Balance de Linea

Administración de la producción2015

Programación de Operacionessistemas continuos

La programación de operaciones se encarga de distribuir los recursos determinados por la planeación agregada de la producción, a través de un programa de actividades. Este programa debe indicar detalladamente qué hacer, cuándo, quién, y con qué equipo. El horizonte de planeación es a corto plazo (semanas, días, horas, etc.)

Introducción.

El balance de línea es el proceso de ordenamiento de las tareas en secuencias de acuerdo con los trabajos, en forma tal que se obtenga un flujo uniforme con una utilización máxima de la fuerza de trabajo y/o del equipo.

Para lograr un balance de línea para una velocidad específica de producción y disponer, desde el principio, de máxima flexibilidad se necesita conocer:

El tiempo de ejecución de las tareas Las restricciones tecnológicas que haya con respecto a la secuencia

de actividades.

Programación de Operaciones Sistemas Continuos

- Las empresas fabrican grandes volúmenes de un solo producto, de manera de obtener mayores beneficios económicos.

- La gran problemática de este tipo de disposición es el equilibrio de la línea. En una línea desequilibrada se producen las siguientes desventajas:

1.-Menor tasa de producción.2.-Menor ocupación de la máquina.3.-Acumulación de materiales en proceso.4.-Ociosidad de los operarios.

Balance de Línea

Hay que tener clara las terminologías de una línea:

1.-Estación de trabajo.- lugar en el que se ejecuta una cantidad de trabajo.

2.-Elemento racional mínimo de trabajo.- elemento indivisible de trabajo o unidad mínima más allá de la cual el trabajo de montaje no puede dividirse racionalmente.

3.-Contenido total de trabajo.- es la suma de la cantidad de trabajo del montaje total.

4.-Tiempo del contenido total de trabajo.- tiempo requerido para ejecutar el contenido total de trabajo.

5.-Tiempo del contenido de trabajo de una estación.- tiempo requerido para ejecutar el contenido de trabajo de dicha estación, conocido también como tiempo de operación.

6.-Tiempo de ciclo.- tiempo que el producto consume en cada estación de trabajo cuando la línea se mueve a un paso normal o a eficiencia del 100%, es el tiempo máximo de operación.

7.-Tiempo de retraso del balanceo.- tiempo ocioso de la línea debido a la imperfecta división del trabajo entre las estaciones.

8.-Restricciones del balanceo.- son las limitaciones impuestas al orden o a la secuencia de tiempo en que los elementos de trabajo pueden ejecutarse, estas son:

- Restricciones técnicas en el orden de montaje de los componentes elementales.- Restricciones impuestas por las instalaciones o maquinaria en la línea.- Restricciones de posición.- bien sea de uno o de más trabajadores

Hay que aclarar que en la realidad las líneas no llegan al equilibrio ideal, sino a un desequilibrio mínimo.

El tiempo del ciclo de la línea lo fija el cuello de botella que tenga la misma.

Las posibles soluciones para equilibrar una línea son:

1.-Rediseñar la línea para mejorarla:

Mejorando la operación del cuello de botella.

Redistribuir el trabajo entre las operaciones.

Aumentar la capacidad de los cuellos de botellas, duplicando equipos.

2.-Adopción de procedimientos especiales de operación:

Aumentar jornada de la máquina que produce el cuello de botella.Subcontratación.Implementar un segundo turno.Utilizar equipo fuera de la línea, pero dentro de la misma fábrica, etc.

3. Nivelar velocidad de producción hacia abajo: Trabajar las máquinas con el mismo tiempo que la del cuello de botella.

Para analizar si la línea está balanceada, se deben cumplir los siguientes puntos:

1. Capacidad de producción.2..Secuencia (precedencias) de las actividades de producción3. Eficiencia del sistema

Si la línea no está balanceada, deben utilizarse métodos heurísticos para balancear.

1.- Balance de línea: Tiempo de Operación más Largo (TOL)

1.- Ordenar las actividades en orden decreciente de duración.

2.- Primero se asigna la actividad que tenga el tiempo de operación más largo, siempre que cumpla con las relaciones de precedencia. Asignar las actividades restantes a la estación siguiente de acuerdo con el tiempo de operación que se disponga para cada trabajo.

2.-Después de asignar una actividad a una estación, determinar cuanto tiempo aun no asignado queda en la estación.

3.-Determinar si se pueden asignar otras actividades a la estación. Si se puede, hacer la asignación. Es necesario mantener las relaciones de precedencia, si esto no es posible, regresar al paso 1 y añadir una nueva estación. Continuar con el proceso hasta que todas las actividades hayan sido asignadas a todas las estaciones de trabajo.


