Fuente: Balance de Línea Manual de OYM. Ing. Hugo Caselli Gismondi http://es.wikipedia.org/wiki/proceso_productivos_industriales 1
BALANCE DE LINEA Balancear una línea en un proceso productivo, es un problema de balance de operaciones o estaciones de trabajo existentes en una planta, de manera que en función de tiempos iguales alcanzar la deseada tasa de producción. Es decir que teniendo una serie de tareas u operaciones por realizar, cada una de las cuales representa un determinado tiempo, tomar las disposiciones necesarias para distribuir estas tareas de tal forma que los tiempos asignados a cada estación de trabajo (operario, máquina, sección) sean en lo posible iguales y tener de esta manera un tiempo muerto mínimo o nulo (tiempo muerto igual a tiempo ocioso). 2
En la práctica un balance perfecto (tiempo muerto nulo) rara vez se consigue, debido a que las tareas son afectadas por muchos factores. En realidad, balancear una línea productiva es un problema que busca determinar el número de máquinas, de trabajadores, etc., que deben asignarse a cada una de las estaciones de trabajo, tratando en lo posible de que los tiempos en cada estación sean iguales. Generalmente un balance se realiza de acuerdo a las tasas de producción requeridas. 3
Líneas de Producción Es conveniente agrupar estos procesos productivos en dos tipos de líneas: 1) Línea de producción o fabricación 2) Línea de ensamble. En los casos prácticos es a veces difícil distinguir entre las dos categorías, pues generalmente se hallan mezclados o interrelacionados. 1. Línea de Producción o Fabricación.- Este término va a ser usado para calificar al grupo de operaciones que cambian o forman las características físicas o químicas del producto. En este caso la materia prima que se va a 4
procesar se traslada de estación a estación, adicionalmente las máquinas empleadas son pesadas y permanecen fijas en sus áreas asignadas en la distribución de planta. Ejemplo: Fabricación de ropa, zapatos, azúcar, petróleo, fabricación de pan,etc. 2.- Línea de Ensamblaje.- Significa la llegada de componentes individuales de una determinada pieza al lugar de trabajo y la salida de estas partes unidas (pieza armada), en forma de producto terminado o para ser usado en otros ensambles más voluminosos. 5
El problema de balancear una línea de fabricación o maquinado es por lo general más difícil que el referente a balancear una línea de ensamble. No es fácil dividir las operaciones en elementos tan pequeños como para redistribuirlos en igual magnitud de tiempo. Las restricciones de precedencia son por lo general más rigurosas, mientras que en los ensambles pueden ser ajustados fácilmente hasta cierto punto de su secuencia o por lo menos más fácil que el proceso de maquinado. Por ejemplo una máquina determinada, no puede ser utilizada continuamente para una variedad de operaciones sin cambios costosos de herramientas, manipuleo y ajustes. 6
Sin embargo una producción efectiva requiere utilización eficiente de las máquinas. Una máquina parada representa dinero y para utilizar eficientemente los recursos disponibles debemos contrapesar los costos de manipuleo y de tiempo muerto del operario contra los tiempos muertos de la máquina. 7
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Cuello de Botella" Hace referencia a la velocidad con que se está cumpliendo la producción por producto. Está representada por la operación más lenta y es la que origina los tiempos muertos. Luego el problema de balance se proyecta mejorar la estación cuello de botella bajo las siguientes alternativas: 1. Realizar una mejora de método de trabajo en dicha estación hasta lograr el tiempo deseado en el balance (mejora de procedimientos, mejora de equipo, etc.). También puede realizarse simultáneamente una redistribución del trabajo entre las operaciones en toda la línea. 9
2. Trabajar con sobre tiempos o con un segundo turno para ésta máquina, o en todo caso se debe subcontratar la operación mencionada. 3. Efectuar la compra de máquinas similares de acuerdo a necesidades de producción. Esta compra puede ser tanto para la estación cuello de botella, como para todas las otras operaciones menos lentas. En muchas situaciones reales, lo que se usa es una combinación de estas alternativas, al tratar de lograr un balance perfecto. 10
