miércoles, 20 de noviembre de 2013

1. Conceptos y definiciones

Entre los conceptos asociados a la manufactura esbelta, y más específicamente, al diseño de las configuraciones de los procesos productivos, existe la llamada Tecnología de Grupos, la cual consiste en la agrupación de las piezas de un producto con base en criterios como la inspección visual, la secuencia del proceso de las piezas o los atributos individuales de manufactura y diseño para cada parte.  (Universidad de Sonora, 2013) (Ochoa, 2005) Esta tecnología rompe los esquemas de la manufactura tradicional en los que se agrupa por tipo de máquina.

Una de las aplicaciones de la Tecnología de Grupos es la Manufactura celular, en la cual el sistema es dividido en Células de manufactura.  Una célula de manufactura consiste en una agrupación física de máquinas, trabajadores y procesos pertenecientes a una familia de componentes común. (Serrano Arenas & Suárez González, 2004) Este tipo de agrupaciones se realizan con el fin de disminuir tiempos (tanto de aprontamiento como del proceso per se) y por ende la productividad y los costos en el proceso productivo aumentado así la velocidad de respuesta al cliente.

Para la implementación de un plan de Manufactura Celular, es necesario hacer un rediseño de la planta de producción para así minimizar las distancias del recorrido del producto y del personal. A menudo se reconoce este tipo de división de la planta como “fábricas dentro de la fábrica”. (Ochoa, 2005)

Para la aplicación del método es necesario - además de la identificación de las familias y los equipos que estas requieren – abordar la distribución interna de las células que, por lo general, se hace por productos.

Es posible dividir las células de manufactura según el número de máquinas o su nivel de automatización. Las siguientes son las posibles:


ü  Máquina única: Una máquina de operación manual. La célula incluye soportes y herramientas.


Figura 1. Ejemplo de máquina única

ü  Varias máquinas con manejo manual: el manejo manual se refiere a que los trabajadores mueven las partes dentro de la célula. A menudo se organizan en forma de “U”
ü Varias máquinas con manejo mecanizado: el manejo mecanizado significa la transferencia de partes de una máquina a la siguiente.
ü  Célula flexible de manufactura y Sistema flexible de manufactura (FSM): estaciones de procesamiento interconectadas mediante un sistema automatizado de manejo y almacenamiento de material y controladas por medio de un sistema integrado de computadoras.

Figura 2. Ejemplo Célula flexible de manufactura y Sistema flexible de manufactura (systems, IES)




2. Orígenes de la herramienta


Cómo se indicó anteriormente, esta herramienta tienes sus orígenes en las tecnologías de grupos, dicho concepto tuvo sus inicios en el año 1900, en Europa, seguidamente, con la inclusión de la metodología de la división del trabajo introducida por F.W Taylor se amplió e implementó dicho concepto a los procesos productivos, pero fue en la década de 1950 que este comenzó a evolucionar significativamente, hasta crecer de forma apreciable en la década de 1970 con el uso de las computadoras interactivas (Kalpakjian & Schmid, 2002).

La primera aplicación de grupos tecnológicos en la manufactura de componentes, fue introducida por el sueco MC.B. Nathhorste en la octava conferencia internacional de organizaciones científicas, donde expuso los principios básicos de la producción por grupos. Posteriormente en su reporte “producción por grupos y sus efectos en la productividad” (1949), el ingeniero M. Arne Korling describió la manera como la producción se había puesto en marcha e hizo una comparación de la forma en la que se sitúan las máquinas en una producción tradicional contra una distribución por grupos tecnológicos, donde cada grupo incluye las máquinas y otros equipos necesarios para la manufactura completa de una categoría de componentes. (Córdova, 2007)


Y ya a partir de 1950 se ha venido desarrollando una extensa literatura acerca del tema, desde como agrupar las piezas y elementos hasta cómo distribuir las máquinas implicadas en la planta de trabajo.

