ANTEPROYECTO DE TESIS

Director de Tesis: M.C. Guillermo Cuamea Cruz

Nombre del Alumno: Edna Abril Espinoza Gastélum

14 de Septiembre de 2011

1. TÍTULO

Aplicación de experimentos diseñados para la optimización simultánea de varias características de calidad

de un proceso de rectificado de metales en una empresa maquiladora de Guaymas, Sonora.

2. ANTECEDENTES

Es posible afirmar que la globalización ha dejado atrás muchas discusiones en nuestros países sobre las

formas de enfrentar los nuevos tiempos. En la actualidad se sabe, en casi todas las empresas y

organizaciones, que ya no hay clientes cautivos y que en cualquier momento los clientes pueden encontrar

una mejor alternativa Gutiérrez P., H. y De la Vara S., R. (2008).

Dentro de este contexto Pande, Peter S. et al. (2004) mencionan que siempre habrá alguna variación en el

proceso: lo realmente importante es si esa variación hace que sus productos o servicios incumplan, por

exceso o por defecto los requisitos de sus clientes. Actualmente las empresas mantienen métricas para

medir los defectos y niveles seis sigma, con el fin de no sobrepasar los límites de calidad deseables.

Tomando esto en consideración, en la investigación y en los procesos de producción es necesario mejorar

la calidad de los productos, reducir costos, reducir tiempos de ciclo, diseñar, rediseñar o hacer cambios en

los procesos, sustituir materiales, modificar métodos, diseñar productos y procesos robustos, etc.,

Gutiérrez P., H. y De la Vara S., R. (2008).

El presente estudio se centrará específicamente en la reingeniería de procesos, ya que se busca la

optimización de una configuración no funcional de un proceso ya existente y en operación. La

optimización es intentar encontrar una mejor solución para el problema bajo consideración; decimos una

solución óptima y no la mejor solución porque pueden existir muchas soluciones que empaten como la

mejor. De esta manera una vez encontrado el punto óptimo de operación deseado, utilizar esta

información para mejorar la capacidad de un proceso y hacer que su control sea más eficiente, y de esta

manera conseguir las metas de calidad del producto deseadas.

En el campo de la industria es frecuente hacer experimentos o pruebas con la intención de resolver un

problema o comparar una idea (conjetura, hipótesis); por ejemplo, en el caso del rectificado de metales,

que es el proceso bajo estudio de esta investigación, hacer algunos cambios en los materiales, métodos o

condiciones de operación de un proceso, probar varias temperaturas en una máquina hasta encontrar la

que da el mejor resultado o crear un nuevo material con la intención de lograr mejoras o eliminar algún

problema. Sin embargo, es común que estas pruebas o experimentos se hagan sobre la marcha, con base

en el ensayo y error, apelando a la experiencia y a la intuición, en lugar de seguir un plan experimental

adecuado que garantice una buena respuesta a las interrogantes planteadas Gutiérrez P., H. y De la Vara

S., R. (2008).

Es tal el poder de la experimentación que, en ocasiones, se logran mejoras a pesar de que el experimento

se hizo con base en el ensayo y error. Sin embargo, en situaciones de cierta complejidad no es suficiente

aplicar este tipo de experimentación, por lo que es mejor proceder siempre en una forma eficaz que

garantice la obtención de las respuestas a las interrogantes planteadas en un lapso corto de tiempo y

utilizando pocos recursos, Gutiérrez P., H. y De la Vara S., R. (2008).

En entrevistas y charlas con expertos podemos encontrar razones basadas en la teoría y la práctica de la

importancia del diseño de experimentos para la resolución de problemas de calidad.

Wayne Fischer, estadístico de la University of Texas Medical branch, en 2011 declara en conversaciones:

“¿Cómo justificar un diseño de experimentos? Bueno, puedes citar a todos nosotros, quienes lo hemos

usado muchas, muchas veces a lo largo de nuestras carreras con impresionante éxito. Solo dos mías para

una justificación ‘general’:

(1) Cuando he tenido la oportunidad de usar un diseño de experimentos después de que todo lo que

se ha hecho anteriormente ha fallado, he documentado un costo mínimo de recuperación de la

inversión de 10:1 (1000%), en diferentes ocasiones, calculado de varias maneras.

(2) Después de un salto cuántico de avance después de usar diseños experimentales en un proyectos

de investigación de alta importancia, la dirección de la investigación decreta que, con el fin de ser

considerado para ascender en la escala laboral, un investigador debe demostrar el uso de un

diseño experimental en al menos un proyecto (Rohm and Hass Co., 1979).

Asimismo, Ken Johnson, de NASA Engineering and safety Center (NESC), en Huntsville, Tx, declara en

relación con las estrategias experimentales, en 2011: “Conozco a muchas personas inexpertas que han

ayudado a sus clientes en hacer avances o incluso eliminar completamente problemas que han resistido

solucionarse por largo tiempo con este tipo de metodologías...”

