Aplicación de la categoría Administración de Operaciones de Calidad del estándar ISA-95 a un Caso de Estudio

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1 Aplicación de la categoría Administración de Operaciones de Calidad del estándar ISA-95 a un Caso de Estudio Andrés Alejandro Sánchez* Diego Leonardo Zuñiga* Oscar A. Rojas A* * Grupo de I+D en Automática Industrial, Departamento de Electrónica, Instrumentación y Control, Universidad del Cauca Calle 5 No 4-50, Popayán, Cauca, Colombia ( aasanchez, dlzuniga, Resumen: En este se articulo se presentan los resultados del estudio y la aplicación de la categoría administración de operaciones de calidad de la parte 3 del estándar ISA-95 en un caso de estudio, a partir del análisis y la extensión del modelo genérico de administración de operaciones de manufactura y los flujos genéricos de información, permitiendo de esta manera caracterizar las actividades de gestión de calidad de la empresa, establecer claramente las características del sistema de calidad, así como especificar formalmente los procedimientos y sus métodos de control de calidad dentro de un esquema de integración del sistema empresarial. El trabajo permite evidenciar cómo acogerse a los estándares de integración empresarial, las empresas obtienen la organización estructurada de su información, así como una reducción en los esfuerzos y en el tiempo de desarrollo de sus proyectos de ingeniería. Palabras Clave: Modelado de sistemas de producción, ISA95, Calidad de sistemas de producción, Integración de sistemas de producción. 1. INTRODUCCIÓN Los aspectos de automatización se han extendido en todos los niveles de las organizaciones dentro del sector industrial ampliando los conceptos y requerimientos más allá del lazo de control y de las máquinas, hasta afectar los procesos de negocios de toda la empresa. Por tanto, la búsqueda de una automatización integral se impone; y ésta debe tomar en cuenta diferentes aspectos además del proceso mismo, como la estructura organizativa de la empresa, sus recursos, la gestión de los insumos y equipos, y las relaciones de estos elementos con todos los procesos administrativos (Vernadat, 2002). De esta manera, los procesos de integración empresarial dependen del conocimiento y del flujo libre pero controlado de la información y la coordinación de las actividades de la empresa; por tanto, es fundamental identificar claramente los recursos, procedimientos y actividades que deben considerarse esenciales para el modelado del proceso de producción y la consolidación de su información, donde el propósito de encontrar una forma de abordar la complejidad del ambiente de manufactura se considera relevante para el posicionamiento de la empresa (Chacón et al, 2004). El concepto de integración empresarial está dirigido a proveer rápidamente la información correcta, en el lugar y momento apropiado y bajo el formato exacto a través de toda la empresa. Sin embargo, la integración empresarial y la coordinación de procesos industriales permanecen como áreas desafiantes, debido a que exigen un profundo conocimiento de la empresa y de todas las actividades, tanto productivas como administrativas que en ella se llevan a cabo (Scholten, 2007). En las empresas del sector industrial se hace necesario identificar los productos o los envíos que no se ajustan a los requisitos de calidad definidos en la empresa, estos deben garantizar la entrega de sus productos con excelente calidad, bajo las reglamentaciones impuestas y en el tiempo requerido por sus clientes, es por esto que las empresas para sobrevivir en esta era de globalización deben ser capaces de responder eficazmente a las necesidades, requerimientos, incidentes de incumplimiento, tiempo de entrega y de respuesta para los envíos, entre otros. Como respuesta a la necesidad de lograr una integración total de los sistemas de información, control y gestión de las empresas de manufactura, así como la falta de comunicación entre los sistemas de negocio, el sistema de ejecución de manufactura y el sistema de control del proceso físico, en la década de los 90, la Sociedad Internacional de Automatización - ISA decidió desarrollar el estándar ISA-95 (ISA95, 2006). En el entorno industrial las empresas de manufactura han enfocado sus esfuerzos al análisis y aplicación de la parte 1 y 2 del estándar ISA-95, sin abordar las categorías de producción, mantenimiento, calidad e inventario definidas por el comité ISA SP95 en la parte 3 del estándar. Por lo tanto, actualmente no se conoce ningún reporte técnico que presente consideraciones sobre la aplicación de los modelos de objetos y atributos en las operaciones de calidad de la empresa y cómo éstas afectan sus índices de producción. En este artículo se presentan los resultados de la etapa de análisis, especificación y aplicación del modelo de actividades genérico propuesto en el estándar ISA-95 en la categoría administración de operaciones de calidad, buscando facilitar en

