, la fábrica, la línea de producción y herramientas, respectivamente. Cualquiera que sea el caso, el trabajo se desglosa en los siguientes pasos:

-Identificar y clasificar todos los recursos de producción, máquinas y equipos.

-Realizar el seguimiento del producto y todas las rutas que se siguen en la empresa, la fábrica o un grupo concreto.

-Estudiar las distintas posibilidades de rutas y el agrupamiento de las máquinas para encajar piezas en un sistema simplificado de flujo de materiales.

-Estudiar más a fondo las piezas excepcionales que no corresponden a la agrupación de los recursos productivos.

-Validar el nuevo sistema de flujo de materiales.

Los pasos a seguir para realizar el PFA son los siguientes:

-Leer cada una de las filas, de izquierda a derecha, como un numero binario, en el que las ‘X’ representan un ‘1’ y los espacios en blanco un ‘0’. Seguidamente, ordenar las filas en orden decreciente.

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-Si el orden establecido es el mismo que el inicial, hemos acabado con esta parte.

-Leer cada una de las columnas, como un número binario en el que las ‘X’ representan un ‘1’ y los espacios un ‘0’. Ordenarlos de forma decreciente.

- De nuevo, si el orden obtenido es el mismo orden en el que se encontraban, hemos acabado.

En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo práctico de Production Flow Análisis.

 En la matriz superior, podemos observar que máquinas necesita cada una de las partes que se fabrican en una planta ejemplo. En este caso no existe ningún tipo de agrupación de estas.

En esta segunda matriz, se ven agrupadas claramente las partes y máquinas que se relacionan.

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Existen casos que no pertenecen a ningún grupo de los definidos, estos son los llamados casos excepcionales, estos nos obligan a decidir si es conveniente duplicar alguna de las máquinas para dichas partes, o si por el contrario nos conviene replantearnos la forma de fabricación de la misma.

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