ESTADO DEL ARTE DE LA INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS CAPP Y PPC.

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1 XI CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS LUGO, Septiembre, 2007 ESTADO DEL ARTE DE LA INTEGRACIÓN DE LOS SISTEMAS CAPP Y PPC. Abstract E. Topete Martín (p),j.deciuranagay At the manufacturing and production environments the way of how the planning and scheduling is chosen have direct influence on the obtained results; in the traditional way this process has been carried out with the formulation of hypothetical and ideal circumstances where the stipulated is not necessary carried out; furthermore production and process planners use to have arbitrary opinions to moderate the circumstances but is common to have fortuitous results that are not aligned with the objectives of the company. So, the main objective of this investigation is to make emphasis on the relations between the planning, scheduling and control of the production through reviewing the state of the art of the integration of the Computer Aided Process Planning (CAPP) and Production Planning and Control (PPC). As a final result it is given an introduction that defines the required parameters to design and model the flow of the information necessary to obtain the planning, scheduling and production control; as well as establish the relations, dependencies, restrictions and similarities between this information. Keywords: CAPP, PPC, Process Planning, Scheduling Resumen En ambientes de manufactura y producción la manera como se elige la planificación y la secuenciación influye directamente sobre los resultados obtenidos; de manera tradicional este proceso se ha venido llevando a cabo mediante la formulación de situaciones hipotéticas e ideales en donde no necesariamente se cumple con lo estipulado; además los planificadores de procesos y de producción pueden tener juicios arbitrarios para moderar estas circunstancias pero suelen tener resultados aleatorios a los objetivos de la empresa. Así pues, el objetivo principal de esta investigación es destacar las relaciones entre la planificación, secuenciación y control de la producción a través del estudio del estado del arte de la integración de los sistemas Planificación del Proceso asistido por Ordenador (CAPP; Computer Aided Process Planning); así como de la Planificación y Control de la Producción (PPC; Production Planning and Control). Como resultado final se da un preámbulo que define los parámetros necesarios para diseñar y modelar el flujo de información necesaria para lograr la planificación, secuenciación y control de la producción; así como establecer las relaciones, dependencias, limitantes y similitudes entre dicha información. Palabras clave: CAPP, PPC, Planificación de Procesos, Secuenciación 753

2 1. Objetivos Se pretende establecer las relaciones, dependencias, limitantes y similitudes entre los conceptos Planificación del Proceso y Planificación de la Producción; así como entre los sistemas CAPP y PPC; para finalmente establecer el estado del arte sobre las distintas propuestas de integración existentes. 2. Metodología El proceso mediante el cual se ha llevado a cabo la presente investigación se fundamenta principalmente en la investigación y síntesis de los principales artículos indexados sobre propuestas de integración entre los sistemas CAPP y PPC con la finalidad de determinar los puntos de unión entre ambos sistemas, las limitantes para su integración, justificar futuras investigaciones al respecto y sobre todo evidenciar la importancia y beneficios que presenta su integración. 3. Introducción Dentro de los diversos ambientes de manufactura; tradicionalmente las hojas de ruta, la secuenciación de las operaciones y la selección de máquinas se ha venido realizando en base a supuestos ideales, sin tomar en cuenta la disponibilidad dinámica de recursos, donde en algunas ocasiones los mejores recursos son simultáneamente seleccionados para realizar varios procesos. Los planes propuestos son lineales y no representan alguna ruta o recurso alternativo. Los factores que influyen en la planificación de producción; por su cantidad, complejidad y dinamismo superan los límites humanos en lo referente a la velocidad de reprocesamiento de la información. Así pues; surgen los sistemas de Planificación del Proceso y la Planificación de la Producción, los cuales son sistemas que tienen una función en común pero son llevados a cabo por separado; en donde la falta de comunicación entre estos conlleva a mayores costes y es un obstáculo para alcanzar sistemas de manufactura integrada efectivos. La planificación del proceso puede ser definida como una función dentro una organización en la que se seleccionan procesos de manufactura y parámetros a ser utilizados para transformar una pieza desde su estado inicial hasta una forma final de acuerdo a unas especificaciones del diseño. Por otra parte, el propósito de la Planificación de la Producción es asignar ciertas tareas a recursos industriales en específico (recursos humanos o máquinas), especificando una secuencia, un tiempo de inicio y un término. (Chryssolouris et al., 1984). Dentro de la planificación del proceso, el número de operaciones a ser realizadas en un proceso tecnológico para la realización de un producto es estrictamente dependiente a la accesibilidad de la tecnología de la maquinaria, la experiencia en el proceso de ingeniería en un área de preparación del proceso tecnológico, etc. De ahí, que la planificación del proceso para un mismo producto en específico pueda ser diferente o tener múltiples variantes originando rutas de procesos alternativas. El conocimiento de dichas rutas de procesos alternativas preparadas en la etapa de planificación, incrementa la flexibilidad de los sistemas de planificación y control de producción y facilita eficiencia de la replanificación de la producción una vez dado un conjunto de criterios de evaluación. 754