El diseño estadístico de experimentos es precisamente la forma más eficaz de hacer pruebas. El diseño de

experimentos consiste en determinar cuáles pruebas se deben realizar y de qué manera, para obtener datos

que, al ser analizados estadísticamente, proporcionan evidencias objetivas que permitan responder las

interrogantes planteadas, y de esta manera clarificar los aspectos inciertos de un proceso, resolver un

problema o lograr mejoras, Gutiérrez P., H. y De la Vara S., R. (2008).

En las técnicas experimentales, un punto óptimo individual es una combinación de factores o tratamiento

donde se predice el mejor valor posible de una respuesta (característica de calidad) dentro de la región

experimental, Gutiérrez P., H. y De la Vara S., R. (2008).

Sin embargo, es típico considerar diversas características (variables) para lograr productos con mejor

calidad y propiedades. Si la optimización solo se hace para una característica del producto podían resultar

condiciones inadecuadas para las otras características. Por ello es imprescindible contar con técnicas que

sirvan para que, en la medida de lo posible, se optimicen simultáneamente todas las respuestas de interés,

Gutiérrez P., H. y De la Vara S., R. (2008).

En resumen decimos que un óptimo simultáneo es una combinación de los factores de control donde todas

las respuestas de interés toman valores aceptables. Esta es una solución compromiso, Gutiérrez P., H. y

De la Vara S., R. (2008).

La presente investigación desarrollará técnicas estadísticas experimentales para la optimización tomando

en cuenta varias características de calidad, para obtener información y conclusiones objetivas sobre el

proceso problemático que se está estudiando.

La compañía bajo estudio, es una compañía dedicada a la metalurgia, la cual cuenta con cuatro divisiones:

Ingeniería de metalurgia

Ingeniería de productos

Tecnología de turbinas, y

Manufactura integrada

Con el fin de este estudio se han realizado visitas a la planta número uno, la cual está dedicada al

maquinado y rectificado de piezas mecánicas y electromecánicas, y se recabó información sobre las

generalidades de la planta, la cual cuenta con 72 máquinas, además de indagar datos específicos sobre los

estudios anteriormente realizados y evidencias relacionadas respecto al control de calidad de las piezas;

obteniendo de esta manera evidencias de un gran volumen de no conformidades en el año pertenecientes a

varios clientes en 2010, Blasco, M.I. (2010).

La empresa está certificada y mantiene un Sistema de Gestión de Calidad ISO 9001 y por la diversidad de

productos aplican otros dos tipos de estándares la ISO AS9100B Aerospace Standard y 13485 Medical

Services Standard. Al revisar el cumplimiento del elemento cinco de los estándares (el elemento cinco es

igual para los tres), específicamente el punto 5.6 sobre la Revisión de la Dirección, exige el seguimiento

estricto de indicadores para la calidad, Blasco, M.I. (2010). Dando cumplimiento al seguimiento de estos

indicadores que exige la norma, explicaremos más adelante los hallazgos e investigaciones realizadas para

delimitar el problema de calidad en la empresa.

3. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

DESCRIPCIÓN DEL PROBLEMA

Con el fin de describir el problema y su magnitud presentaremos las conclusiones y resultados de análisis

y estudios de la planta uno.

Se realizó un análisis de problemas y proyectos relacionados con la calidad en el pasado en toda la planta,

específicamente proyectos de mejora continua desde enero a septiembre del presente año, Blasco G., M.I.,

(2011).

La información encontrada fue:

Se han realizado proyectos de impacto moderado, orientados hacia ahorros de energía, ahorros en

desperdicio de tiempos, disminución de la polución ambiental, ergonomía, implementación de

fixtures y mejoras a formatos.

Además se realizaron proyectos de mayor impacto, tres de ellos relacionados con SMED, y dos

relacionados con Diseños Experimentales.

Se aplicó un diseño experimental en enero para determinar sobre los parámetros en la rueda de

una rectificadora, lo cual resultó en una mejor de un 50% más de producción y un ahorro de

$807.60 MXN al comprar la mitad de veces con respecto al pasado la misma rueda.

Se aplicó un diseño experimental en la estación de encapsulado de la celda de rectificado para

optimizar los parámetros de producción de esa área, pero los resultados obtenidos no mejoraron la

productividad de esa estación.

Además se realizó un análisis exploratorio de datos de calidad, a continuación presentamos los resultados

obtenidos, Espinoza G., E.A. (2011):

Primeramente se exploraron la cantidad total de no conformidades en 2010 que fue de 9’132.

En base a este análisis podemos concluir además que la familia de productos de General Electric

Transportation System (GETS) es el área con más volumen de producción, ya que se producen de

20 a 30 mil piezas al mes, en promedio. Esta información centra nuestra atención hacia la celda

de manufactura de rectificado.

