FLEXIPLAN: UN SISTEMA DE PLANIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN
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- Marcos Calderón Aguilera
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1 27 Congreso Nacional de Estadística e Investigación Operativa Lleida, 8-11 de abril de 2003 FLEXIPLAN: UN SISTEMA DE PLANIFICACIÓN DE LA PRODUCCIÓN Vicente Valls 1, Jose Manuel Belenguer 1, Pilar Lino 2, Angeles Pérez 2, Sacramento Quintanilla 2 1 Departamento de Estadística e Investigación Operativa Universidad de Valencia, Burjassot, Valencia, España Vicente.Valls@uv.es ; Jose.Belenguer@uv.es 2 Departamento de Matemática Económico-Empresarial Universidad de Valencia, Valencia, España Pilar.Lino@uv.es; Angeles.Perez@uv.es; Maria.Quintanilla@uv.es RESUMEN En este trabajo se presentan el análisis del sistema productivo y el software de planificación desarrollado para una empresa valenciana. La cartera de pedidos y el estado de los inventarios alimentan el sistema que planifica las secciones de atrás hacia adelante, asignando semanalmente los trabajos a realizar en cada una de ellas. La planificación es especialmente detallada en el cuello de botella detectado, un conjunto de 4 máquinas del taller de máquinas. El software desarrollado es de tipo amigable y corre en un PC. Palabras y frases clave: Planificación de la producción, asignación de recursos, interfaz gráfico. Clasificación AMS: 90B35, 90B30 1. Introducción En este artículo se presenta un software desarrollado para la planificación y control de las actividades productivas de una mediana empresa dedicada a la fabricación de muebles de la Comunidad Valenciana. Se trata de un proyecto que tiene su origen en la percepción por parte de la empresa de la necesidad de mejorar su sistema de organización de la producción y que se materializó con la firma de un contrato entre la Universitat de València y la empresa en cuestión. 1
2 Es un proyecto cuyo desarrollo ha requerido la conjunción de distintas habilidades y conocimientos: capacidad de análisis, capacidad de diseño de un sistema global acorde con las necesidades de la empresa; conocimiento de las herramientas informáticas y capacidad de utilizar creativamente las técnicas ya probadas de la Investigación Operativa para resolver nuevos problemas de secuenciación de máquinas. En el desarrollo del proyecto hemos seguido, de forma natural, las etapas clásicas de un proyecto de Investigación Operativa: análisis del sistema, construcción de un modelo, obtención de los datos, resolución del modelo, validación del modelo y verificación de la solución obtenida. Las actividades productivas de la empresa mencionada se desarrollan en seis secciones con una fuerza laboral poco especializada en general, por lo que existe una gran flexibilidad para cambiar temporalmente a los trabajadores de sección según las necesidades. Todas las secciones trabajan sobre pedido salvo la de Mecanizado (o Taller) que lo hace según una combinación de sobre pedido y para stock (interno). La razón de esta diferencia estriba en la existencia de un grupo funcional de cuatro máquinas de control numérico con tiempos de preparación de máquina elevados, lo que hace anti-económico el realizar series de producción cortas, fuerza el agrupamiento de lotes con fechas de entrega diferentes y obliga a avanzar la producción de piezas que históricamente tienen gran demanda. El sistema diseñado, FLEXIPLAN, planifica semanalmente las actividades de producción; mantiene una base de datos con la estructura, y rutas, de los productos así como del taller de máquinas; recibe semanalmente como input la cartera de pedidos y del estado de los inventarios de productos finales y piezas intermedias; fuerza la coordinación entre las secciones fijando plazos de entrega entre secciones; proporciona información relevante a los jefes de sección para que tomen decisiones informadas en el ámbito de su autonomía; proporciona al jefe de producción una visión general a medio plazo; y planifica con detalle las operaciones del cuello de botella. La planificación de las máquinas es un problema complejo de asignación/secuenciación de trabajos a máquinas, con fechas de entrega y formación de lotes de producción, cuyos objetivos son satisfacer las fechas de entrega y minimizar el tiempo de preparación de máquinas. Para resolverlo hemos desarrollado un algoritmo heurístico que dirige diversos procedimientos de búsqueda local. 2. Descripción de la empresa: estructura y método de planificación 2.1 Descripción de la empresa El proceso de fabricación de la empresa se desarrolla principalmente en seis secciones: Taller, Confección, Remachado, Soldadura, Mesas y Almacén. En la Figura 1 puede verse, de forma simplificada, como fluye la producción entre ellas. Tres secciones constituyen lo que hemos llamado la Cabeza de la Producción pues sus semielaborados 2
