MODELO ANALÍTICO DEL PROCESO PRODUCTIVO DE LA REFERENCIA 715 MAFALDA EN LA EMPRESA CALZADO MURANO DE BUCARAMANGA

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1 MODELO ANALÍTICO DEL PROCESO PRODUCTIVO DE LA REFERENCIA 715 MAFALDA EN LA EMPRESA CALZADO MURANO DE BUCARAMANGA César Lorenzo Uribe Uribe, Mayra Fernanda Duque Hoyos, María Fernanda Aguirre Cajías, Sylvia Juliana Meléndez Torres, Johnny David Contreras Santiago María Conchita Villarreal Guarín Universidad Pontificia Bolivariana Semillero de investigación en Producción (SIENPRO) Bucaramanga, Colombia Resumen En este artículo se presenta el desarrollo de una investigación transeccional de tipo correlacional, realizada en la empresa Calzado Murano, dedicada a la fabricación de calzado para dama, ubicada en la ciudad de Bucaramanga. La finalidad radica en identificar las variables influyentes en el proceso productivo de la referencia con más auge en el mercado, 715 Mafalda, y a partir de ello, proceder con la definición del ambiente de manufactura, las restricciones de producción y los criterios de optimización con el propósito de diseñar y proponer un modelo analítico de programación de producción para la referencia de calzado 715 Mafalda. Inicialmente, se realizó la recolección de información de los tiempos de procesamiento en cada estación de trabajo. Posteriormente, se identificaron las precedencias de las operaciones de manufactura para la referencia de calzado 715 Mafalda. Con la información anterior, la necesidad de la empresa por obtener los lotes de la referencia en los tiempos especificados para el cliente y considerando el estado del arte referente al tema de programación de la producción; se propone el modelo de programación de producción donde se considera que el sistema de manufactura de la empresa se ajusta a una línea de ensamble flexible, con restricciones de precedencia y elegibilidad de operarios, donde se desea conocer el máximo tiempo de terminación de los lotes de dicha referencia. Finalmente, se procede con la implementación del algoritmo de programación de producción mediante el uso de Visual Basic para Microsoft Excel, donde se obtiene el tiempo de terminación de los lotes de producción y un diagrama de Gantt como representación gráfica de la fabricación de cada lote de la referencia 715 Mafalda. Palabras Clave: Proceso productivo, línea de ensamblaje, algoritmo, tiempo ocioso, makespan. Abstract This article presents the development of a transactional investigation of correlation type, made in Calzado Murano company, dedicated to the manufacture of shoes for women, located in Bucaramanga. The purpose is to identify the influential variables in the production process of the most demanded reference in market, 715 Mafalda, and from this, proceed with the definition of the manufacturing environment, production constraints and optimization criteria, in order to design and propose an analytical model of production scheduling for 715 Mafalda reference.

2 Initially, it was gathering information of processing times in each workstation. Subsequently, was identified the precedence of manufacturing operations for the footwear reference, 715 Mafalda. With the above information, the company s needs to get batches of reference in the time specified for the client and considering the art state regarding the issue of production scheduling; is proposed the production scheduling model which considers that the company manufacturing system follows a flexible assembly line with precedence constraints and eligibility of workers, where the purpose is to know the maximum completion time of a batch of such reference. Finally, the production scheduling algorithm is implemented using Visual Basic for Microsoft Excel, which gives the finishing time of production batches and a Gantt chart as a graphical representation of the manufacture for each batch of the reference 715 Mafalda. Key words: Production process, flowshop, algorithm, idle time, makespan. 1. Introducción En el sector industrial, hoy en día es clave marcar un punto de diferencia con la competencia, y la competitividad es un medio para lograrlo. Una estrategia para ello, es implementar el liderazgo en costes bajos como lo plantea Michael Porter 1 mediante el uso óptimo de materias primas y tiempos de producción. Las empresas del sector calzado en Santander, Colombia, se han visto afectadas en gran parte por la incursión de mercados como China, quienes a través de implementación tecnológica han gestionado un óptimo control de costos, transfiriéndoles una significativa ventaja competitiva frente al mundo. Infortunadamente, en Colombia, pocos trabajos de investigación se han enfocado en el tema de modelos analíticos de producción. Se encontraron algunas investigaciones orientadas en otros sectores de la economía, como el que plantean Castro y Vélez 2 donde se define una serie de pasos para obtener un sistema de programación de producción adecuado, según el sector y necesidad que presente una empresa; y el presentado por Gutiérrez, Palacio y Villegas 3, en el cuál proponen el diseño de un software que defina el mapa de rutas disponibles en Colombia, donde se encuentren los proveedores localizados en el territorio nacional con el propósito de ofrecer soporte de implementación y seguimiento de esta tecnología de información. Teniendo en cuenta la falta de trabajos de investigación en este sector y el alto índice de competitividad al que se enfrenta, es de vital importancia considerar la programación de la producción, que tiene como fin la minimización del tiempo de fabricación de todos los trabajos que deben ser procesados. El objetivo de la investigación es definir las precedencias de los procesos de manufactura de la referencia 715 Mafalda en la empresa Calzado Murano en Bucaramanga, para diseñar un software o tecnología de información que permita conocer la programación de secuenciación de manufactura de dicha referencia. Con esto en mente, se debe identificar el tipo de 1 Porter, Michael. Estrategia competitiva: técnicas para el análisis de los sectores industriales y de la competencia. Editorial Continental, Cap Castro, Carlos. y Vélez, Mario. Modelos para la selección de un sistema de la programación de la producción, un enfoque estratégico. En: Revista Universidad EAFIT. Medellín Vol, No128. p Gutiérrez, Valentina. Palacio, David y Villegas, Guillermo. Reseña del Software disponible en Colombia para el diseño de rutas de distribución y servicios. En: Revista Universidad EAFIT. Medellín Vol 43, No 145. p