El número de parte 41E914138-P3 llamado bucket tuvo la mayor frecuencia de no conformidades

con un total de 794 piezas defectuosas.

Después de esto se realizó un estudio de QPPM en el año 2010 sobre todas las No Conformidades (las no

conformidades abarcan scrap y retrabajos) calculamos que el índice más bajo de QPPM’s fue 5’494.51 en

el mes de octubre y el más alto fue 253’256.91 en el mes de noviembre, el indicador QPPM informa la

cantidad de defectos que se tuviesen si hubiese una producción de un millón, Espinoza G., E.A. (2011).

Después se hizo una comparación de dos estudios de capacidad, uno del año 2005 con otro del año 2007,

específicamente sobre cinco características de calidad críticas llamadas CTQ (Critical To Qality) de un

producto de la familia Gets (rooth form, end grind, tip grind, mismatch y p. point) con número de parte

41E914138-P3, llamado “bucket”, los resultados concluyentes fueron que los índices Cp han ido

disminuyendo con el tiempo, lo cual quiere decir que el proceso ha perdido capacidad, Blasco G., M.I.

(2005) y Blasco G., M.I. (2007).

Para seleccionar el proyecto de mejora de la calidad en la planta uno, se realizó un balance de la

información explicada anteriormente, y en base a esto podemos concluir que el área de Rectificado es

importante porque:

Produce la familia de productos GETS las cual tiene el mayor volumen de producción y además

los números de parte con más no conformidades de toda la planta.

Solo se ha realizado un diseño experimental, sin resultados sobresalientes hacia la mejora.

Se tiene interés y disposición por parte de la gerencia por realizar un proyecto de mejoras en esa

área.

Las condiciones del sistema son benéficas ya que no ofrece demasiados factores a considerar para

su estudio en comparación con otras áreas de la planta uno.

La familia de productos GETS representa aproximadamente el 20% de los costos totales de la

calidad en la planta uno.

Los problemas de calidad de la familia de productos GETS son consistentes y van aumentando a

tevés del tiempo.

Se tiene en puerta el lanzamiento de nuevos productos para GETS, lo cual puede implicar mayor

riesgo de aumento de no conformidades proporcional al aumento de volumen de producción.

La familia de productos GETS está orientada a la industria electromecánica y las operaciones realizadas

en la planta uno son principalmente de rectificado. El rectificado es una forma de modelación de metales

sólidos que se consigue desbastando parte del material de la pieza con otra forma determinada. En el caso

de estas rectificadoras se una un diamante.

Por las razones anteriormente expuestas se ha seleccionado esta área para aplicar un diseño de

experimentos con orientación hacia la optimización de varias respuestas, ya que el diseño experimental

realizado en el área de encapsulado puede no haber arrojado resultados útiles debido a la falta de

consideración de otros factores de salida importantes para la optimización de proceso. En este caso las

respuestas que evaluaremos simultáneamente son las CTQ mencionadas arriba.

Se ha detectado mediante la revisión de datos que las discrepancias más recurrentes tienen que ver con el

diseño parámetros, tolerancias y especificaciones de la familia de productos GETS y se concluye que

específicamente el número de parte más problemático es 41E914138-P3.

ENUCNIADO DEL PROBLEMA

Desconocimiento de las condiciones de operación óptimas para el número de parte 41E914138-P3 de la

familia de productos GETS del área de rectificado de la planta uno.

4. OBJETIVO

Objetivo general:

Determinar una configuración del proceso que funcione para reducir los productos no conformes, en la

manufactura del producto bucket con número de parte 41E914138-P3 de la familia de productos GETS de

la celda de manufactura de rectificado de la planta uno.

Objetivos específicos:

Determinar la región (o niveles) de los factores importantes que conduzca a la mejor respuesta

posible, para las características de calidad más críticas (CTQ) del número de parte 41E914138-

P3, las cuales son: (1) rooth form, (2) end grind, (3) tip grind, (4) mismatch y (5) p. point.

Correr un experimento que proporcione información sobre variables independientes e

interacciones de las mismas que sean significativas para la calidad.

Proponer y recomendar cambios en la configuración del proceso de producción.

Proporcionar información concluyente y verificable para que la empresa ahorre costos.

5. PREGUNTAS DE INVESTIGACIÓN

5.1. ¿Es posible encontrar una configuración óptima para las características de calidad a

considerar para el producto bucket con número de parte 41E914138-P3 para maximizar la calidad

de este?