3 sirven como inputs al resto de secciones, agrupadas bajo el nombre de Cola de la Producción y encargadas de dar forma el producto final. Secciones Cabeza Secciones Cola Taller Remachado Soldadura Almacén Confección Mesas Figura 1: Secciones Cada producto final o acabado tiene asociada una estructura de producto. Es decir, los semielaborados a producir en cada una de las secciones para obtener dicho producto final con indicaciones sobre la materia prima y otros semielaborados necesarios para la producción de cada uno de ellos. Los semielaborados representarán la unidad de trabajo en cada sección y frecuentemente pertenecen a la estructura de diversos productos finales. Los semielaborados de la sección Taller tienen asociados algunas características especiales como un tamaño de lote económico o dos rutas de fabricación por las máquinas (una preferente y otra alternativa). Cada una de las operaciones que forman la ruta de fabricación de un semielaborado pertenece a un grupo dentro de la máquina correspondiente. Los grupos dentro de una máquina se han definido para el cálculo -de forma sencilla- de los tiempos de preparación entre operaciones sucesivas en una máquina. 2.2 Proceso de planificación La metodología a seguir en el proceso de planificación se estableció a partir de diversas reuniones con los responsables de la empresa mencionada. Así, la planificación se realiza a primera hora del primer día laboral de cada semana, una vez que se ha actualizado el fichero de existencias y que se ha confeccionado la lista de los pedidos pendientes de servir. Se hace así para disponer de los datos lo más actualizados que sea posible. La cartera de pedidos y el estado de los inventarios alimentan el sistema que planifica las secciones de atrás hacia adelante, asignando semanalmente los trabajos a realizar en cada una de ellas. La fecha de expedición de un pedido determina la semana dónde se entrega al cliente. En esa misma semana las secciones de cola ejecutan la parte de la estructura de los productos del pedido que les corresponde; las secciones de la cabeza habrán realizado su parte la semana anterior. 3
4 Cada pedido se descompone en lotes de referencias de productos acabados que heredan las características del pedido. Cada referencia de producto acabado se descompone a su vez (siguiendo la estructura del producto) en diversos semielaborados asociados a las distintas secciones de la empresa. Los lotes de semielaborados se convierten en netos restándoles los stocks correspondientes. Este proceso de paso a neto se hace por orden decreciente de fecha de expedición. Así, se determinan el plan de trabajo (cantidad global a producir de cada semielaborado), las necesidades de materiales y las cargas de trabajo de cada sección en dos semanas: la semana actual (semana 1) -como definitiva- y la semana siguiente (semana 2) -a título informativo puesto que será revisada en la siguiente planificación-. Cuando la carga lo permita, se sugerirá, en algunas secciones, adelanto de trabajo. El trabajo se adelantará de acuerdo a las fechas de expedición. Primero se adelantarán los trabajos de la semana siguiente a la planificada, luego los de la siguiente semana y así sucesivamente. Dentro de cada semana se adelantarán primero referencias ya existentes en la semana planificada. Planificación del cuello de botella de la sección Taller El objetivo es secuenciar, por semanas, los lotes asignados a las máquinas cuello de botella con el objetivo de minimizar el tiempo de preparación de máquina, indicando para cada máquina el orden en que hay que procesar los lotes y sus tamaños (considerando el tamaño del lote económico). El cuello de botella en la sección Taller está compuesto por 4 máquinas, por las que no pasan las rutas principales de todos los semielaborados de la sección pero sí una mayoría. La planificación, por tanto, sólo considerará estos últimos; los trabajos de problema de secuenciación representarán a estos semielaborados. Como ya hemos comentado, cada semielaborado tiene asociada una ruta de máquinas principal y otra alternativa. Estas rutas están formadas por una sucesión de operaciones en las máquinas del taller. En la ruta