C : tiempo del ciclo.K : número mínimo teórico de estacionesk : número de la estación. 1 < = k <= Ki : número de la identificación de la actividad de trabajo.Ti : tiempo para la actividad i.Sk : tiempo asignado para la estación k. Sk =< Cdk : demora en la estación k.D : demora total.


Eficiencia = Ti / (K * C)

C = H / P [ tiempo/ unidad]H: horas de trabajo por período de producción.P: producción bruta deseada.

K = Ti/ C (aproximar a un número entero.)

KD = dk = ( C – Sk )

k=1

Ejemplo.-Un fabricante está diseñando una planta que fabricará ventanas de aluminio reforzadas. La capacidad de producción mínima necesaria es de 320 ventanas por día. El gerente de operaciones ha obtenido un diseño tentativo de la distribución física de una línea de ensamblado, la que se muestra en la tabla y figura siguiente. El gerente desea saber si este es un buen diseño o si se puede mejorar.

Estación de trabajo

Estación de trabajo precedente

Activ. realizada en Estac. Trab.

Def. de Actividad Actividad predecesora

Duración actividad (seg)

1 ----- A Ensamblado marco ------ 70 2 1 B Instalar molduras de hule A 80 3 2 C

D Introducir tornillos en el marco Instalar seguro en el marco

A A

40 20

4 3 E F

Instalar manija en el marco Instalar cristal

A B, C

40 30

5 4 G Cubrir tornillos en el marco C 50 6 5 H Empacar la unidad ventana D, E, F, G 50

Estación de trabajo

Estación de trabajo precedente


Def. de Actividad Actividad predecesora


1 ----- A Ensamblado marco ------ 70 2 1 B Instalar molduras de hule A 80 3 2 C

D Introducir tornillos en el marco Instalar seguro en el marco

A A

40 20

4 3 E F

Instalar manija en el marco Instalar cristal

A B, C

40 30

5 4 G Cubrir tornillos en el marco C 50 6 5 H Empacar la unidad ventana D, E, F, G 50

Estaciones de Trabajo 1 2 3 4 5 6

A B C D E F G H

¿Cómo se puede reducir el costo por pérdida de tiempo?Probablemente las 8 actividades elementales (A a H en la tabla) pueden ser reasignadas de manera que las cargas de trabajo estén mejor distribuidas en términos de tiempo.

Si los tiempos productivos que se requieren en todas las estaciones de trabajo fuesen iguales no existirían tiempos muertos, y la línea estaría perfectamente equilibrada.

El problema de diseño de encontrar formas para igualar los tiempos de trabajo en todas las estaciones se denomina problema de balanceo de la línea, nuestro procedimiento para mejorar el diseño implica seis etapas:

1.-definir las actividades elementales.2.-identificar los elementos de precedencia.3.-calcular el número teórico mínimo de estaciones de trabajo.4.-aplicar heurística para especificar el contenido de trabajo.5.-calcular la eficacia y eficiencia.6.-buscar mejoras subsecuentes.

Solución.- es un buen diseño si:1.-satisface la capacidad de producción deseada.2.-la secuencia es técnicamente factible.3.-si es una línea eficiente.

La capacidad está determinada por el tiempo más largo requerido para pasar todas las estaciones de trabajo. De la tabla, se obtiene que la estación 2 es la que requiere de 80 segundos, pues una unidad permanece menos de 80 segundos en cualquiera de las demás estaciones. Como las unidades pasan por todas las estaciones y cada una de ellas debe permanecer 80 segundos en la estación 2, ésta es el cuello de botella, la estación que restringe el ritmo del flujo de línea. El ensamblado de una ventana terminada fluirá del extremo terminal de la línea cada 80 segundos; esta longitud del tiempo se le denomina tiempo de ciclo en la línea.

Con un tiempo de ciclo de 80 segundos se responde a cuántas ventanas se producen en un día. Esto depende del horario de trabajo por día, que generalmente se asume que son 8 hrs. Entonces el tiempo productivo disponible por día es de 28800 seg. (= 8*3600).

Así la producción máxima diaria se calcula como sigue:

Tiempo disponible por díaProducción Máxima = ______________________________Diaria (nº unidades) tiempo requerido del ciclo por unidad

Producción Máxima diaria = 28800 / 80 = 360 unidades / día.

De lo anterior se ve que se pueden producir más que lo deseado, el cual era de 320 unidades por día, lo cual proporciona una capacidad de producción adecuada.

Otra forma de analizar si la capacidad es la adecuada es calcular el tiempo del ciclo máximo permisible, con la cual se puede alcanzar la producción diaria de 320 unidades/diarias.

Tiempo de ciclo permisible tiempo total disponible por díaPara satisfacer la capacidad = -------------------------------------------------Deseada número deseado de unidades por día

Tiempo de ciclo permisible = 28800 / 320 = 90 seg/unidad.

