SIMULACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES: BENEFICIOS PARA LA EMPRESA

SIMULACIÓN DE PROCESOS INDUSTRIALES: BENEFICIOS PARA LA EMPRESA Martínez, Raúl (p1) ; Bernabé, Mónica (2) ; Hormaechea, Andima () ; Mínguez, Rikardo (4) ; Ispizua, Rafael () 1 Aula Ormazabal Al. Urquijo s/n 401 Bilbao u102926@bi.ehu.es 2 Dpto. Organización empresas Al. Urquijo s/n 401 Bilbao oepbefem@bi.ehu.es Dpto. Ing. Fabric. Ormazabal BºBasauntz nº2 4140 Igorre (Bizkaia)aha@ormazabal.com 4 Dpto. Expresión Gráfica y Proyectos Al. Urquijo s/n 401 Bilbao ria@ikertia.net Dpto. Expresión Gráfica y Proyectos Al. Urquijo s/n 401 Bilbao eppmigar@bi.ehu.es Resumen En la actualidad la planificación e implantación de la producción está adquiriendo una gran importancia estratégica dentro de la empresa. Se hace necesario, por tanto, introducir nuevas herramientas que ayuden en la mejora de métodos y procesos. Bajo este contexto, el aula Ormazabal, centro de investigación de la empresa en la Escuela Superior de Ingeniería de Bilbao, considera adecuado elaborar un proyecto sobre los beneficios aportados por los programas de simulación de procesos. Para realizar la simulación se elige la potente herramienta Quest de Delmia. 1. INTRODUCCIÓN Si bien la función de producción recibió una atención privilegiada en los inicios de la industrialización, más adelante dejó de ser crítica y la alta dirección de la empresa la relegó a un segundo plano. Esta situación es particularmente grave en una época como la actual, plagada de cambios tecnológicos y económicos, e inmersa en una progresiva globalización. La evolución tecnológica modifica, cada vez con más intensidad, los gustos y necesidades de los consumidores, pero también la forma en que serán satisfechos, lo que devuelve importancia a la función de producción en los aspectos de flexibilidad y polivalencia. Así mismo, la continua apertura del mercado y deslocalización de las empresas obliga a estas a aumentar su productividad para poder seguir siendo competitivas frente a países con mano de obra más barata. La función de producción debe convertirse en una variable competitiva fundamental para la empresa, es decir, ha de recibir una atención, si no prioritaria, similar a la del resto de áreas funcionales, lo que redundará en una mejora de la competitividad general de la empresa 2. DESARROLLO DEL PROYECTO 2.1. Selección de la Herramienta 24

Dentro de la simulación de procesos de elementos discretos existen multitud de programas en el mercado. Es de importancia crítica la elección del software que se ajuste estrictamente a las necesidades del proyecto con la calidad suficiente y al menor coste. Se ha realizado una exhaustiva comparativa de los simuladores más potentes encontrados en el mercado: QUEST, Flexsim, Arena, Witness, EM-Plant, Showflow, Enterprise Dynamics, Simul, Promodel, E-Factory En este proyecto se ha optado por el simulador QUEST de Delmia. Los parámetros que han determinado esta elección, descartando el resto de programas, son los siguientes: estructura abierta a programación, interfaz intuitivo y sencillo de aprender, inserción directa de elementos D, rápida y eficiente importación y exportación de datos, compatibilidad con otros paquetes informáticos (ergonomía, planificación, robótica, ), soporte técnico eficaz y garantía de producto Delmia. Witness Flexsim Simul Extend ProModel EM-plant Showflow Quest Arena Enterprise Dynamics Amigabilidad 6 Escasa 1 6 Escasa 1 4 Muy alta 4 Capacidad técnica 10 Normal Normal Baja 2 Muy 9 Muy alta 9 Visualización Mala 2 Muy buena 7 Buena Buena Buena Buena 6 Resultados, Estadísticas 10 Buenos 6 Muy buenos 9 Muy buenos Muy buenos Buenos 7 Buenos 7 Servicio Nota Consulta Posición 6 40 Malo 2 19 7 2 Malo 2 1 Malo 2 1 14 10 6 2 Bueno 4 2 6 6 1 Bueno 4 2 29 4 Gráfico 1: Comparativa entre los software más destacados 2.2. Selección del Proceso Real a simular Antes de comenzar una simulación hay que estudiar el proceso productivo de la empresa y detectar dónde están los problemas. La simulación facilitará el análisis de las causas y la propuesta de soluciones que de otra forma sería muy costoso debido al gran número de variables que entran en juego. Se debe tener en cuenta que un simulador no resuelve problemas, simplemente muestra los resultados del proceso ante unas condiciones impuestas por el usuario. A la hora de seleccionar la zona a simular se recomienda que: - Se tengan datos históricos del proceso real para poder validar el modelo. 2