3. Ventajas y desventajas de la herramienta

Ventajas

-              Reducción de tiempo invertido en aprontamiento de máquinas: Debido a que debe prepararse un menor número de máquinas (ya que se utilizarán para procesar diferentes partes o piezas), se puede disponer de más tiempo para realizar operaciones que agregan valor sobre las piezas. (Universidad de Sonora, 2013)
-              Uniformidad en el manejo de materiales: Como la materia prima entrante es la misma en todas las máquinas de la (Universidad de Sonora, 2013) célula, se puede garantizar uniformidad en los productos resultantes.
-              Reducción de inventarios: Debido a la cercanía entre máquinas y operarios, se reduce la cantidad de producto en espera de ser procesado
-              Incremento del trabajo en equipo y de la motivación de los trabajadores: El hecho de ubicarse juntos hace que los trabajadores, implícita y explícitamente, trabajen bajo metas comunes, y se motiven a cumplirlas, fortaleciendo su unidad y cooperación. (Universidad de Sonora, 2013)
-              La combinación de procesos y máquinas permite mantener flujo continuo de producción: Este flujo reduce los tiempos de cola de los productos en proceso y disminuye el tiempo total de producción de una pieza o familia de piezas. (Pérez Montes de Oca, 2008)
-              La cercanía entre operarios facilita la realimentación y por consiguiente la disminución de defectos de calidad: el control de calidad del proceso se puede realizar más fácilmente debido a que la inspección de una operación se hace in situ y puede corregirse rápidamente. (Pérez Montes de Oca, 2008)
-              Permite que los operarios se capaciten en diversas operaciones y máquinas, lo cual flexibiliza el entorno de producción: La cercanía entre operarios les permite aprender de los diversos oficios que se desarrollan en la célula, de manera que cada operario puede actuar como respaldo de los demás. Este entorno de producción permite aumentar o disminuir la cantidad de trabajadores (para atender picos o valles de demanda) (Pérez Montes de Oca, 2008)
-              Control automático para las siguientes operaciones:
·         Carga y descarga de materia prima  y piezas en las estaciones
·         Cambio de herramientas en las estaciones
·         Transferencia de piezas y herramientas entre estaciones
·         Calendarización y control de la operación total en la célula (Kalpakjian & Schmid, 2002)
Esto se logra mediante el uso de sensores y bandas transportadoras.

Desventajas

~        El desarrollo de células de producción es más complicado en empresas medianas-grandes: debido al traslado y ubicación de máquinas y a la resistencia al cambio de operarios por la presión generada al tener que incrementar la productividad (Monroy)
~        No hay forma de preestablecer el costo total de implementación: Ya que la formación de cada célula tiene que analizarse de manera particular (en términos de las máquinas, operarios y procesos que se ubicarán en ella), no hay manera de generalizar el costeo de la implementación de una célula de manufactura.


~        Las células de manufactura son particularmente efectivas en la producción de familias de piezas que tienen una demanda relativamente constante: Debido a la estandarización de procesos, de máquinas y de capacidad, las células soportan demandas constantes, siendo difícil su adaptación a exigencias variables. (Kalpakjian & Schmid, 2002)

4. Paso a paso en la implementación

Figura 3. (UPITAN-IPN, 2011)


No hay un derrotero estricto de pasos. (Universidad de Sonora, 2013) y (Kalpakjian & Schmid, 2002): En general, primero se planea la estructura de la célula  y luego los procedimientos que deben llevarse a cabo para implementarla. En lo que tiene que ver con la estructura, es importante identificar las familias de partes y grupos de máquinas que se cobijarán en la célula. Las decisiones siguientes dependerán de esas elecciones. (Universidad de Sonora, 2013)

En los últimos 30 años, se han generado muchas propuestas para resolver el problema de cómo formar una célula de manufactura. La atención principal se ha centrado en determinar la combinación óptima de partes, máquinas, operarios y herramientas que se agruparán en la célula  (Bidanda, Ariyawongrat, LaScola Needy, Norman, & Tharmmaphornphilas, 2005).  Sin embargo, Bidanda y et al  sugieren que antes de abordar los aspectos metodológicos se consideren los siguientes puntos:

1.      Tener objetivos claros en el proyecto de formación de células de manufactura.
2.      Guiarse por una filosofía centrada en que las personas son apoyadas por la tecnología y no al revés.
3.      Considerar una participación significativa de los trabajadores desde el principio de la implementación de la célula.
4.       Realizar proyectos piloto.
5.      Implementar programas efectivos de entrenamiento y capacitación.
6.      Utilización de tecnología “ganadora”.
7.      Aunar esfuerzos con los trabajadores para superar la resistencia al cambio ante la nueva tecnología.
8.      Adaptar la evaluación del desempeño y de las bonificaciones salariales en la implementación de la nueva tecnología.
9.      Cambiar el diseño organizacional, conforme a la nueva tecnología.
10.  Empoderar a los niveles inferiores de la organización en la estructura (Bidanda, Ariyawongrat, LaScola Needy, Norman, & Tharmmaphornphilas, 2005)

Los puntos anteriores tienen sentido en la medida en que se tome conciencia que cada decisión que se tome en la implementación de una célula de manufactura, afectará de una u otra manera a las personas que trabajan en la organización, por lo que el componente humano debe tomarse con total seriedad.

