¿Qué tan inteligente es el diseño en su planta de fabricación de metal?

May 27, 2023

Imágenes de Chris Ryan/OJO

¿Qué significa ser inteligente? Una persona inteligente tiene o muestra una inteligencia aguda. Una máquina inteligente es cualquier dispositivo programado para ser capaz de realizar alguna acción independiente. Una instalación inteligente utiliza tecnologías como Internet industrial de las cosas (IIoT), big data, inteligencia artificial y digitalización para optimizar y rastrear el rendimiento y la eficiencia general de una instalación.

Entonces, ¿qué es exactamente lo que hace que el diseño de un fabricante personalizado sea inteligente? Un fabricante personalizado tiene un diseño inteligente cuando su diseño maximiza el flujo unidireccional y minimiza el costo de ese flujo. Es la base de un sistema de producción eficaz. El diseño de una planta afecta cómo todo fluye a través del sistema: materia prima, trabajo en proceso (WIP), personal, visitantes, proveedores, clientes, maquinaria, accesorios, herramientas e información.

Algunas de las mejores instalaciones en fabricación personalizada utilizan una combinación de diseños funcionales y celulares. En la parte celular del taller, cada celda independiente y flexible produce una familia de piezas similares con requisitos de proceso comunes, si no idénticos. ¿Conoce las familias de piezas en su combinación de productos?

El mejor diseño de distribución para cualquier instalación también considera todos los procesos secundarios, como el desbarbado y la inserción de hardware. Por ejemplo, una célula puede tener carros móviles con las herramientas necesarias para realizar esos procesos secundarios cuando y donde se necesiten.

Además, el trabajo de preproducción o creación de prototipos debe realizarse en una sección separada de la instalación. El trabajo único e intermitente (o esporádico) es esencialmente un caso extremo de fabricación de bajo volumen y mezcla alta. Al menos un fabricante personalizado inteligente tiene una celda de respuesta rápida separada que ayuda a reducir las interrupciones en la producción de volumen alto a medio causadas por tiradas cortas de piezas que no se repiten.

La producción por lotes y en cola es la maldición de un diseño puramente funcional. Imagine el daño a tres objetivos comerciales: control WIP, rendimiento y entrega a tiempo, si el rendimiento del material y la producción por lotes y en cola estuvieran en juego en cada departamento (corte por plasma, doblado, soldadura) en el diseño funcional de un taller. Ahora imagine el flujo en un diseño de instalación inteligente usando celdas. El software anida todas las piezas necesarias para hacer una sola pieza soldada (o un lote de esa pieza soldada) en una celda. Un cortador de plasma quema las piezas. A continuación, un robot de pórtico u otro mecanismo coloca todas las piezas en la estación de desbarbado. El operador desbarba las piezas y las coloca en el dispositivo de soldadura. Luego le pide al robot de soldadura por arco que cree la soldadura. Ese mismo operador inspecciona el trabajo y pule cualquier salpicadura de soldadura. Cada operación necesaria para producir una pieza soldada enviada a la línea de montaje se realiza en una celda.

Las células de fabricación actúan como base para la formación cruzada de los empleados. Por ejemplo, un operador con capacitación cruzada en una celda de fabricación de una sola persona podría trabajar codo a codo con uno o más cobots que realizan tareas en 3D, es decir, aquellas tareas que son sucias, aburridas o peligrosas. El entrenamiento cruzado garantiza un aumento en la relación de máquinas a operadores en cualquier celda. También aumenta la velocidad de todos los flujos de material e información en la instalación y ayuda a mantener las máquinas de cuello de botella utilizadas en aproximadamente un 85 %. Sobre todo, con operadores capaces de moverse entre diferentes celdas, el taller tiene la flexibilidad para adaptarse a los cambios en la demanda de partes producidas en las celdas.

La utilización de la máquina no puede reemplazar el control WIP, el rendimiento y la entrega a tiempo, excepto en la máquina cuello de botella en una celda o en un centro de trabajo cuello de botella para todo el taller. Demasiados fabricantes personalizados son esclavos de la práctica obsoleta de utilizar cada máquina (y su operador) al máximo, independientemente del WIP que esto genere en toda la instalación. WIP es una forma de inventario, y el inventario es un activo, ¿verdad? Equivocado. El inventario es una de las siete formas de desperdicio.

Esta es la razón por la que la utilización de materiales no debe tratarse aisladamente de la utilización de máquinas, la utilización de mano de obra, el control WIP, el rendimiento y la entrega a tiempo. Por ejemplo, para aumentar el rendimiento de las láminas, la mayoría de los fabricantes "se adelantan", ya sea anticipando el cronograma o utilizando piezas de relleno. También intentan pedir hojas y planchas del tamaño correcto para tiradas típicas.