3 ambiente de manufactura, restricciones y criterios de optimización para definir un modelo analítico de producción heurístico que permita calcular el tiempo de producción de cada lote de la referencia y contribuir en la optimización de los costos mediante el uso del software o tecnología de información. La Tecnología de Información para la empresa consiste en el software de programación de producción; el cuál fue diseñado en Microsoft Excel utilizando el lenguaje de programación Visual Basic. 2. Marco Teórico y Estado del Arte En el desarrollo de nuevos procesos de manufactura y la propensión hacia un sistema integrado de información para cumplir con los objetivos de fabricación y calidad de los procesos; se hace necesaria la implementación de modelos y software de optimización que a futuro constituyen la base de la tecnología de información en los sistemas de manufactura, en búsqueda de alternativas de solución en los procesos de fabricación. Bajo la premisa anterior, el sector de calzado es uno de los sistemas de manufactura en los cuales se ha realizado un estudio detallado de los procesos de fabricación; por lo cual es de interés aplicar los conceptos de programación de producción, con la finalidad de generar nueva aplicación de conocimientos de producción en el mejoramiento de las operaciones de manufactura de calzado. Según Ramamritham y Stankovic 4, los ambientes dinámicos de la manufactura, permiten la implementación de tecnologías y sistemas de información de manufactura con el propósito de establecer sistemas dinámicos, predictibles y flexibles para la adecuada toma de decisiones ante cambios intermitentes de la demanda o procesos de mantenimiento de las máquinas que hacen parte del proceso de fabricación. Este aspecto no está alejado de los sistemas de manufactura en las empresas de calzado, pues ésta se define como un sistema dinámico gracias a la diversidad en los tipos de modelos de calzado, el comportamiento aleatorio de los lotes de producción, la mezcla de productos en una tanda de producción, la disponibilidad de los recursos de manufactura como insumos o materiales; lo anterior son los factores clave que influyen en el momento de generar una programación periódica de producción. En una fábrica de calzado se presenta un sistema flexible de manufactura, donde se interrelacionan procesos de producción para lograr la fabricación final de un producto. En un sistema de fabricación dedicado a la obtención de calzado, se pueden presentar procesos donde se involucren una o más máquinas que desarrollen la misma actividad u operación; por lo tanto es importante el conocimiento de estos ambientes de fabricación. En el trabajo de investigación de Joo 5, se considera el uso de varias técnicas heurísticas, basadas en modelos de programación lineal, para la programación de máquinas con capacidad de fabricación uniformes; es decir, igual velocidad de procesamiento, donde se presentan restricciones con respecto al tiempo de inicio de los trabajos. Por otro lado, Balakrishnan et al 6, estudia el caso donde se presentan restricciones de asignación de trabajos en máquinas uniformes -entendiéndose que las máquinas uniformes son máquinas en paralelo que pueden procesar la misma actividad con la misma velocidad sin que influya el tiempo de procesamiento de cada trabajo- cuando se presentan secuencias de fabricación dependientes del tiempo de alistamiento de las máquinas. La 4 Ramamritham, K. and Stankovic, J.A., Scheduling algorithms and operating systems support for real-time systems. Proceedings of the IEEE,1994. Vol.82. p Joo, U.G., job assignment algorithms on uniform parallel machines. Engineering Optimization, Vol.33.p Balakrishnan, N., Kanet, J.J. and Sridharan S.V., Early/tardy scheduling with sequence dependent setups on uniform parallel machines. Computers & Operations Research, Vol.26.p