En cuanto a los aspectos metodológicos de formación de una célula de manufactura, la página de Consultoría y Estrategia  disponible en línea en http://www.strategosinc.com/celldesign.htm sugiere que se sigan las siguientes etapas:

1.      Selección de productos: Se trata de buscar familias compatibles de productos que un grupo de máquinas pueda procesar sin mayores dificultades. La mayor parte de las equivocaciones en el diseño de una célula de manufactura surgen cuando se intenta crear una célula que pueda producir una gran variedad de productos (muchas veces diferentes). Los diagramas de procesos son útiles para identificar las similitudes entre los productos.
2.      Realizar ingeniería sobre el proceso: Con base en los productos seleccionados, calcular los tiempos de operaciones, de preparación de herramientas y ciclos de máquinas, para determinar el número de operarios requeridos en la célula y la cantidad de máquinas o “estaciones de trabajo” que se podrían operar en la célula.
3.      Diseñar la estructura de la célula: La “infraestructura” es definida como el conjunto de elementos que apoyan el proceso pero que no tocan el producto. Algunos elementos de infraestructura son la planificación de la producción, los métodos de balance de líneas de trabajo (distribución de labores y actividades) y la motivación de los trabajadores. 
4.      Disponer físicamente la célula: Si los pasos anteriores se han hecho concienzudamente, este último no debe ser difícil de llevar a cabo. Consiste en ubicar de manera física las máquinas y los operarios para que desarrollen las actividades planificadas en los pasos desarrollen las actividades planificadas en los pasos anteriores. Debe tenerse en cuenta que la célula debe integrarse con el ambiente “externo” de la planta. (The Strategos Team, 2007)

5. Esquema ilustrativo de la herramienta

Un esquema general de una célula de manufactura podría verse como en la imagen a continuación, en la que se tienen dos máquinas herramientas, un sistema automatizado de inspección de piezas y un robot central que atiende a todas las máquinas.


Figura 4. Esquema general de una célula de manufactura. (Kalpakjian & Schmid, 2002)

Esquemas de los tipos de células de manufactura.

-      Célula en “U”: Su distribución se representa en la Figura 5


Figura 5. Esquema de la célula en "U" (Universidad de Sonora, 2013)

-     Célula en línea: Su distribución se representa en la Figura 6

Figura 6. Esquema de célula en línea. (Universidad de Sonora, 2013)

-      Célula en “loop”

Figura 7. Esquema de célula en "loop elíptico" (Universidad de Sonora, 2013)



Figura 8. : Esquema de célula en "loop rectangular" (Universidad de Sonora, 2013)

6. Ejemplo de aplicación


En su tesis de grado de Ingeniería Industrial de la Pontificia Universidad Javeriana, Serrano y Suárez describen un ejemplo de implementación de una célula de manufactura en la empresa UPR Ltda., perteneciente al sector de transformación de plásticos.

UPR Ltda. es una empresa ubicada en la ciudad de Bogotá, Colombia, que pertenece a la industria plástica y dedica la mayor parte de su producción a la fabricación de envases para productos de belleza y similares como un servicio a terceros. En UPR se ofrecen principalmente productos para la industria farmacéutica (empaques para medicamentos, ampollas e inyecciones) y cosmetológica (empaques para perfumes, tapas para talcos y perfumes, y empaques para cremas)

En su estudio de los métodos de trabajo en la planta de UPR Ltda., Serrano y Suárez encontraron, entre otros, los siguientes problemas que podían ser solucionados implementando células de manufactura:

·         Recorridos largos del producto en proceso entre una máquina y otra.
·         Poca capacidad de manejo de imprevistos de producción por manejar tiempos muy ajustados.
·         Los trabajadores conocen únicamente una máquina y su funcionamiento puntual, lo que genera que el conocimiento específico de cada uno de los operarios sea imprescindible para el buen desempeño del área productiva.
·         Las máquinas de los principales procesos de la compañía tienen largos períodos de puesta en marcha, calentamiento y calibración.

En UPR se realiza la producción a través de dos grandes procesos: inyección y termoformado. Serrano y Suárez encontraron que en el proceso de termoformado el material debía hacer continuos movimientos por la planta, debido a que las máquinas involucradas en este proceso (termoformadoras y troqueladoras), así como el control de calidad del producto, estaban distribuidas en puntos distantes de la planta, según se ve en el diagrama de recorrido que se aprecia a continuación:



Figura 9. Diagrama de recorrido de la planta (Serrano Arenas & Suárez González, 2004)

La propuesta elaborada por Serrano y Suárez consistió en “cambiar tal distribución reduciendo lo más posible las distancias de recorrido del producto y entre personas, y hacer un acomodo en función de la secuencia del proceso de tal modo que cada célula de trabajo esté conformada por los siguientes equipos y operaciones:

·         Una termoformadora
·         Una troqueladora
·         Mesas de revisión de calidad
·         Empaque”

El diagrama de recorrido del material implementando tres células se aprecia a continuación.