2 un futuro cercano el desarrollo de la etapa de implementación. En la sección 2 del presente artículo se describe brevemente la categoría de administración de operaciones de calidad con referencia al modelo de administración de operaciones de manufactura propuesto en la parte 3 del estándar ISA-95, en la sección 3 se explica detalladamente el análisis de las funciones y flujos de información para la administración de operaciones de calidad, en la sección 4 se explica el proceso de aplicación del modelo obtenido al caso de estudio y finalmente en la sección 5 se incluyen las conclusiones del trabajo. 2. CATEGORÍA ADMINISTRACIÓN DE OPERACIONES DE CALIDAD La administración de las operaciones de calidad es una de las funciones más importantes que se desarrollan dentro de una empresa, ya que está encargada del aseguramiento de calidad de todo el proceso productivo, desde que la materia prima entra hasta que es trasformada en producto terminado. Este tipo de aseguramiento incluye operaciones de control de calidad y la administración de dichas operaciones para asegurar la calidad del producto durante todo su ciclo de vida. La administración de operaciones de calidad es definida como el conjunto de actividades que coordinan, administran y realizan seguimiento a las funciones que efectúan mediciones y reportes de calidad (ISA95, 2006). Es así como, la parte 3 del estándar ISA-95 incluye las administración de operaciones de calidad como un componente fundamental en las operaciones de manufactura existente en los Sistemas de Ejecución de Manufactura MES, tal como se muestra en la figura 1. material, y energía en la conversión de materias primas en productos (Scholten, 2007). El estándar ISA-95 define un modelo genérico para la administración de las operaciones de manufactura, el cual es usado como una plantilla que permite analizar su aplicación en las operaciones de producción, mantenimiento, inventario y calidad. De esta manera, el estándar ISA-95 determina una jerarquía que inicia en una categoría de administración de operaciones, y en el cual cada categoría está compuesta de un conjunto de actividades y cada actividad está compuesta de un conjunto de tareas, tal como se muestra en la Figura 2. Figura 2. Modelo genérico de actividad de administración de operaciones de manufactura. El modelo genérico de actividades permite identificar las actividades relevantes que deben ser realizadas por el sistema MES, así como especificar los posibles flujos de información que deben existir entre estas actividades para cumplir el objetivo de producción. Por lo tanto, el modelo genérico de actividad de la administración de operaciones de manufactura define un ciclo general de solicitud-respuesta que inicia con solicitudes de programación, las convierte en un programa detallado, despacha trabajo acorde al programa detallado, dirige la ejecución del trabajo, almacena datos y finalmente convierte los datos almacenados nuevamente en respuestas; todo esto soportado con el análisis del trabajo desempeñado para mejoras o correcciones, la administración de los recursos usados en ejecución del trabajo desempeñado y la administración de las definiciones del trabajo desempeñado. Figura 1. Modelo de administración de operaciones de manufactura. El estándar ISA-95 realiza la subdivisión de la administración de operaciones de manufactura en cuatro categorías, que corresponden a: administración de operaciones de producción, administración de operaciones de mantenimiento, administración de operaciones de calidad y administración de operaciones de inventario, como se muestra en las áreas sombreadas en la figura 1. De esta manera, las actividades de administración de operaciones de manufactura son aquellas actividades de una instalación de manufactura que coordinan el personal, equipo, 3. MODELO DE ADMINISTRACIÓN DE OPERACIONES DE CALIDAD El objetivo fundamental de las operaciones de administración de calidad corresponde a proporcionar análisis en tiempo real de medidas recolectadas en la producción, para asegurar un control apropiado de la calidad del producto e identificar problemas que requieren atención. Estas actividades deben recomendar acciones para corregir el problema, incluso correlacionando los síntomas, acciones y resultados para determinar la causa; igualmente, incluir seguimiento SPC (Statistical Process Control)/SQC (Statistical Quality Control), gestión de inspección off-line de