4 finalidad es la construcción de heurísticas que permitan solucionar el problema de minimizar la tardanza o entrega temprana de todos los trabajos. Kashan y Karimi 7, abordan el problema de un sistema flexible de manufactura donde se consideran dos estaciones de trabajo, constituidas por cantidades diferentes de máquinas, para minimizar el tiempo de terminación de todos los trabajos. Para tal fin, se considera el uso de una metaheurística conocida como enjambre de partículas discreto (DPSO). González 8, desarrolla un modelo de programación de máquinas uniformes mediante la metaheurística de enjambre de partículas discreto (DPSO) para mejorar la asignación de máquinas en las actividades de construcción que realiza la empresa Geofundaciones. El objetivo de su investigación se centra en minimizar la tardanza, considerando que la tardanza es el tiempo excedido con respecto al tiempo estimado de terminación de un proyecto, en la consecución de los proyectos de construcción para no generar pérdidas a la empresa. Se considera como un ambiente flexible de manufactura, puesto que cada proyecto está constituido por un número de obras un proceso de manufactura que está constituido por un número de máquinas-. Adicionalmente, dentro de su investigación se propone una técnica de reprogramación de la asignación de máquinas, cuando se requiere el inicio de nuevos proyectos de construcción. 3. Metodología La investigación es un estudio de recolección de datos en un único momento y busca explicar el proceso productivo de la referencia 715 Mafalda de la empresa Calzado Murano en la ciudad de Bucaramanga, a partir de la relación entre las variables influyentes en él. Para su elaboración, fue necesario inicialmente realizar una visita a la empresa Calzado Murano para conocer el proceso productivo de la referencia, con sus características correspondientes. Seguidamente, se utilizó el formato de observación estructurada, donde se registraron tiempos de los procesos involucrados, para lo cual se tomó una muestra por conveniencia, teniendo en cuenta la posibilidad de acceso, es decir, el tiempo disponible de la empresa para el desarrollo de la investigación. Con el fin de conocer el tiempo de cada uno de los procesos, se efectuó un análisis estadístico para estimar la media y la desviación estándar de cada tiempo, con un nivel de confianza del 95%. Con base la información obtenida sobre las características del sistema de producción, se realizó el debido contraste entre la teoría de la programación de la producción y el sistema de producción de la empresa con el propósito de identificar el modelo de programación de producción. Ambiente de manufactura: En un sistema de fabricación dedicado a la obtención de calzado, se pueden presentar procesos donde se involucren una o más máquinas que desarrollen la misma actividad u operación; por lo tanto es importante el conocimiento de estos ambientes de fabricación. Restricciones de producción: Durante el proceso de fabricación de calzado, se pueden presentar algunas restricciones, dependiendo de la asignación de trabajos, el cumplimiento estricto de la secuencia de fabricación, entre otros. Criterios de optimización: Refiere a las medidas de desempeño que se tienen en cuenta para la fabricación de calzado. 7 Kashan, A.H. and Karimi, B., A discrete particle swarm optimization algorithm for scheduling parallel machines, Computers & Industrial Engineering (2008), doi: /j.cie González, Orlando. Programación de proyectos de la empresa Geofundaciones S.A., mediante la asignación de máquinas uniformes en paralelo para la reducción de la tardanza ponderada total. En: Revista Puente, 2009.Vol.3, No. 2.p