Figura 10. Diagrama de recorrido implementando 3 células (Serrano Arenas & Suárez González, 2004)

Según Serrano y Suárez, al implementar una sola célula, sin alterar el flujo del material ni el orden de las operaciones, se realiza el mismo proceso de termoformado en una distancia total 20,3% menor que la del método actual.

Serrano y Suárez reconocen la importancia de realizar reuniones de capacitación de personal para explicarles la nueva forma de trabajar respecto a la disposición del sistema productivo en el área de termoformado, así como para capacitar los en los diferentes trabajos que se realizarán en la célula, para convertirlos en trabajadores multifuncionales. El siguiente es el cronograma propuesto para la implementación de las tres células de manufactura en la planta de UPR Ltda.



Figura 11. Cronograma propuesto (Serrano Arenas & Suárez González, 2004)

7. Comparativo contexto Colombiano


Por años, la situación industrial colombiana ha dejado mucho que desear, en el sentido en que se trata de una nación con abundancia de recursos naturales, los cuales no se han sabido explotar y transformar de la manera correcta y suficiente para estar a la par de la industria internacional. Lo anterior es muy posible que se deba al retraso tecnológico y técnico en el que vive el país.

Es de esperarse entonces que el desarrollo y mejoramiento de la industria se haya venido dando en forma de un lento crecimiento. Los procesos de manufactura, su organización y diseño,  no son la excepción.

Actualmente, conceptos como manufactura esbelta y células de manufactura - cuando empresas pequeñas y medianas se trata – se quedan en el papel y son mayoritariamente abordados en contextos investigativos y académicos. Sin embargo no es posible generalizar, ya que cada tipo de industria tiene su propia historia.

Por ejemplo, en la industria de las confecciones, iniciativas de implementación de células de manufactura surgen muchas veces en los mandos medios los cuales proponen pequeñas aplicaciones que van acorde a sus necesidades y no en la alta gerencia ni en los accionistas. Lo que muestra que este tema está desligado de los objetivos estratégicos del negocio y que por ende no son concebidos como fuentes de ventaja competitiva. (Arrieta, Botero, & Romano, 2010)

Por otro lado, en el sector del cuero en Colombia, se ha venido presentando una disminución de la participación en el mercado. Debido a esto han surgido iniciativas para tratar de devolverle la competitividad internacional a dicha industria. Para tal fin la Asociación Nacional de Industria del Cuero Asocueros, ha diseñado un diagnóstico para implementar y generar nuevas estrategias. En lo que a este blog compete, han definido un proyecto de células de manufactura, lo que ha dado como resultado un aumento significativo en la productividad del personal operativo.  (Monrroy)

Otro punto importante en la evaluación del contexto colombiano de la herramienta en cuestión, se describió anteriormente de manera detallada en el caso de aplicación.


Luego del análisis de los anteriores casos, se podría decir que una herramienta como lo es la organización de la planta por células de manufactura, presenta gran potencial en las pequeñas y medianas empresas colombianas si lo que se quiere es aumentar la productividad. Los importantes entonces, es asumir el reto y sacar del papel las estrategias que han sido estudiadas para tales fines.

8. Conclusiones y recomendaciones


  1. La manera como se realiza la organización de una planta por células de manufactura, depende específicamente de las características del proceso y de la empresa  que se esté trabajando, es decir que no es posible reproducir o extrapolar los resultados del estudio de una empresa a otra diferente.
  2. Aunque las células de manufactura estén específicamente diseñas para líneas de producción constantes y de familias de productos, este concepto también puede ampliarse a todos los productos que se tienen en la compañía, agrupando las células que cuyos procesos sean similares o cuyos componentes sean compartidos. Dicho de otra forma, una célula de células.
  3. Si bien se han desarrollado metodologías para implementar células de manufactura basadas en la ingeniería del proceso y en la optimización de tiempo, recursos y esfuerzos, es muy importante que en el departamento de producción de toda organización se tenga siempre presente la opinión de los operarios, y en general de los trabajadores involucrados en la manufactura, en todos las etapas del diseño de la célula y en su implementación y evaluación. Si se tiene presente que son los trabajadores quienes experimentarán de primera fuente todas las ventajas y desventajas de implementar la célula, valorar sus comentarios ayudará a que su resultado sea mucho mejor.