3 En resumen, la planificación del proceso trata principalmente los requerimientos tecnológicos de una tarea mientras que la planificación de la producción considera los tiempos empleados para hacerla. (Chryssolouris y Chan, 1985). Desafortunadamente, lo más común es que la Planificación del Proceso y la Planificación de la Producción sean llevadas a cabo por separado, razón por la cual surgen numerosos problemas dentro de los sistemas de manufactura, tales como: Utilización de técnicas con un solo criterio de optimización para determinar la mejor solución. Cambio constante en los diferentes criterios debido a circunstancias inesperadas. Frecuentemente conflictos entre sus objetivos. 3.1 CAPP y PPC Los conceptos Planificación del Proceso y Planificación de la Producción, están directamente relacionados con los sistemas asistidos por ordenador CAPP y PPC, conceptos que les corresponden respectivamente y son definidos a continuación: El CAPP (Computer Aided Process Planning) que traducido al castellano sería Planificación del proceso asistido por ordenador es un sistema para resolver la tarea de la planificación de los procesos mediante herramientas informáticas con las que se pretende detallar las operaciones. Su finalidad es seleccionar y definir el proceso que ha de ser llevado a cabo. El costo y la producción son objetivos secundarios y los recursos disponibles como máquinas, herramientas, etc. Actúan como restricciones. (Garcia, 2001). El PPC (Production Planning and Control) que traducido al castellano sería Planificación y Control de la Producción es el sistema responsable de la planificación y control del proceso de producción, que implica la administración de los recursos, máquinas, tiempos y materiales necesarios para el cumplimiento de las órdenes de producción. (Vollmann, 1995). 4. Resultados: Integración delcappyppc 4.1 Factores Motivantes y Preámbulo. Como ya se mencionó anteriormente los sistemas Computer Aided Process Planning (CAPP) and Production Planning and Control (PPC) también conocidos como Sistemas de Secuenciación, actualmente continúan siendo actividades tratadas por separado, especialmente en las SMEs. (ElMaraghy y ElMaraghy, 1993) Algunas de las inquietudes que justifican su integración son que en su utilización conjunta aporte numerosos beneficios, tales como: El 80% de los costes de manufactura son generados en la etapa de diseño, directamente relacionada con la planificación del proceso. Eliminar la comunicación unilateral y el rol postprocesador del PPC. Unificación de criterios y objetivos. Eliminación de supuestos idóneos y por ende planificación del proceso y planificación de la producción en base a datos en tiempo real. Permitir la generación y evaluación de planes alternos. 755