- Sea una zona crítica dentro de la planta. Este proyecto ha sido propuesto por la planta industrial de Ormazabal en Igorre (Bizkaia). En esta planta se fabrican las celdas de los centros de transformación de media a baja tensión. La colocación de estas celdas en el mercado eléctrico mundial exige el cumplimiento de un gran número de estrictas normas tanto nacionales como internacionales. Estas normas no sólo hacen referencia a los intervalos de tolerancia aceptables para los valores de las características técnicas sino también a los procesos de ensayos que verifican el nivel de calidad correspondiente. El número de rechazos después de estos ensayos origina una reducción obvia de la productividad de la planta, pero también los tiempos de recorridos innecesarios, las saturaciones bajas de los operarios y en general todas aquellas actividades no necesarias para el cumplimiento de las normativas específicas del ensayo. En este contexto hemos seleccionado la zona de ensayos por ser un proceso crítico con un gran potencial de mejora. Por otro lado, existe una diversidad creciente en la demanda de celdas, lo cual supone que haya muchas gamas de producto con diferentes tiempos de operación, ensayos, etc. Esta situación abre otro camino de trabajo; será necesario analizar el efecto de los nuevos productos sobre la línea actual, evaluar en términos de rentabilidad la opción de sacar productos a una nueva línea, etc. 2.. Definición del proyecto A la hora de comenzar con un proyecto de estas características habrá que definir claramente los siguientes aspectos: 2..1. Objeto de la simulación Se establecerá el por qué y para qué de la simulación. Será muy importante tener claro desde el principio el enfoque que se le va a dar. En este proyecto se ha optado por: I. La obtención de una gran cantidad de información (utilización, saturación, productividad, lead time, ) II. Una adecuada visualización D que facilite: a) el aprendizaje del personal nuevo b) la comunicación entre departamentos c) la explicación de propuestas de mejora a gerencia d) la exposición a clientes y proveedores III. El estudio de mejora de la zona de ensayos 2..2. Alcance de la simulación 26

Se definirá hasta dónde debe llegar el grado de exactitud del modelo. De esta forma se evitará un esfuerzo inútil en aspectos que no nos aporten valor. En este proyecto se ha considerado despreciable el movimiento de operarios, robots, dentro de sus puestos de trabajo, es decir, no se llevará a cabo un estudio ergonómico. Sin embargo sí se tendrá en cuenta el desplazamiento de los operarios a los distintos puestos de trabajo y máquinas; habrá que reducir al máximo el movimiento innecesario de estos por ser una importante fuente de desperdicio. 2... Planning Se planificará los diferentes plazos de: a) Formación en el software: por lo menos antes de empezar a realizar el modelo habrá que contar con unos conocimientos básicos. Finalizada la formación básica, es aconsejable continuar con una más avanzada simultáneamente a la elaboración del proyecto. b) Recopilación de datos históricos: de cuantos más datos se disponga y estos más se ajusten a la realidad más fiables serán los resultados proporcionados por la simulación. c) Modelado del proceso real: esta etapa es la más costosa e importante. De un correcto modelado dependerá que la relación entre ajuste a la realidad y tiempo dedicado sea máxima. d) Validación del modelo: con los datos históricos del proceso real habrá que comprobar que los resultados son correctos. En caso contrario se modificará el modelo hasta validarlo. e) Análisis y Propuestas de mejora: Los resultados obtenidos facilitarán el análisis del proceso y permitirán detectar opciones de mejora. f) Simulación de las propuestas: la simulación posibilitará ver de forma inmediata la repercusión de los cambios propuestos. g) Redacción de informes 2.4. Construcción del Modelo 2.4.1. Partes, elementos y procesos Partes: unidades que se moverán a lo largo del proceso. En este caso serán las celdas que se fabrican. 27