3 operaciones y análisis en Sistemas de Gestión de Información de Laboratorio (LIMS) (MESA, 1995). Para cumplir este objetivo, las actividades de administración de operaciones de pruebas de calidad deben incluir la evaluación de materias primas, la evaluación de producto, la gestión de las pruebas de clasificación y certificación, así como la validación de mediciones de calidad. La administración de operaciones de pruebas de calidad puede ser definida con referencia al modelo administración de actividades de manufactura, el cual detalla específicamente las actividades de calidad en una empresa de manufactura. El modelo de la administración de operaciones de pruebas de calidad mostrada en la figura 3, define las actividades de pruebas de calidad que deben ser realizadas en el sistema de ejecución de manufactura, así como la secuencia relativa de esas actividades, y no como deberían ser ejecutadas en una estructura organizacional específica. Figura 3. Modelo de Actividad de la Administración de Operaciones de Calidad. En la figura 3, las principales actividades relacionadas con la administración de operaciones de calidad del sistema de producción son identificadas mediante óvalos, mientras que el intercambio de información necesario entre ellas se describe mediante las flechas. En este modelo las solicitudes de calidad y las respuestas de calidad no siempre cruzan los límites entre los sistemas de nivel del Sistema de Ejecución de Manufactura y nivel de Planificación de Recursos Empresariales. Es conveniente aclarar que el modelo genérico de operaciones de calidad no incluye todos los posibles flujos de información, por lo tanto para alguna aplicación específica puede existir algún requerimiento de información entre actividades que no esté contemplado en el estándar. 3.1 Información intercambiada entre el nivel de administración de producción y el nivel de planificación empresarial La información de procedimientos de calidad intercambiada entre el nivel de planificación empresarial y el sistema de ejecución de manufactura corresponde a las definiciones de pruebas de calidad que corresponden a la especificación para el análisis de materiales, medio ambiente y equipos. De igual manera, se debe definir la capacidad de pruebas de calidad, con el objetivo de especificar las solicitudes de pruebas de calidad cobre los materiales o equipos, pudiéndose incluir solicitudes de inspección de productos intermedios, materiales sin procesar, productos finales, y solicitudes de prueba de calibración de equipos. Como resultado de la prueba es necesario intercambiar su respuesta, definida como el resultado de las actividades asociadas que permitirá el análisis y la activación activan de las reglas de negocio apropiadas para la determinación de una orden de trabajo de producción. 3.2 Información intercambiada entre el nivel de administración de producción y el nivel de control La información de procedimientos de calidad intercambiada entre el nivel de control y el sistema de ejecución de manufactura corresponde a los procedimientos y parámetros de calidad definidos como instrucciones específicas enviadas a los niveles de control y supervisión del proceso de producción. De igual manera, se definen los comandos de prueba que incluye la información general de la prueba que será ejecutada, (por ejemplo el número de lote) y los comandos para poner en marcha los instrumentos con los cuales se lleva a cabo las pruebas de calidad. Como resultado del comando, se intercambia la información correspondiente a las respuestas de prueba y los datos específicos de calidad que pueden incluir datos in-line o at-line típicamente enviados con información general apropiada, como datos de proceso, material, margen de tiempo y localización, o pueden ser el número de mediciones, mínimas, máximas, promedio y desviación estándar. 3.3 Administración de Definición de pruebas de Calidad La administración de definición de pruebas de calidad se define como el conjunto de actividades que define y administra calificaciones de personal, procedimientos de pruebas de calidad, e instrucciones de trabajo necesarias para desempeñar pruebas de calidad. Las definiciones de pruebas de calidad cubren los procedimientos de prueba requeridos, frecuencia (plan de muestreo), y especificaciones (incluyendo tolerancias) para materiales y recursos. En la figura 4 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad administración de definición de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. A continuación se presenta la explicación de cada una de las actividades que componen el modelo de actividad de la administración de operaciones de calidad, el cual fue obtenido mediante una extensión realizada con base en el análisis de la información que relaciona en el estándar ISA-95 para las actividades de de operaciones de producción.