4 Por lo que en base a estas desventajas y los costes implícitos que surgen por el hecho de que tanto el CAPP como el PPC actúen de manera individual, a pesar de que en realidad ambos sistemas desempeñan funciones que tienen como meta el asignar los diversos recursos de la fábrica a varias tareas de producción; es de imaginarse que recientemente se hayan generado distintas propuestas para integrar ambos sistemas a partir de un objetivo en común: la asignación de recursos. Las principales propuestas de integración serán analizadas posteriormente, pero no sin antes revisar de manera general a las limitantes a las que se enfrentan ambos sistemas para su integración. 4.2 Limitantes para la integración de los sistemas CAPP y PPC. La planificación del proceso ha sido empleada tradicionalmente para determinar la secuencia de las operaciones y la información operacional para las partes a manufacturar. En general, el sistema de planificación del proceso tiende a designar operaciones específicas a ciertas máquinas en un periodo relativamente temprano de las etapas de la planificación y esto reduce significativamente la flexibilidad de la planificación. (Weil et al., 1982). Se puede decir que los sistemas CAPP tradicionalmente son estáticos, lineales (estrictamente secuenciales), y no consideran la disponibilidad limitada de los recursos de la fábrica, en otras palabras, los sistemas CAPP son independientes del tiempo, mientras que la Planificación de la Producción y los sistemas PPC son dependientes de él. También a lo largo del tiempo y desde los primeros intentos de integrar los sistemas CAPP y PPC se ha presentado la dificultad de que ninguno de los dos sistemas son entidades perfectamente definidas e independientes. Por otra parte, a pesar de que los sistemas CAPP/PPC utilizan los mismos recursos para llevar a cabo sus actividades, sus bases de datos de atributos detallados y definiciones son diferentes. Y en todo caso aquellos sistemas de planificación asistidos por ordenador (CAPP/PPC); parcialmente integrados en su mayoría, trabajan en forma de lotes (juegan un rol en postproceso) y por ende no son capaces de asegurar la comunicación bidireccional entre ellos. Todas estas limitantes para la integración de los sistemas previamente mencionadas son clasificadas por la literatura en limitantes funcionales y limitantes conceptuales (ElMaraghy y ElMaraghy, 1993): La limitante funcional es que la base de datos para planificar el proceso es estática y no se actualiza para reflejar el estado real de la planta que conlleva el suceso de incidencias, cuellos de botella y no disponibilidades. La otra limitante que encara la integración del CAPP y el PPC es que los materiales, los atributos, definiciones y formatos entre ambos sistemas son diferentes. Por ejemplo, mientras que el CAPP tiene recursos como máquinas el PPC tiene el estado de dichas máquinas. De esta manera, con el fin de alcanzar una planificación óptima, la Planificación del Proceso y los sistemas CAPP debe tomar en consideración la situación actual del piso de producción así como cualquier restricción en la capacidad. La Planificación de la Producción y los sistemas PPC deben utilizar una estrategia que pueda beneficiarse de la disponibilidad de planes no lineales, en donde se cuente con alternativas que puedan ser logradas a partir de contar con la facilidad de obtener hojas de ruta, plan de producción e inclusive la planificación de procesos alternativos. 756

5 4.3 Vías de Integración En un proyecto de investigación, con la intención de integrar completamente el proceso de producción con la planificación y el control de la producción en tiempo real, y el objetivo de establecer fuertes vínculos entre el CAPP y el PPC, se propusieron tres posibles vías para la integración del CAPP/PPC (ElMaraghy y ElMaraghy, 1990): La primera vía es el Esquema de integración global, el cual consiste en un alto nivel de integración entre los diferentes módulos del CIM. La segunda vía es que el CAPP y el PPC se integren en un solo sistema con una misma base de datos en el que se contempla la planificación del proceso y la planificación de la producción. La tercera vía es la integración modular, en este tipo de integración el CAPP y el PPC no necesitan ser un solo sistema, pero si han de ser capaces de interactuar mediante un modulo denominado Integrador. 4.4ModelosdeIntegración del CAPP y PPC A continuación se presentan los principales modelos de integración sugeridos hasta el momento; además en la Figura 1 se puede apreciar la estructura general de un ambiente integrado de los sistemas CAD/CAPP/PPC. El DTS (Difusion Total System) En 1983 Torri, T., Ohtsuki, N. y Suzuki, M., proponen un sistema integrado mediante técnicas de simulación en el que según los pesos de los factores determinantes se ha de seleccionar el mejor proceso para realizar uno o más trabajos y ha de indicar al operario instantáneamente la planificación del proceso. El método MADEMA (MAnufacturing DEsision MAking) En el año de 1985 Chryssolouris, G. y Chan. S., desarrollan la metodología denominada MADEMA (MAnufacturing Decisión MAking) la cual considera un conjunto de alternativas para la ejecución de una tarea de producción en particular. El sistema consta de un típico proceso generativo que da como resultado diferentes alternativas y un modulo de interfase que interacciona con MADEMA para asignar los recursos. Planificación dinámica y reactiva: RPE (Reactive Planning Environment) y un Método Integrador En el año 1993 ElMaraghy H.A., y ElMaraghy W.H, utilizan un modelo de integración compuesto por dos módulos, el primero denominado RPE (Reactive Planning Environment) el cual mediante la utilización del ambiente reactivo y dinámico para la planificación del proceso genera un plan recomendado, y el segundo el cual es un modulo intermediario denominado Integrador. Integración del CAPP y el PPC mezclando la gestión de la manufactura En el año de 1994 Künle, H., Jürgen, H. B. y Bühring, J., desarrollan un procedimiento para determinar si existen razones suficientes para justificar lo cambios en la planificación del proceso, de esta manera el PPC detecta y reporta los disturbios al CAPP el cual los interpreta/clasifica y si procede propone una alternativa para la replanificación del proceso y replanificación de la producción. Integración mediante características estructurales y tecnológicas En el año 2005 Grabowik, C., Kalinowski, K., y Monica, Z. proponen una metodología de integración para los sistemas CAD/CAPP/PPC. El sistema puede diseñar una completa 757