5 Se consideró el uso de la nomenclatura básica de la programación de producción para definir la técnica de solución. Los pasos para desarrollar el modelo analítico de la programación de producción de la referencia Mafalda 715 son: 1. Identificación de los parámetros requeridos para el modelo: El algoritmo de programación de producción, debía identificar la información que el usuario ingresara en la hoja de Excel, como datos referentes a los tiempos de procesamiento de los lotes en cada proceso, la asignación de operarios a los procesos de producción y el número de operarios que se requieren en un determinado proceso. 2. Inicio de la asignación de lotes de calzado al proceso de producción: Para ello fue necesario tener en cuenta las características identificadas del sistema de producción, además de considerar los siguientes casos: Caso 1: Asignación de lote considerando que los operarios encargados del proceso de fabricación están disponibles para el procesamiento de la materia prima. Caso 2: Asignación de lote considerando la ocupación de las máquinas, sin existir precedencias. Caso 3: Asignación de lotes considerando la restricción de precedencia y la elegibilidad de los operarios. Finalmente, se realizó un análisis detallado de la producción de ocho lotes, enunciando conclusiones y sugiriendo algunos cambios necesarios para la optimización del proceso. Mediante la observación del proceso productivo de la referencia 715 Mafalda, se definió la precedencia de operaciones en la línea de producción. Ver Figura 1. Figura 1. Proceso productivo de la referencia 715 Mafalda A partir de ello, se estableció la relación entre las condiciones reales de la empresa Calzado MURANO y los postulados teóricos de la Programación de Producción, como se visualiza en la Tabla 1. Tabla 1. Relación entre las condiciones reales de la empresa Calzado Murano y los postulados teóricos de la Programación de Producción Condiciones Reales Programación de Producción Definición Seis procesos de fabricación con diferentes operarios Cada proceso de fabricación tiene un número determinado de operarios La referencia 715 Mafalda tiene definida una secuencia fija de operaciones de manufactura La empresa desea controlar el tiempo de terminación de una cantidad fija de lotes Ambiente de manufactura Restricción referente a la asignación de un lote a un operario Restricción de referente a la precedencia en los procesos de fabricación Criterio de optimización referente al tiempo de terminación de todos los lotes Flexible Flowshop Elegibilidad de Máquinas Precedencias Makespan Con base en lo anterior, se definió el siguiente modelo de programación de producción: donde,

6 Ambiente de Manufactura referente a un sistema flexible de manufactura tipo línea de ensamblaje Número de operarios en el proceso de fabricación j Existen precedencias fijas en la fabricación de calzado Explicación general del modelo Considerar el siguiente ejemplo, se dispone de procesos en un sistema de manufactura, en cada uno de los cuales existe una cantidad determinada de puestos de trabajo, para la fabricación de 3 productos, los cuales cuentan con un tiempo de procesamiento en cada uno de los procesos. Inicialmente, considerar que el objetivo de la programación de producción es la minimización del tiempo de fabricación de todos los trabajos que deben ser procesados,. En el caso de sistemas flexibles de manufactura, se considera que se debe hacer la programación mediante el menor tiempo de procesamiento en cada proceso de fabricación. Suponer que se inicia la producción diaria de los tres productos, para esto se considera los tiempos de procesamiento del primer proceso de manufactura, tal como se presenta en (1). Según esto los productos con el menor tiempo de procesamiento en el primer proceso de fabricación son el producto 1 y el producto 3. Ante la presencia de empate en el tiempo de procesamiento, se puede seleccionar cualquiera de los dos productos. Se hará la selección del producto 1. Con base en lo anterior, se realiza la asignación de dicho producto en el conjunto de máquinas que hacen parte del primer proceso de fabricación, (2). Una vez realizada la programación del producto 1 en el primer proceso de manufactura, se procede con la asignación de este producto en el segundo proceso de manufactura, y así sucesivamente hasta completar la línea de producción, para esto se debe considerar el tiempo que se requirió para realizar la actividad que antecede a cada proceso. La asignación se presenta en la Figura 2. Figura 2. Asignación del producto 1 en el sistema de producción Según la Figura 2., el tiempo de terminación del producto 1 es de cuatro minutos. Ahora, se aplica el mismo concepto a los otros dos productos, se obtendrá la programación completa de de los tres productos en el sistema de producción; esto se presenta en la Figura 3.

7 Figura 3. Programación de la producción de los tres productos Mediante el uso del lenguaje de programación Visual Basic para Excel, y teniendo en cuenta la aplicación de los conceptos de la programación de producción, se inició el desarrollo del algoritmo, y se obtuvo una solución del mismo, utilizando el registro de los tiempos de cada uno de los procesos y el resultado obtenido del análisis estadístico. Ver Tabla 2. Tabla 2. Tiempos del proceso productivo de la referencia 715 Mafalda Finalmente, en las Figuras 4 y 5, se muestra parte esencial del resultado representado por un diagrama de Gantt. En la primera se evidencian tiempos de holgura o espera en el cual la maquinaria aún estando a disposición de la empresa, no realiza tareas, lo cual refleja que se está incurriendo en un costo que no está siendo aprovechado para la obtención del producto; en la segunda se observan cuellos de botella que ralentizan el proceso de producción global, además de generar costos de almacenamiento de producto en proceso.