4 detallada de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. Figura 4. Intercambio de información de la Administración de Definición de Pruebas de Calidad. 3.4 Administración de Recursos de Pruebas de Calidad La Administración de recursos de pruebas de calidad incluye el conjunto de actividades que administran las necesidades de personal, material y equipo para ejecutar pruebas de calidad. El alcance de las actividades de la administración de recursos de pruebas de calidad puede estar a nivel de sitio, área, o niveles bajos. En la figura 5 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad administración de recursos de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. Figura 6. Intercambio de Información de la Programación Detallada de Pruebas de Calidad. 3.6 Despacho de Pruebas de Calidad. El despacho de pruebas de calidad es definido como el conjunto de actividades que asignan y envían órdenes de trabajo de calidad a los recursos apropiados que fueron identificados por el programa y las especificaciones de la información de definición. El despacho comunica las pruebas a ser ejecutadas y los recursos a ser usados, y puede incluir envíos de material a los recursos de prueba para la experimentación. En la figura 7 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad despacho de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. Figura 5. Intercambio de Información de Administración de Recursos de Pruebas de Calidad. 3.5 Programación Detallada de Pruebas de Calidad La programación detallada de pruebas de calidad se define como el conjunto de actividades que planea y programa los recursos para las tareas de calidad. La programación detallada de pruebas de calidad tiene en cuenta situaciones locales y disponibilidad de los recursos así como también posibles preparativos necesarios para las pruebas. En la figura 6 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad programación Figura 7. Intercambio de Información de Despacho de Pruebas Calidad. 3.7 Administración de Ejecución de Pruebas de Calidad La administración de ejecución de pruebas de calidad se define como el conjunto de actividades que dirigen la realización de la prueba. La administración de ejecución de pruebas de calidad

5 asegura que los recursos correctos (equipo, material y personal) son usados. Esto también incluye la confirmación de que la prueba de calidad es ejecutada de acuerdo a los estándares de calidad aceptados y que el producto puede ser entregado a los consumidores. En la figura 8 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad administración de ejecución de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. El análisis de calidad se define como el conjunto de actividades que analiza los resultados de las pruebas de calidad y el desempeño de las pruebas con el objeto de determinar cómo mejorar la calidad del producto. El análisis de calidad incluye los análisis de variabilidad de la calidad, tiempos de ciclo de departamentos de calidad, utilización de recursos, utilización de equipos y eficiencia de los procedimientos. El análisis de calidad es a menudo un proceso de negocios continuo. En la figura 11 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad análisis de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. Figura 8. Intercambio de Información de Administración de Ejecución de Pruebas de Calidad. 3.8 Recolección de Datos de Pruebas de Calidad. La recolección de datos de pruebas de calidad es definida como el conjunto de actividades que reúnen resultados de prueba y colocan estos resultados disponibles para otros usos. Los datos de prueba pueden incluir datos ingresados manualmente o datos procedentes directamente desde el equipo. Esta información puede incluir el estado actual, tiempo requerido, tiempo de inicio, tiempo actual, tiempo estimado para finalización, tiempo real de la actividad, recursos utilizados e información adicional para presentar un histórico completo de calidad para la orden de trabajo existente y las órdenes de trabajo anteriores. En la figura 9 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad recolección de datos de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. Figura 11. Intercambio de Información del Análisis de Calidad Una de las actividades dentro del análisis es la generación de indicadores claves (KPIs) de las actividades de calidad, los cuales corresponden a la información acerca de las pruebas de calidad que proporciona resúmenes del desempeño pasado e indicaciones del desempeño futuro o futuros problemas potenciales. Esta información puede ser utilizada internamente dentro de las operaciones de manufactura para mejoramientos y optimización, o si hay un proceso de aceptación de negocios que requiera la información, ésta puede ser enviada a procesos de negocios de nivel más alto para posteriores análisis y decisiones Tracking de Pruebas de Calidad. El tracking de pruebas de calidad es definido como el conjunto de actividades que reúne los resultados de prueba dentro de respuestas de pruebas, envía las respuestas y administra la información acerca de la utilización de los recursos requeridos para ejecutar las pruebas. El tracking de pruebas de calidad suministra realimentación acerca de la calidad a los sistemas de los niveles 3 y 4. Tal información puede ser suministrada sobre una base programada, al final de las ejecuciones de producción, o sobre demanda. En la figura 10 se muestran los flujos de información que intercambia la actividad tracking de pruebas de calidad con las otras actividades del modelo de actividad de operaciones de calidad. Figura 9. Intercambio de Información de la Recolección de Datos Pruebas de Calidad. 3.9 Análisis de Calidad.