Elementos: por los cuales pasarán las partes. Por ejemplo: máquinas, puestos de trabajo, operarios, rodillos, buffers, etc. Procesos: actividad desarrollada por un elemento (p.e. en una máquina o puesto de trabajo). En este apartado se definen tiempos, prioridades y requerimientos de operario para cada elemento que realice un proceso. Figura 1: Imagen D del modelo de la zona de ensayos 2.4.2. Lógicas Es necesario definir el flujo de las partes a través del proceso, así como programar el camino lógico que seguirán las partes en función de distintos condicionantes (tipo de celda, ruta menos saturada, ) 2.. Validación del Modelo Una vez construido el modelo se comprueba que el comportamiento de éste se ajusta a la realidad. Para ello, introducimos el programa maestro de un día de producción y comparamos ciertos ratios, así como el número de celdas acabadas, de la realidad y del modelo. Cuantos más chequeos se realicen con diferentes parámetros mayor seguridad habrá en la validez del modelo. Los resultados obtenidos demuestran la sobresaliente fiabilidad de nuestra simulación, en cuanto a que los 4 planes de producción dan un resultado acorde a la realidad en todos los aspectos seleccionados. PRODUCCIÓN SECUENCIAS Nº CELDA COEF.POS/CELDA NºPOS (CEL/OPER,DIA) (POS/OPER,DIA) TRITON 147 1,6 21 49,0 77,0 NICO 14 1, 26 1, 7,7 MODULARES 140 1,7 26 46,7 7,7 NICO+CPG 10 1, 221 0,0 7,7 Tabla1: Producción y productividad en función del plan maestro utilizado 2

2.6. Análisis y Propuestas de mejora Con el modelo validado se empiezan a analizar los datos estadísticos obtenidos. La cantidad y calidad de los resultados facilita un estudio en profundidad del proceso productivo. El hecho de contar con datos nuevos (que la empresa no tenía cuantificados) ayuda a ingeniar propuestas de cambio que sin esta herramienta serían inimaginables. Con estas nuevas propuestas y otras que están en proyecto, estamos en disposición de realizar nuevas simulaciones y ver su efecto. En nuestro proyecto se plantean estas 2 situaciones: 1-Evaluar el efecto de una situación de cumplimiento de requisitos que haría incrementar los tiempos en la línea PREIN (situación futura inapelable). 2-Evaluar un cambio en el layout original junto a una disminución de operarios. 2.7. Resultados 2.7.1. Situación futura de cumplimiento de requisitos. Se aprecia claramente el descenso de la producción y productividad por operario y día debido al incremento de operaciones y tiempos necesarios para el cumplimiento de los nuevos requisitos. Este nuevo escenario también supone una redistribución de la ocupación de los operarios y máquinas. PRODUCCIÓN SECUENCIAS Nº CELDA COEF.POS/CELDA NºPOS (CEL/OPER,DIA) (POS/OPER,DIA) TRITON 12 1,4 17 41,7 7,7 NICO 14 1, 17 44,7 9, MODULARES 16 1, 206 4, 6,7 NICO+CPG 141 1, 19 47,0 6,0 Tabla 2: Producción y Productividad ante la situación futura 1 VACIO %OCUPACIÓN OPERARIOS MAPRO INDUS %UTILIZACIÓN MÁQUINAS TEN MAQ.VACIO FREC.IND. MAPRO FREC. MAPRO 6 90 47 2 40 7 91 42 91 4 4 4 7 9 1 92 70 61 6 6 7 4 90 70 62 6 7 92 Tabla : Saturación de operarios y máquinas ante la situación futura 1 2.4.2. Cambio en el layout original y reasignación de operarios Con el objetivo de un aprovechamiento más eficiente del espacio, se ha rediseñado una nueva distribución de planta. Esta modificación permite, por otro lado, reducir el 29