Así el diseño de la línea con un tiempo de ciclo permisible de 90 ó menos proporciona la capacidad deseada.

Como se cumplió con la capacidad, entonces la secuencia es factible.

La eficiencia de la línea para el diseño propuesto de 6 estaciones implica a 6 trabajadores, por ello, ¿qué parte del tiempo de los trabajadores se emplea para algo productivo y cuánto se pierde en no hacer nada? Todo depende del paso (ritmo) de la línea, el cual puede ajustarse a los tiempos de ciclo entre 80 y 90 seg.

1 2 3 4 5 6 Tpo tot.

Tpo productivoUtilizado en cada línea

70 80 60 70 50 50 380

Tpo. Disponible de los trabajadores para un ciclo de 90 seg

90 90 90 90 90 90 540 Eficiencia 380/540*100 = 70.4%

Tpo. Disponible de los trabajadores para un ciclo de 80 seg.

80 80 80 80 80 80 480 Eficiencia380/480*100= 79.2%

Tpo. Ocioso en ciclo de 90 seg. 20 10 30 20 40 40 160 160/540= 29.6%

Tpo. Ocioso en ciclo de 80 seg. 10 0 20 10 30 30 100 100/480= 20.8%

Como se observa de la tabla, la eficiencia es mejor en el ciclo de 80 seg, pero ¿cuánto es el tiempo total de la línea ociosa?, esto se obtiene a través de la siguiente relación:

Tiempo ocioso del ciclo(seg/ciclo) * ciclos por día(ciclos/día)Mano de obra =----------------------------------------------------------------------Ociosa por día tiempo de una hora(seg/hr)

Mano de obra 100( seg/ciclo) * ( 28800/80)ociosa por día = -------------------------- = 10 hrs.para ciclo de 80 seg 3600

Mano de obra 160 * ( 28800/90)ociosa por día = ------------------------ = 14.2 hrs.para ciclo de 90 seg 3600

De los cálculos se obtiene un menor tiempo ocioso de la mano de obra en el ciclo de 80 seg.

Ahora de acuerdo con la teoría, la línea es eficiente, claro que requiere de seis trabajadores y seis puestos de trabajo, sobrepasando la meta productiva, pero quizás para cumplir con la meta deseada de 320 unidades, es decir con un ciclo de 90 seg., se ahorrarían otros tipos de costos, como por ejemplo de mano de obra y de tener una capacidad sobredimensionada.

1.- Balance de línea “TOL”:

Paso 1.- Para el ejemplo ya se ha llevado a cabo la primera etapa, definir las actividades elementales (tabla)

Paso 2: se realiza el diagrama de precedencias: La segunda etapa expresa que las actividades elementales no pueden hacerse en cualquier orden “relaciones de precedencia”


Actividad predecesora


A ------ 70 B A 80 C D

A A

40 20

E F

A B, C

40 30

G C 50 H D, E, F, G 50

A

B

C

D

E

F

G

H


Actividad predecesora


A ------ 70 B A 80 C D

A A

40 20

E F

A B, C

40 30

G C 50 H D, E, F, G 50

Paso 3: Una vez que se ha especificado la producción de línea se puede calcular el número teórico de estaciones que se requieren.

Número teórico contenido total de trabajo (tpo.) * número deseado de unidad.Mínimo de estaciones =-------------------------------------------------------------------------De trabajo tiempo productivo total disponible por día

Número teórico mínimo de estaciones = (380 * 320) / 28800 = 4.22 estaciones

En caso de dar inexacto, se aproxima al entero mayor, en este caso, serían 5 las estaciones de trabajo.

El diseño con el que se cuenta puede requerir más del número mínimo de estaciones dependiendo de los tipos de relaciones de precedencia que existan en el problema, en este caso el diseño inicial usa 6 estaciones.

Paso 4: La cuarta etapa implica la aplicación de una heurística de asignación, el diseñador debe de asignar 8 actividades a 5 ó más estaciones; se pueden combinar diversas actividades en una estación. Se aplicará la heurística de tiempo de operación más largo TOL para encontrar el equilibrio para el tiempo de ciclo de 90 segundos.

Los pasos para la regla de tiempo de operación más largo son:

1.- Ordenar las actividades en orden decreciente de duración.

2.- Primero se asigna la actividad que tenga el tiempo de operación más largo, siempre que cumpla con las relaciones de precedencia. Asignar las actividades restantes a la estación siguiente de acuerdo con el tiempo de operación que se disponga para cada trabajo.

2.-Después de asignar una actividad a una estación, determinar cuanto tiempo aun no asignado queda en la estación.