8 Lo anterior, son puntos de partida primordiales para la iniciación de la innovación de proceso. Figura 4. Tiempos ociosos en el proceso productivo de la referencia 715 Mafalda Figura 5. Cuellos de botella en el proceso productivo de la referencia 715 Mafalda 4. Conclusiones El proceso productivo de la referencia 715 Mafalda de la empresa Calzado Murano, se ajusta a un sistema flexible bajo el contexto de línea de ensamblaje; mediante el control del tiempo de terminación de todos los lotes, teniendo en cuenta la elegibilidad de operarios y las precedencias durante el proceso productivo de la referencia 715 Mafalda. Las variables influyentes en el tiempo total de fabricación de la referencia 715 Mafalda, son: el tiempo de cada proceso, los cuales se encuentran estandarizados teniendo en cuenta que su dispersión es poco significativa y se ajustan a una distribución normal, los operarios especializados para un determinado proceso de fabricación y la disponibilidad de maquinaria. La fabricación de la referencia 715 Mafalda, presenta cuellos de botella en el proceso de costura y tiempos ociosos en el proceso de emplantillado, afectando de forma directa los costos de producción y el tiempo total de fabricación. Según el modelo analítico desarrollado con el estado actual de la empresa para la elaboración de 8 lotes (12pares/lote) de la referencia 715 Mafalda se requiere un tiempo de minutos, teniendo en cuenta que se presentaban cuellos de botella y tiempos de espera se realizaron pruebas de simulación con el modelo, se obtuvo como resultado que al eliminar una persona en el proceso de emplantillado el tiempo de terminación disminuye 39.79minutos, el costo por mano de obra se reduce y aumenta la productividad de la empresa. Por otro lado al contratar una persona adicional para el proceso de costura el tiempo de procesamiento disminuiría 6.62minutos, lo cual es escasamente significativo ya que requeriría incurrir en el pago de un nuevo salario. El modelo analítico propuesto a la empresa Calzado Murano, permite visualizar los tiempos empleados en la producción de la referencia 715 Mafalda, contribuyendo a la optimización de los costos, aumentando de esta forma el estatus innovador de la empresa, estableciendo una innovación de proceso.

9 Agradecimientos A la organización objeto de estudio que nos abrió sus puertas y nos facilitó información base para la creación de una propuesta que puede posicionarla como empresa innovadora. Al Semillero de Investigación en Producción (SIENPRO) por permitir desarrollar y afianzar nuestros conocimientos en el área. Al Licenciado Edwin Dugarte Peña, asesor metodológico del proyecto, que con su disposición y conocimiento nos permitió exigirnos en la elaboración de una investigación de calidad. Al M.Sc. Orlando Federico González Casallas, asesor científico del proyecto, que nos guió en la elaboración de la investigación y diseño del programa computacional, y con su exigencia logró inculcar en nosotros responsabilidad y compromiso con la misma. Sobre los autores César Lorenzo Uribe Uribe, Ingeniería Industrial, Practicante en la empresa Sociedad Portuaria Regional de Cartagena S.A en el área de operaciones. Áreas de investigación de interés: Producción, operaciones, automatización y logística. Mayra Fernanda Duque Hoyos; Ingeniería Industrial, estudiante candidata a práctica empresarial. Áreas de investigación de interés: Mercadeo y negocios internacionales María Fernanda Aguirre Cajías, Ingeniería Industrial, décimo semestre. Áreas de investigación de interés: Negocios Internacionales, salud ocupacional, logística y finanzas. Sylvia Juliana Meléndez Torres: Ingeniería Industrial, estudiante en práctica empresarial. Logros: estudiante distinguida primer semestre. Áreas de investigación de interés: Línea de sistemas integrados de gestión, producción y logística. Johnny David Contreras Santiago. Ingeniería Industrial, estudiante candidato a práctica empresarial. Áreas de investigación de interés: Logística y producción. María Conchita Villarreal Guarín. Ingeniería Industrial, décimo semestre. Logros: primer puesto Núcleo integrador sexto semestre. Áreas de investigación de interés: Logística, Finanzas y Negocios internacionales.