Para fines de cálculo esta operación se representa con la letra "c" (ciclo). BALANCE DE UN PROCESO DE FABRICACIÓN Cuando un producto tiene que pasar por una secuencia de operaciones a través de varias máquinas o estaciones de trabajo cada una de aquellas requiere: Un tiempo total de ocupación o rendimiento (t), igual a la suma de un tiempo total de carga y descarga (a) y un tiempo de máquina. 11
Este tiempo (t+a) es diferente en cada estación de trabajo, debido a que algunas máquinas son más veloces que otras. En una red productiva, si la máquina 3 es más lenta que la máquina 2, entonces es obvio que una serie de partes procesadas se van a acumular delante de la máquina 3 y Formarán una verdadera cola, la cual irá aumentando a medida que la M2 continua produciendo. Si por otro lado M3 es más rápida que M2, habrá tiempos muertos delante de M3 y un trabajo intermitente cada vez que una pieza se encuentre lista para ser alimentada a M3. 12
Por lo tanto, M3 debe ajustarse a M2 y lo que puede hacerse es formar un inventario a la descarga de M2 antes de arrancar M3. Si por otra parte no es posible establecer este inventario, entonces los tiempos se ajustarán de acuerdo a la máquina más lenta. El problema de balanceo en un proceso de maquinado. Es el de igualar los tiempos muertos para las diferentes estaciones en la línea y hacer coincidir o tratar de igualar los tiempos totales (T). Ejemplo: Consideremos la siguiente situación productiva de la Empresa "Forte SRLtda". 13
Operación 1 2 3 4 5 6 7 8 Tiempo de Máquina (t en Minutos) 2.8 1.9 0.9 6.2 6.5 8.5 0.5 0.8 Tiempo de preparación (a en minutos) 0.2 0.3 0.1 0.4 0.5 0.5 0.1 0.2 Tiempo Total (T=t+a) 3.0 2.2 1.0 6.6 7.0 9.0 0.6 1.0 n=t/a 15.0 7.3 10.0 16.5 14.0 18.0 6.0 5.0 Esta situación se representa con la siguiente red: 14
Balance de Línea ORGANIZACIÓN Y METODOS UNS 2010-02 En el ejemplo, el producto pasa por 8 estaciones en la secuencia productiva. En cada estación se realiza una operación de maquinado y se tiene cierto tiempo total de operación: T = t + a, donde a : tiempo de preparación (carga y descarga) t : es el tiempo de máquina. Los tiempos totales (T) son diferentes para las diversas estaciones y varían desde 0.6 hasta 9.0 15
La máquina en la estación 6, la cual requiere 9 minutos/unidad, está ocupada totalmente, pero existe tiempos muertos en todas las otras estaciones. Por lo tanto la estación 6 constituye el cuello de botella. Luego, Cuello de botella = ciclo c = 9 minutos/unidad 16
Indicadores de cada red Productiva Estos indicadores son parámetros que nos indican precisamente si tal o cual arreglo es factible de llevarlo a cabo I.- Producción Pr oduccion T c base Donde: c = velocidad de producción, cuello de botella 17
II.- Tiempo Muerto Viene a ser la suma de los tiempos ociosos de cada estación de trabajo k T ( c T i ) i 1 de donde resulta: T kc k i 1 T i Donde: K = número de estaciones de trabajo 18
C = cuello de botella (ciclo) T i = Tiempo de operación de cada estación de trabajo (T i =a i +t i ) III.- Eficiencia de Línea Se mide de acuerdo con la expresión matemática siguiente: Tiempoquetardael producto _sin_ E divisiondetrabajo tsdt Tiempoquetardael productocondivisiondetrabajo tcdt Donde: Tsdt = esta representado por la suma de los tiempos asignados para cada estación de trabajo, considerando un solo operario, que se traslada de 19
estación en estación. Este tiempo es el mismo para cualquier situación de balance que se presente. Tcdt = esta dado por el número de máquinas multiplicado por el ciclo E ( ai ti ) nc x100 Donde: n = número de maquinas en la red determinada c = ciclo para la misma red ( a t ) i i = suma de los tiempo de cada estación de trabajo. 20
Este valor es el mismo para cualquier red balanceada Punto Óptimo de una Línea Productiva El punto óptimo es numéricamente igual al máximo común divisor de los tiempos elementales de todas las estaciones de trabajo. Resumen Balance para atender una demanda Para resolver el problema de balancear un proceso de producción debemos tener en cuenta las siguientes consideraciones: 1. La velocidad de producción es determinada por la operación más lenta 2. El tiempo muerto total de máquina aumenta, al aumentar el tiempo de ciclo, y puede eliminarse teóricamente si el tiempo de ciclo es el máximo común divisor de todos los 21