principal, sólo una de las operaciones se realiza en una máquina cuello de botella y en la ruta alternativa, una o ninguna operación se realiza en el cuello de botella. Por tanto, los trabajos a secuenciar tendrán asignados una única máquina de las 4 del cuello de botella y alguno de ellos tendrá una máquina alternativa donde podría hacerse sólo si las cargas de las máquinas hacen que este cambio sea necesario. El método de resolución propuesto es una búsqueda heurística que combina diversas búsquedas locales. El proceso sigue de forma simplificada- las siguientes directrices. En cada máquina se intenta encontrar la mejor ordenación de sus trabajos respecto a los tiempos de preparación mediante una búsqueda local por semanas basada en movimientos de inserción. Los lotes son seleccionados de forma aleatoria e insertados en aquella posición que proporciona la mejor función objetivo. La mejor ordenación en cada máquina se completa con una replanificación conjunta de las máquinas del taller en la que se intentan eliminar, si los hubiese, problemas de sobrecarga de máquinas. Se realizan búsquedas locales para determinar que trabajos deben cambiar de ruta alternativa y por tanto de máquina. Las búsquedas locales en las máquinas concretas y las replanificaciones conjuntas se alternan sucesivamente y se combinan a su vez con mecanismos que permiten 4
5 recuperar la ruta original a un trabajo que la ha perdido cuando la carga de la máquina involucrada lo permita. 3. FLEXIPLAN El software de planificación desarrollado FLEXIPLAN- es de tipo amigable, corre en un PC y ha sido desarrollado en Visual C++. Veamos brevemente alguna de sus características Lectura de datos FLEXIPLAN comienza leyendo los datos sobre las secciones, las máquinas, los pedidos, el stock y el calendario laboral. La lectura se realiza automáticamente a partir de ficheros proporcionados por la empresa, pero puede modificarse directamente en pantalla. Durante la lectura de datos se realiza un chequeo de ellos y si alguno no es coherente se muestran en pantalla mensajes de error y se graban las incidencias en ficheros. La Figura 2 muestra una de las ventanas de lectura de datos y su menú de modificación. Figura 2: Ventana de lectura de datos 3.2. Planes de Trabajo Las distintas previsiones y planificaciones que realiza FLEXIPLAN pueden verse en el menú <VER> (Figura 3). Encontramos por secciones y semana: informes sobre los planes de trabajo de semielaborados (Figura 4), informes sobre la materia prima necesaria para el plan de trabajo y previsiones globales de materia prima y semielaborados a seis semanas vista según pedidos. También se proporciona un resumen de las cargas de los talleres por semana. 5
6 Figura 3: Informes Figura 4: Ventana Plan de Trabajo Sección Para las máquinas cuello de botella del Taller se presentan informes sobre su planificación detallada (Figura 5). 6
7 Figura 5: Ventana Planificación Máquinas Taller Todos los informes se muestran en pantalla y se graban en ficheros de texto. FLEXIPLAN además permite realizar un seguimiento del plan de trabajo mediante el menú <Marcas> en el que se marcan los semielaborados ya ejecutados. 4. Conclusiones En este trabajo se ha presentado un sistema informático del tipo amigable y que corre sobre un PC diseñado para el control de la producción de una mediana empresa. Cabe destacar el módulo diseñado para la planificación del cuello de botella detectado en el taller de mecanizado y basado en un algoritmo heurístico de búsqueda local. El software ha sido probado con datos reales proporcionados por la empresa destacando la rapidez a la hora de calcular tanto los planes de trabajo por secciones como la planificación detallada de la sección de mecanizado; y esto, a pesar del alto número de referencias con las que la empresa trabaja. Referencias Blazewicz, J., Ecker, K.H., Schmidt, G., Weglarz, J., (1994): Scheduling in Computer and manufacturing Systems. Springer-Verlag. Brucker, P. (1995): Scheduling Algorithms. Springer-Verlag. Glover,F. (1989): Tabu search Part I. ORSA journal on Computing 1, Glover,F. (1990): Tabu search Part II. ORSA journal on Computing 2, Glover, F. (1992): Simple Tabu Thresholding in Optimization. Reserach Report, School of Business, University of Colorado, Boulder. Glover, F. and M. Laguna (1997): Tabu Search. Kluwer Academic Publishers, Boston. Morton, T.E. and Pentico, D.W (1993): Heuristic Scheduling Systems, Wiley Series in Engineering & Technology Management. 7
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