9. Retos futuros de la herramienta


  1. ~        Como con otros sistemas de manufactura, el costo de las células flexibles es alto. La manufactura celular requiere usualmente más máquinas y herramientas, lo que claramente afecta los costos de producción, esta es, entre otras, una de las razones por las cuales esta metodología no se ha implementado lo suficiente (Kalpakjian & Schmid, 2002). Como reto está entonces, encontrar la manera de minimizar en cierta medida estos costos y compensarlos con el incremento de la velocidad, flexibilidad y facilidad del control de la manufactura.
  2. ~        Como se mencionó anteriormente, una de las desventajas de esta herramienta es que es particularmente efectiva en la producción de familias de piezas que tienen una demanda relativamente constante, esto último no se da usualmente por lo que se requiere más flexibilidad en esta herramienta para que pueda resistir los cambios de esta variable estocástica del proceso.
  3. ~        Aunque el principal objetivo del diseño de la herramienta tratada en este blog, es la creación de células de máquinas mutuamente independientes, sin movimiento intercelular, es decir, entre una célula y otra; en la práctica algunas de las partes necesitan ser procesadas en más de una célula, dichas partes de conocen como excepcionales y las máquinas  que las procesan, como las máquinas cuello de botella (Universidad de Sonora, 2013), la forma de eliminar el origen del movimiento intercelular es otro de los retos de la herramienta.

10. Marco referencial


Arrieta, J., Botero, V., & Romano, M. (junio de 2010). Benchmarking sobre manufactura esbelta (lean manufacturing) en el sector de la confección en la ciudad de Medellín, Colombia. Recuperado el noviembre de 2013, de http://www.scielo.org.pe/scielo.php?pid=S2077-18862010000100007&script=sci_arttext
Bidanda, B., Ariyawongrat, P., LaScola Needy, K., Norman, B. A., & Tharmmaphornphilas, W. (2005). Human related issues in manufacturing cell design, implementation, and operation: a review and survey. Computers & Industrial Engineering, 507-523.
CNN expansión. (22 de Enero de 2013). Un vistazo a la economía en la era Obama. Recuperado el 19 de Noviembre de 2013, de http://www.cnnexpansion.com/economia/2013/01/21/manufactura
Córdova, V. (2007). Estudio para la implantación de una celda de manufactura en la industria metal mecánica. Recuperado el noviembre de 2013, de http://itzamna.bnct.ipn.mx/dspace/bitstream/123456789/5178/1/1705_2007_ESIME-ZAC_MAESTRIA_cordova_barrios_victormanuel.pdf
Kalpakjian, S., & Schmid, S. (2002). Manufactura, ingeniería y tecnología. Ciudad de México: Prentice-Hall.
Monroy, N. (s.f.). Una aplicación de células de manufactura para mejorar la competitividad. Recuperado el 11 de noviembre de 2013, de https://revistaing.uniandes.edu.co/pdf/Rv12-A9.pdf
Monrroy, N. (s.f.). UNA APLICACIÓN DE CÉLULAS DE MANUFACTURA PARA AUMENTAR LA COMPETITIVIDAD. Recuperado el noviembre de 2013, de https://revistaing.uniandes.edu.co/pdf/Rv12-A9.pdf
Ochoa, O. (27 de octubre de 2005). Plataforma virtual Universidad Nacional de Colombia. Obtenido de http://www.virtual.unal.edu.co/cursos/ingenieria/mecatronica/index.html
Pérez Montes de Oca, I. J. (2008). Proyecto para incrementar la productividad con el diseño de células de manufactura en el área de condensadores en una empresa metalmecánica. Ciudad de México.
Serrano Arenas, A., & Suárez González, A. J. (2004). Análisis y evaluación de los elementos generales de la teoría de manufactura esbelta que pueden generar desarrollo en una empresa del sector de transformación de plásticos. Caso: UPR Ltda. Bogotá: Pontificia Universidad Javeriana.
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The Strategos Team. (septiembre de 2007). Startegos Lean Manufacturing - Information - Training - Consultinf. Recuperado el 18 de noviembre de 2013, de Designing workcells & micro-layouts: http://www.strategosinc.com/celldesign.htm
Universidad de Sonora. (2013). Tecnología de grupo y manufactura celular. Sonora, México.
UPITAN-IPN. (2011). Manufactura celular. Recuperado el noviembre de 2013, de http://sistemasmanufactura.wordpress.com/