6 Especificaciones de recursos para cada segmento de prueba de calidad Programación Detallada de pruebas de calidad Dependencia de segmento de definición de prueba de calidad Especificación de parámetros por cada segmento Procedimientos de prueba. Figura 10. Intercambio de Información del Tracking de Pruebas de Calidad. 4. APLICACIÓN DEL MODELO DE ADMINISTRACIÓN DE OPERACIONES DE CALIDAD AL CASO DE ESTUDIO Para la aplicación del modelo de actividad de la categoría Administración de Operaciones de Calidad del estándar ISA-95, se ha tomado como caso de estudio una empresa dedicada a la producción y comercialización de de productos lácteos y sus derivados. Para identificar las actividades y obtener los flujos de datos de cada una de las actividades del modelo, inicialmente se procedió a recolectar y estructurar la información de las actividades de calidad en la empresa caso de estudio, lo cual se realizó mediante de entrevistas al personal de la empresa. Con esta información se definió la dinámica de funcionamiento de los procesos de control de calidad, realizando una identificación de la secuencia en las actividades y los sistemas de soporte existentes en los diferentes departamentos que utilizan la información de estos procedimientos en la empresa. Con los procedimientos de control de calidad claramente estructurados se procedió identificar los segmentos de pruebas de calidad en la empresa y a aplicar el modelo de administración de actividades de calidad, identificándose las actividades del modelo que se realizaban en la empresa, así como los responsables de cada una de ellas. Posteriormente, para cada una de las actividades identificadas se definieron los flujos de información necesarios entre las actividades de administración de operaciones de calidad en la empresa. A manera de ejemplo, en la tabla 1 se presentan los flujos de información relacionados con la actividad Administración de definición de pruebas de calidad en la empresa. Interfaz Contenido de Datos Despacho de pruebas de calidad Administración de Ejecución de pruebas de calidad. Niveles 1 y 2 Análisis de Calidad. Nivel ERP Dependencia de segmento de definición de calidad Instrucciones de trabajo de pruebas de calidad. Dependencia de segmento de pruebas de calidad Instrucciones de trabajo de pruebas de calidad. Procedimientos y parámetros de calidad Definiciones de KPIs de calidad Resultado de análisis de desempeño de Calidad. Definición de KPIs y pruebas de calidad de sitio específico Tabla 1. Flujos de información de la Administración de definición de pruebas de calidad para el caso de estudio. 5. CONCLUSIONES En este se articulo se ha presentado la extensión para las actividades de administración de calidad del modelo genérico de administración de manufactura definido la parte 3 del estándar ISA-95, identificándose las funciones que deben realizarse y el flujo de información intercambiado entre ellas para obtener su correspondencia en la optimización en los procesos de integración empresarial. La aplicación de la categoría administración de operaciones de pruebas de calidad del estándar ISA-95 en una empresa puede ayudar a corregir las deficiencias en los flujos de información, disminuir el tiempo de ejecución de las operaciones de manufactura y permitir que sea posible conocer en muy poco tiempo si se puede cumplir con los requerimientos de calidad exigidos por los clientes. Por otro lado, si la empresa desea adquirir un nuevo componente software que cumpla con funcionalidades para calidad en el nivel de ejecución de manufactura - MES, el modelo permite determinar las funciones realmente necesarias en la empresa y de esta forma seleccionar el proveedor que satisfaga estas necesidades. En el artículo se ha mostrado el proceso de aplicación del modelo genérico de administración de actividades de calidad, ofreciendo una visión clara y concisa sobre como especificar las

7 funciones y flujos de información en el nivel del sistema de ejecución de manufactura de una empresa. El modelo de actividades de operaciones de calidad definido en el estándar ISA-95 no restringe su aplicación con respecto a que cada actividad sea realizada por personas o soportado en aplicaciones software, por lo tanto no se encuentra restringido al nivel de automatización de la empresa. REFERENCIAS Chacón, E; Besembel, I.; and Hennect, J. (2004). Coordination and optimization in oil and gas production complexes. Computers in Industry 53: ISA95 (2006). Enterprise-Control System Integration Part 3: Activity Models Manufacturing Operations Management. International Society of Automation. MESA (1995). The Controls Layer: Controls definition and MES to Controls data flow. White paper number three. Florida, USA. Scholten, B (2007). The road to integration, A guide to applying the ISA-95 standard in manufacturing. Vernadat, F.B. (2002). Enterprise modeling and integration (EMI): current status and research perspectivas. Annual Reviews in Control, 26:

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