6 estructura de la planificación del proceso funcionando únicamente en colaboración con el sistema CAD. Por otra parte cuando el sistema CAPP trabaja en un ambiente CAD/CAPP/PPC, el sistema es capaz de generar procesos multivariantes con la disponibilidad de planes de proceso alternativos, lo que hace posible reaccionar a cualquier imprevisto en la Planificación de la Producción. BD 1 BD 2 BD 3 BD 4 Modelo del Producto Proceso Multivariante CAD CAPP PPC CAM Planificación / Replanificación NC Figura 1. Estructura de un ambiente integrado de los sistemas CAD/CAPP/PPC. 4. Conclusiones Es evidente que la integración entre el CAPP y el PPC genera sinergia, ya que el CAPP se enfoca en la planificación del proceso y el PPC en la planificación de la producción en diferentes marcos de tiempo, con distintos atributos, definiciones y formatos y en la medida que estos puedan interactuar entre sí se enriquecerán los criterios para toma de decisiones y de esta manera se puedan establecer planificaciones de proceso y planes de producción óptimos. Debido a que el desarrollo de un plan de producción no es un esfuerzo que se lleva a cabo una sola vez, es importante contar con un sistema integrado que permita adaptarse de manera continúa y objetiva a los cambios inesperados de acuerdo al dinamismo de los ambientes de manufactura. A continuación se destacan las relaciones, dependencias, limitantes y similitudes entre dicha integración son: La asignación de recursos debe ser un elemento integrador para la planificación de los procesos y la planificación de la producción. Dicha asignación de recursos suele ser en un periodo relativamente temprano dentro de las etapas de la planificación de la producción. La planificación del proceso no debe ser tratada independientemente de la planificación de la producción. La planificación del proceso es estática y la planificación de la producción dinámica contemplando varios horizontes de tiempo. 758

7 Las hojas de ruta son un elemento integrador entre ambos sistemas y suele ser una de las pocas comunicaciones, la cual suele ser unilateral entre el sistema CAPP y el PPC. La funcionalidad y la utilización de los datos entre los sistemas de Planificación del Proceso y Planificación de la Producción suele dificultar su compatibilidad. Ambos sistemas no son entidades totalmente definidas. La planificación dinámica y la replanificación, puede ser lograda de manera automatizada mediante la integración de los sistemas CAPP y PPC. Referencias Chryssolouris, G. y Chan, S. (1985), An integrated Approach to Process Planning and Scheduling, CIRP Annals, Volume 34, Issue 1, pp ElMaraghy H. A. y ElMaraghy W. H. (1992), Integrating Assembly Plannning and Scheduling - CAPP - Related Issues, CIRP Annals - Manufacturing Technology, Volume 41, Issue 1, pp ElMaraghy H. A. y ElMaraghy W. H. (1993), Bridging the gap between process planning and production planning and control. Annals of the CIRP, Volume 22, pp Zäpfel, G. y Missbauer, H. (1993), Production planning and control (PPC) systems including load-oriented order release - problems and research perspectivas International Journal of Production Economics 30-31, pp Camps, J. (2001), Integració del CAPP i PPC, Evolució i tendències, Traball de recerca Universidad de Girona Min, L., Li. B., y Shensheng, Z. (2004), Modeling integrated CAPP/PPS systems, Computers and Industrial EngineeringVolume 46, Issue 2, April 2004, pp Mujber, T.S., Szecsi, T. y Hashmi, M.S.J. (2005), A new hybrid dynamic modelling approach for process planning, Journal of Materials Processing Technology, Volume 167, Issue 1, 25, pp Grabowik, C., Kalinowski, K. y Monica, Z. (2005), Integration of the CAD/CAPP/PPC systems, Journal of Materials Processing Technology, Volume , pp Vollmann, T. E., Berry, W. L., Whybar, D. C. y Jacobs, F. R. (2005), Planeación y control de la producción, Administración de la cadena de suministros. pp. 1-11, Correspondencia (Para más información contacte con): Enrique Topete Martín. Universitat de Girona. Departamento: Ingeniería Mecánica y de la Construcción Industrial. Politécnica II Campus Montilivi, Despacho: 102, 17071, Girona, España. Phone: Fax: u @udg.edu 759