La mayor velocidad de flujo de un diseño celular debe complementarse con la gestión del taller basada en un programa diario producido por un software de programación de capacidad finita. Además, el cronograma diario debe ejecutarse, monitorearse y actualizarse mediante una combinación de un sistema de monitoreo de máquinas y una plataforma de conectividad de trabajadores que ayude a los empleados a comunicarse según sea necesario.

Aquí es donde las arañas de agua que manejan toda la logística de la fábrica permiten que el resto de los empleados de la planta participen. No basta con tener una gran ética de trabajo que vincule y motive a todos los empleados a cumplir o superar el horario diario. Necesitan que les traigan trabajo nuevo a tiempo. Necesitan que les retiren el trabajo terminado y lo entreguen al siguiente centro de trabajo a tiempo. Necesitan responder preguntas sobre herramientas, calidad, accesorios y otros recursos a tiempo. Cualquier fabricante personalizado inteligente tendrá una o más arañas de agua que hacen más que tareas mundanas de manejo de materiales.

La programación en sí debe adaptarse a las realidades del taller. Considere el sistema Kanban clásico para la programación de extracción, que evita que los centros de trabajo ascendentes inicien nuevos pedidos hasta que los centros de trabajo descendentes hayan reducido su cola de trabajos al punto de reorden. La alternativa del taller de trabajo a la programación de extracción es la práctica de liberación de órdenes de trabajo (WOR). Piense en cada pedido enviado al taller como si fuera un kanban.

Los fabricantes pueden implementar WOR utilizando el concepto simple de tambor-amortiguador-cuerda de la Teoría de las Restricciones, o pueden adoptar un enfoque avanzado utilizando la programación de capacidad finita. El último enfoque utiliza una combinación de programación progresiva y regresiva en la máquina cuello de botella o en el centro de trabajo para determinar la secuencia y el tiempo de entrega de cada pedido a la instalación. Además, un fabricante personalizado inteligente tendrá un programador de producción calificado a tiempo completo en el personal.

El diseño de una instalación es inteligente cuando los proveedores de servicios externos (OSP) (recubridores de polvo, tratadores térmicos, electrochapadores) son tratados como una extensión de la instalación. Cada proveedor se incluye como un centro de trabajo en el programa de producción. Esto le da a cualquiera de las partes (el fabricante personalizado y su OSP) una visibilidad completa de cómo sus horarios influyen e interactúan con los demás.

Dichos horarios de taller con todo incluido pueden resultar especialmente beneficiosos para un fabricante que gestione cualquier acuerdo a largo plazo para piezas o productos. Un fabricante y sus proveedores de servicios podrían incluso formar un consorcio para compartir las mejores prácticas.

La flexibilidad no debe limitarse a cambios rápidos en máquinas individuales como plegadoras y centros de mecanizado. En un sentido amplio, la flexibilidad en el diseño de una instalación inteligente se presenta de varias formas.

El primero es el más familiar: flexibilidad de configuración, cuando los activos individuales pueden cambiar rápidamente de un trabajo a otro.

Luego está la flexibilidad del proceso, cuando los recursos disponibles (máquinas, personas, herramientas) y los sistemas pueden fabricar una variedad de piezas con diferentes especificaciones.

La flexibilidad de enrutamiento permite fabricar la misma pieza utilizando cualquiera de varios enrutamientos diferentes. Con flexibilidad de mezcla, un taller puede procesar simultáneamente una gran variedad de piezas que requieren diferentes materiales, proveedores y tolerancias.

La flexibilidad de volumen se adapta a la variabilidad en las cantidades de pedido para piezas o productos iguales o diferentes. Tal variabilidad aumenta cuando la misma instalación busca producir piezas en diferentes fases de su ciclo de vida.

Por último, está la flexibilidad de las instalaciones, que permite reconfigurar rápidamente todas las instalaciones si se producen cambios en la combinación o el volumen. Esto incluye contar con equipos móviles, generalmente para procesos secundarios, que se pueden reubicar rápidamente a pedido a cualquier ubicación de la instalación.

¿El diseño de su taller de fabricación personalizado posee todos estos diferentes tipos de flexibilidad que debe tener cualquier taller? Las inversiones en automatización de fabricación, inspección y otras tecnologías relacionadas con procesos deben combinarse con inversiones en manejo de materiales, seguimiento de piezas y los sistemas de TI en uso en toda su fábrica. ¡Estos son los detalles fundamentales, esenciales, industriales y de ingeniería de producción que son el núcleo de cualquier sistema de producción!

Una inversión inteligente en software y automatización debe mejorar métricas importantes como seguridad, calidad, entrega y costo, calculadas para todos los flujos significativos en el diseño de la instalación, no solo los flujos de materia prima, WIP y productos terminados, sino también los flujos de personas e información. El flujo de información puede incluir cualquier cosa que elimine la necesidad de ingresar datos manualmente; después de todo, cada pulsación de tecla presenta un potencial de error, y cada error en el manejo de materiales puede sumar una gran cantidad de tiempo perdido. La tecnología como la realidad aumentada, los escáneres de identificación de mano y los sistemas de selección por luz (donde las luces indican qué productos o materiales deben recoger las arañas de agua) pueden ayudar a seleccionar, monitorear, medir y controlar WIP visualmente.