número de operarios de tres a dos manteniendo un nivel de producción aceptable y aumentando por consiguiente la productividad de los mismos. Figura 2: Imagen D de la nueva distribución SECUENCIAS Nº CELDAS PRODUCCIÓN COEF.POS/CELDA NºPOSICIONES (CEL/OPER,DIA) (POS/OPER,DIA) TRITON 14 1,4 204 49, 6,0 NICO 14 1,4 19 47,7 6,0 MODULARES 12 1, 202 44,0 67, NICO+CPG 11 1, 172 4,7 7, Tabla 4: Producción y Productividad ante el cambio de layout %OCUPACIÓN OPERARIOS %UTILIZACIÓN MÁQUINAS VACIO MAPRO MAQ.VACIO FREC.IND. TEN MAPRO FREC. MAPRO 9 7 64 49 9 92 9 72 9 47 6 94 9 76 9 0 6 9 72 9 6 Tabla : Saturación de operarios y máquinas ante el cambio de layout. CONCLUSIONES Se ha comprobado que la herramienta de simulación QUEST es totalmente funcional. Posee un entorno muy intuitivo, lo cual facilita el aprendizaje y uso. Se ha podido crear en un tiempo reducido un modelo D del proceso real perfectamente ajustado. El programa proporciona datos estadísticos del proceso difícilmente cuantificables de otra manera. Ha servido para prever el comportamiento de la línea ante una situación futura y de esta manera tener un punto de partida para proponer mejoras. 290

Ha permitido examinar los resultados de las propuestas de cambios y valorarlos de una forma cuantitativa. REFERENCIAS Baanks, J., Carson, J. S., Nelson, B. L. and Nicol, D. M., 2000. Discrete Event Systems Simulation, Prentice-Hall International, Inc. DELMIA Corporation. 2002b. QUEST Simulation Control Language Reference Manual Rumbaugh, J., Blaha, M., Premerlani, W., Frederick, E., and William, L., 1991. Object-Oriented Modelling and Design, Prentice-Hall International, Inc. Carretero, L. E., Delgado, L. M., 2000. Estrategia Logística interna en un contexto de producción ajustada. ECONOMÍA INDUSTRIAL N. 2 2000 / II Qiao, G. Malean, C., and Riddick, F. 2002. Simulation System Modeling for Mass Customization Manufacturing. In Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference, 201-206, vol.2. AGRADECIMIENTOS Al conjunto de autores de este trabajo les gustaría agradecer al Grupo Ormazabal la colaboración establecida y a la empresa Cadtech el apoyo técnico brindado, mención especial a: D. Diego Pacheco, Responsable Desarrollo de Negocio D. Jaime Prieto, Consultor Senior Digital Manufacturing D. Javier Zabaleta, Consultor Senior Digital Manufacturing AUTOR Raúl M. Martínez, B.Eng., M.Eng. Escuela Superior de Ingeniería de Bilbao University of the Basque Country/Euskal Herriko Unibertsitatea Alda. Urquijo s/n 401 Bilbao Spain Teléfono: 60 74 946 Email: u102926@bi.ehu.es 291