6. JUSTIFICACIÓN

La aplicación de las técnicas del diseño experimental propiciará la detección de las causas que están

generando los problemas de calidad que la empresa está buscando, Montgomery, D. (2008), menciona los

beneficios que podemos aprovechar del conocimiento generado en un diseño estadístico de experimentos:

Mejoras en el rendimiento del proceso

Variabilidad reducida y conformidad más cercana con los requerimientos nominales o

proyectados

Reducción del tiempo de desarrollo

Reducción de costos globales

De esta manera podremos usar el conocimiento que se generará de estas técnicas estadísticas para

disminuir el número de defectos en las piezas y por lo tanto los costos de calidad.

Este proyecto será punto de partida para desarrollar otras investigaciones y proyectos de mejora en la

misma planta, i.e. un proyecto de diseño robusto de Taguchi

Este proyecto de investigación es altamente conveniente porque, además del aporte para la calidad y la

mejora continua en el área de rectificado de la planta uno, ofrecerá una base sólida y ejemplo para

mejorar otras áreas de la empresa con problemas similares.

Es una investigación relevante para la Universidad de Sonora ya que nunca se ha aplicado la técnica de

optimización de varias respuestas en una tesis.

7. HIPÓTESIS

7.1. La configuración óptima de factores para las características de calidad a considerar que

maximizan la calidad del número de parte P3 se encuentra dentro de la región de operación del

proceso

8. METODOLOGÍA

Los pasos a seguir para aplicar la metodología de superficie de respuestas óptimas será de la siguiente

manera:

8.1. Planeación del experimento

8.2. Diseño del experimento

8.3. Análisis de resultados

8.4. Validación de resultados

8.5. Conclusiones y recomendaciones

9. CRONOGRAMA

ID Nombre de la Tarea Inicio Fin Duración

2011 2012

sep oct nov dic ene feb mar abr may

1 9w11/11/201112/09/2011Investigación bibliográfica

2 13w 1d12/12/201112/09/2011

Estudios e investigaciones previas a la

selección de las técnicas

experimentales

3 3w30/12/201112/12/2011Ejecución del experimento

4 1d12/09/201112/09/2011Interpretar resultados

5 1w 2d20/12/201112/12/2011Conclusiones y recomendaciones

6 3w 4d28/02/201202/02/2012Redacción de un articulo científico

7 8w 2d30/04/201202/03/2012Publicación de un artículo científico en

una revista

8 8w 2d30/04/201202/03/2012Presentación de la investigación en un

congreso o simposio

9 17w 2d04/05/201205/01/2012Redacción de la tesis

13 3w29/06/201211/06/2012Obtención del grado

12

11

10 13w04/05/201206/02/2012Periodo de revisión

4w 2d04/05/201205/04/2012Ajustes y mejoras

4d30/05/201225/05/2012Examen de grado

10. RECURSOS REQUERIDOS

Software deseado: Design Expert o JMP

Gasolina para automóvil.

Cámara fotográfica.

Cámara de video.

Tripie.

Hospedaje y alimentación (aproximadamente 3 meses) en la ciudad de Guaymas Sonora.

11. ACCIONES DE DIFUSIÓN PREVISTAS

Presentación de un artículo científico a revistas y congresos relacionados con temas de control de la

calidad y estadística.

12. REFERENCIAS

Aneiro, F., y Battaille, T., 2007. Conceptos del maquinado con altas velocidades de corte aplicado en

moldes y matrices. (Spanish), Ingenieria Mecánica, 10, 1, pp. 63-69, Academic Search Complete,

EBSCOhost.

Blasco G., M. I., 2011. MEJORAS 2011.

Blasco G., M. I., 2007. CPK STUDYS 138-P3 (12-13-05).

Blasco G., M. I., 2005. CPK Charts Tier II 05-2.

Elizalde Muños, H., 2001. Mejoramiento de la calidad mediante la aplicación del diseño de experimentos.

Trabajo tesis para la obtención del título de ingeniero industrial y de sistemas.

Espinoza G., E. A., 2011. Análisis Exploratorio.

Fischer, W., 2011. Justificación de un diseño experimental para un problema de calidad en la industria.

[Conversación en un foro](Comunicación personal, 2 de Septiembre de 2011)

Gutiérrez P., H., 2008. Análisis y Diseño de Experimentos, 2da Edición. Editoral McGraw Hill

Iberoamericana, México, D.F.

Johnson, K., 2011. Ventajas del uso de la metodología del diseño experimental”. [Conversación en un

foro](Comunicación personal, 6 de Septiembre de 2011).

Montgomery, D. C., 2008. Diseño y Análisis de Experimentos. 2da

edición. Editorial Limusa Wiley.

Tempe, Arizona.

Zambrano-Rey, G., Fúquene-Retamoso, C., y Aguirre-Mayorga, H., 2010. Aplicativo para el control

estadístico de procesos en línea integrado a un sistema de manufactura flexible. (Spanish),

Ingeniería y Universidad, 14, 1, pp. 117-136, Academic Search Complete, EBSCOhost.