El diseño de las instalaciones de un fabricante personalizado es inteligente cuando los ensambladores reciben todas las piezas que necesitan para comenzar a tiempo según el cronograma. "Completo" significa que, según la lista de materiales (BOM) para ese producto, la araña de agua hizo todo lo posible para recolectar todas las piezas internas producidas en diferentes celdas, así como las piezas compradas almacenadas en el supermercado de piezas adyacente a el departamento de montaje. Sin un cronograma diario producido por un software de programación de capacidad finita y una lista de materiales completa y precisa en el sistema ERP, la producción de leche podría resultar en un juego de piezas incompleto.

Un enfoque inteligente pero simple para garantizar que los kits entregados para el ensamblaje estén completos es utilizar sistemas visuales Kanban. Por ejemplo, un fabricante en Columbus, Ohio, ha utilizado "carros de kit" especialmente fabricados para transportar la mezcla completa de piezas en la cantidad correcta para soldar y ensamblar una cierta cantidad de marcos. Una vez que se usaron todos esos componentes, la araña de agua hizo rodar el carro hasta un cuadrado blanco vacío pintado en el suelo, junto al taller de chapa. Esos cuadrados eran el búfer de inventario que unía el ensamblaje con el taller de chapa.

Entonces, ¿le gustaría saber si su instalación tiene un diseño inteligente? Compra un juego de Sharpies de punta media en al menos 20 colores diferentes. Imprima un dibujo de su diseño actual. Seleccione una muestra de al menos 20 productos. Si crea variantes personalizadas del mismo producto, puede asignar la lista de materiales sangrada (IBOM) completa para la variante de producto estándar. Pero si usted es un taller de trabajo clásico que fabrica una variedad de productos diferentes, puede realizar un análisis de producto-cantidad-ingresos (PQR) y elegir algunos productos en ese punto óptimo 80-20 de la curva de Pareto. Ahora, elija un parte de la muestra que acaba de identificar. Seleccione cualquiera de esos Sharpies y rastree su ruta, operación por operación.

Continúe hasta que haya rastreado la ruta de cada pieza en la muestra. ¡Felicitaciones, ha producido un diagrama de espagueti!

Entonces, ¿qué ves en el diagrama de espagueti que acabas de crear? ¿Flechas largas? ¿Flechas entrecruzadas? ¿Muchas flechas entrando y saliendo de un departamento en particular? ¿Flechas bidireccionales (es decir, trabajos que retroceden o avanzan y retroceden entre departamentos)? ¿Flechas con línea de visión cero (LOS)? Es decir, ninguno de los operadores de los dos centros de trabajo conectados por una flecha con LOS cero puede determinar cuándo enviar o esperar trabajo de los centros de trabajo del proveedor o del cliente, respectivamente.

Sepa que cuando se trata de diseñar un diseño de instalación inteligente, todo esto simplemente rasca la superficie. Otros factores incluyen dónde y cómo integrar la función de inspección, así como qué máquinas multifunción específicas comprar para reducir los flujos de material y mejorar los procesos. Independientemente, los principios básicos detrás de estas ideas son los mismos: mire más allá de las máquinas que compra y la tecnología que instala.

Considere un escenario en el que los gerentes y empleados de un taller de fabricación se enfocan solo en el tiempo de actividad de la máquina y la eficiencia de utilización. Al hacer esto, ignoran los costos, los problemas de calidad y los retrasos en la producción de las transferencias entre cada par de operaciones consecutivas en la ruta de cada producto que fabrican; en otras palabras, todas esas líneas en el diagrama de espagueti que acaba de dibujar.

Suponga que tiene todos los elementos fundamentales en su lugar. En los centros de trabajo que no son cuellos de botella, usted se enfoca en el control WIP y la velocidad del flujo, no en la utilización de la máquina. Utiliza métricas como la utilización de máquinas de cuello de botella, el rendimiento y la velocidad de generación de ingresos. Usted programa estratégicamente. Usted diseña celdas multiproceso y capacita a los empleados que trabajan en ellas. Usted los faculta para determinar quién se muda de su "célula anfitriona" para trabajar en otras células que carecen de suficientes operadores o donde la demanda ha aumentado.

Su diagrama de espagueti es su faro que lo guiará a los elementos fundamentales de un exitoso sistema de producción de fabricación personalizada. Su tienda tiene atributos únicos, por supuesto. Pero en muchos casos, cuanto más pueda hacer para que ese diagrama de espagueti esté menos enredado para los flujos de materiales tal como están en sus instalaciones, más inteligente será el diseño de sus instalaciones. ¡La tecnología por sí sola no lo llevará allí!