tiempos individuales de operación. A medida que el tiempo se reduce, se presenta mejor la perspectiva de ubicar máquinas idénticas bajo la supervisión de un operario. 3. El cuello de botella debe estar en la máquina mas costosa, de manera que los tiempo muertos se vean reducidos en los equipos costosos. 4. El tiempo efectivo del ciclo debe seleccionarse de acuerdo con la demanda y hacer algunos ajustes utilizando sobre tiempos, dobles turnos, etc. Restricciones Limitaciones de espacio tanto para el equipo, como para el inventario. Costo o limitación de Capital para invertir. Lo último que se debe hacer es adquirir maquinaria y equipo. Demanda del producto. 22
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Balance de Línea ORGANIZACIÓN Y METODOS UNS 2010-02 En la producción simple, se produce un solo Examinaremos ahora el caso de más de un producto. producto. I. ANALISIS PARA DOS PRODUCTOS La empresa Sagitario SAC, produce los productos A y B simultáneamente o sea que en un tiempo determinado, se 24
obtiene una cantidad de productos A y B. Tanto A como B pasan por dos máquinas diferentes en sus procesos productivos, (ver la figura). El balance múltiple, permite determinar la cantidad máxima de producción de ambos productos, para que la planta opere con el menor tiempo muerto y con la máxima eficiencia. Si consideramos: X A = Producción de producto A X B = Producción de producto B En un tiempo base dado, el problema radica en lo siguiente: a) Determinar que fracción de tiempo base de cada máquina es necesario usar para producir X A y en que tiempo es necesario producir X B 25
Balance de Línea ORGANIZACIÓN Y METODOS UNS 2010-02 b) Determinar cuantas máquinas de cada tipo se debee usar para cumplir con la producción requeridas de A y B Resolviendo el problema se obtiene una máxima eficiencia y un mínimo de tiempo muerto. Para toda máquina se tiene: Se puede dar una expresión que indique la fracción de uso de la máquina dada: X P A X P B 1 Donde: Ai B i X A, X B = Producciones de A y B que se pueden obtener simultáneamente. 26 (I)
P Ai = Producción del producto A que se lograría en cada máquina (i), tomando como ciclo ( c ) el tiempo asignado a dicha máquina i, para la producción de A sin considerar X B. P Bi = Producción del producto B sin considerar X A i = (1, 2, 3,.., m) = número de estaciones de trabajo. En nuestro ejemplo: 480 P A 1 160unidad / día 3 480 P B 1 96_ unidad/ día 5 480 P A 2 80unidad / día 6 Reemplazando estos valores en (I): 480 P B 2 120_ unidad/ día 4 X A X B 1 (1) 160 96 27
X A X B 80 120 1 (2) Realizar Cálculos (Alumnos) Donde la ecuación (1) representa la fracción de uso de la máquina 1 y la ecuación (2) representa la fracción de uso de la máquina 2. Resolviendo estas ecuaciones se obtiene: X A = 26.66 unidades/día X B = 80 unidades/día Los valores obtenidos construyen las máximas producciones de A y B, que maximizan la eficiencia y minimizan el tiempo 28
muerto, pero haciendo uso de una sola máquina por estación de trabajo. Por tanto, para que la línea sea utilizada a plena capacidad, será necesario asignar n 1 máquinas de tipo 1 y n 2 máquinas de tipo 2 al sistema productivo. En realidad para un balance perfecto y la plena capacidad se tiene: Sistema General: X P A X P A A X P B i B i A 2 X P B B 2.... n 1 n 2 29
X A X B nm PA P m Bm Donde: n 1 = Número de máquinas de tipo 1 para la estación 1. n 2 = Número de máquinas de tipo 2 para la estación 2... n m = Número de máquinas de tipo m para la estación m. Casos en Balance Múltiple 1. Cuando conocemos la demanda del producto y deseamos averiguar el número de máquinas necesarias para cumplir con la demanda. EL valor calculado permitirá una máxima eficiencia y un mínimo de tiempo muerto. 2. Cuando se establece un criterio de proporcionalidad de demanda. 30
SOLUCION ANALITICA CASO I Consideremos la siguiente línea hipotética: Suponer que es necesario balancear la línea para satisfacer las demandas siguientes: X A = 120 unidades/día X B = 80 unidades/día 31