3.-Determinar si se pueden asignar otras actividades a la estación. Si se puede, hacer la asignación. Es necesario mantener las relaciones de precedencia, si esto no es posible, regresar al paso 1 y añadir una nueva estación. Continuar con el proceso hasta que todas las actividades hayan sido asignadas a todas las estaciones de trabajo.

Actividad B A G H C E F D Tiempo operación 80 70 50 50 40 40 30 20

A

B

C

D

E

F

GH

En TOL 1 se trata de asignar B a la estación 1 por el hecho de que B tarda mayor tiempo, sin embargo esta no se puede elegir pues debe de seguir a A (precedencia). De hecho, A debe de ser asignada a la estación 1.

TOL 2 se cuenta con un remanente de 20 segundos, tiempo de ciclo es de 90 segundos menos los 70 de duración de A.

Usando TOL 3 se ve que D es la única actividad elegible que puede ser asignada a esta estación ya que B, C y E satisfacen los requerimientos de precedencia, pero sus tiempos de operación exceden al tiempo no asignado (20 segundos) en la estación 1.

Estación 1:A (70) 90-70=20 segundos D (20)------- 90 segundos

Se repite el proceso con las actividades que faltan (es decir se vuelve al TOL 1).

Repitiendo el proceso nos da el siguiente resultado:

Etapa de la heurística

estación Actividad elegible

Actividad seleccionada

Tiempo de operación

Tiempo no asignado a la estación

Actividad elegible restante a la estación

1 1 A A 70 20 D

2 1 D D 20 0 Ninguna

3 2 B, C, E B 80 10 Ninguna

4 3 C, E C 40 50 E, F, G

5 3 E, F, G G 50 0 Ninguna

6 4 E, F E 40 50 F

7 4 F F 30 20 Ninguna

8 5 H H 50 40 Ninguna

Estación de trabajo A D B C G E F H

1 2 3 4 5

Así obtenemos los siguientes cálculos totales:

Tiempo productivo utilizado en línea mejorada = 380 = 90+80+90+70+50Tiempo disponible de los trabajadores en cada ciclo = 450 = 90+90+90+90+90Tiempo ocioso en cada ciclo = 70 = 0+10+0+20+40Analizando esta línea mejorada, vemos que está mejor distribuida, producto de la mayor eficiencia de la misma.Eficiencia antigua con 6 estaciones = 380/540*100 = 70.4 % de utilizaciónEficiencia actual con 5 estaciones = 380/450*100 = 84.4% de utilización.

El diseño es más funcional que el que se le presentó al gerente de operaciones anteriormente. En esta etapa se puede mejorar un diseño mediante ensayo y error, además se puede utilizar muchas otras heurísticas en vez de intentar un TOL. En la actualidad se dispone de diversas heurísticas computarizadas, y cómo distintas heurísticas pueden conducir a diferentes diseños, se puede pensar en hacer la prueba con más de un intento.

2.-Balance de Línea COMSOAL Método computacional para secuenciar operaciones en cadenas de montaje

1.- construir lista de operaciones programables

2.- de la lista de operaciones programables escoger las operaciones cuyo tiempo de proceso es menor que el tiempo residual de la estación en curso. Estas operaciones se denominan candidatas.

3.- escoger la operación candidata con mayor cantidad de sucesoras (en caso de empate, escoger la con mayor tiempo de proceso) y asignarla a la estación en curso. Si no hay otra operación candidata se abre otra estación

4.- repetir los pasos 1, 2, y 3 hasta asignar todas las operaciones.

Ejemplo: Desarróllelo por comsoal

actividades predecesoras Duración (seg)

T1 ------- 6

T2 ------ 9

T3 T1 4

T4 T1 5

T5 T2 4

T6 T3 2

T7 T3 , T4 3

T8 T6 7

T9 T7 3

T10 T5 , T9 1

T11 T8 , T10 10

T12 T11 1

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

T10

T12T11

Operación programable Operación candidata Operación asignada Tpo. Residual de la estación

Estación

T1 , T2

T2, T3, T4

T2, T4, T6

T1, T2

T3, T4

T6

T1

T3

T6

620

N°1: T1, T3, T6

T2, T4, T8

T4, T5, T8

T2, T4, T8

______T2 3 N°2: T2

T4, T5, T8

T5, T7, T8

T4, T5, T8

T5, T7, T8

T4

T8

70

N°3: T4, T8

T5, T7

T5, T9

T9

T10

T5, T7

T5, T9

T9

T10

T7

T5

T9

T10

9521

N°4: T7, T5, T9 T10

T11

T12

T11

T12

T11

T12

21

N°5: T11, T12

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

T10

T12T11

Estación 1 Estación 2 Estación 3 Estación 4 Estación 5

Tpo. Proceso 12 9 12 11 11Tpo. Ocio 0 3 0 1 1

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