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Balance de Líneas de Montaje
Universidad Tecnológica Nacional
Vinos de autor Tarea 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.
Lavado Llenado Tapado Cápsula Etiqueta Contra etiqueta Collarín Sello Armado cajas Encajonado Tapado, sellado, estibado
tiempo (min.) 4 5 1 0,5 1,5 1 2 0,3 2 1 3
Entregar 350 cajas por mes (22 días hábiles). Cada caja lleva 6 botellas Se trabaja 9 horas por día, cinco días a la semana. Determinar la cantidad de operarios requeridos
Contenido I. Definiciones - Línea de Montaje o Ensamble - Balance de Línea de Montaje - Tiempo de Ciclo - Ritmo de Producción - Tiempos Muertos por Estación - Eficiencia de la Línea - Diagrama de Precedencias
II. Operaciones Previas al Balance III. Métodos de Balance
I. Definiciones Línea de Montaje o Ensamble
Consiste en un transportador móvil que pasa frente a una serie de estaciones de trabajo en un intervalo de tiempo uniforme llamado tiempo de ciclo. En cada estación de trabajo se ejecuta un trabajo sobre el producto, ya sea añadiéndole partes o completando las operaciones de ensamblaje. Este tipo de producción es muy eficiente, pero al mismo tiempo acarrea graves efectos de aburrimiento en el trabajo, ya que las personas realizan el mismo trabajo durante toda su jornada. Estos problemas se han tratado de resolver buscando formas alternas de distribución tales como 2 o más líneas más pequeñas o células de producción donde las personas realizan diferentes tareas, y tienen una comprensión global del proceso de producción.
Balance de Líneas de Montaje
Cálculo que permite efectuar el armando total de un producto, produ cto, con la menor cantidad de gente posible, el mínimo tiempo muerto, y la mejor distribución del trabajo entre todas las personas que lo ejecutan. Asignación de todas las tareas a una serie de estaciones de trabajo, de modo tal que ninguna de d e ellas tenga mas trabajo del que puede hacer en el tiempo de ciclo, minimizando el tiempo de inactividad de todas las estaciones.
Tiempo de Ciclo
Tiempo que transcurre entre las unidades sucesivas que llegan en buen estado es tado al final de d e la línea. También También suele llamarse tiempo de ciclo al mayor mayor tiempo asignado asignado a una de las tareas tareas necesarias para el armado total del producto. Ritmo de Producción
Cantidad de unidades terminadas que salen de la línea por unidad de tiempo. El tiempo de ciclo es un valor que determina el ritmo de salida de la línea del de l elemento final. Tiempos Muertos por Estación
Diferencia entre el tiempo de ciclo y la suma su ma de los tiempos asignados a las tareas elementales comprendidas dentro de la estación analizada.
Eficiencia de la Línea
Relación entre el tiempo realmente trabajado y el tiempo disponible. Relación entre el contenido total del trabajo y el producto del tiempo de ciclo y el número de estaciones de trabajo. Diagrama de Precedencias
El diagrama de precedencias representa gráficamente las relaciones de orden o de precedencia entre las diferentes tareas que deben ser ejecutadas para el armado de un producto en una línea de montaje.
El círculo o nodo numerado representa una ´tarea u operación. La flecha indica la relación de orden, precedencia, dependencia o antelación.
II. Operaciones Previas al Balance 1. Diseño funcional de la línea de montaje
Este diseño está determinado por las características propias del proceso de fabricación. Aquí se requiere que previamente previamente se haya hecho un estudio de métodos de trabajo, buscando la mejor manera de hacer el trabajo, atendiendo al uso del cuerpo humano, el acomodo del lugar de trabajo y el diseño de herramientas y equipos. Se presentan dos casos: a. - Líneas de montaje a instalar
b. - Líneas de de montaje ya en producción producción
En el primer caso, se realiza lo siguiente: - Lay-out de la línea e instalaciones, de modo tal que el producto se desplace sin tropiezos; - Crear las condiciones para que el operario trabaje cómodo, con elementos al alcance de su mano, y de tal manera que no realice esfuerzos ni movimientos inútiles; - Asegurar el libre flujo de los materiales a la línea y su estiba o almacenaje a lo largo de ella.
En el segundo caso, es preciso primero recorrer y estudiar la línea que está funcionando, identificando defectos tales como: - Piezas, conjuntos, subconjuntos, etc. necesarios para el montaje, no disponibles en el momento, la cantidad y lugar adecuado;
- Mantenimiento inoportuno; - Piezas defectuosas por errores en planos; - Tiempos Tiempos perdidos por po r transporte de material; - Defectos de calidad del material.
2. Estudio de Tiempos
Habiéndose definido perfectamente donde empieza y donde termina cada tarea, se mide el tiempo que insume efectivamente cada operación, con lo que se determina el tiempo asignado a cada operación, detallando el número de personas que trabajan, las herramientas empleadas, etc. 3. Diagrama de Precedencias
El armado de un producto en una línea de montaje, consiste en la ejecución de una serie de tareas, algunas de las cuales son seriadas, y otras, en paralelo. par alelo. El diagrama de precedencias representa gráficamente las relaciones de orden o precedencia entre dichas tareas.
Diagrama de Precedencias (continuación) Cuando construimos el diagrama de precedencias, veremos que es posible efectuar muchas combinaciones o caminos, respetando estrictamente las precedencias, generando circuitos o caminos que tocan los nodos una sola vez, llamados caminos hamiltonianos. Es importante obtener todas las combinaciones posibles. Esto se realiza mediante técnicas técnicas matemáticas (cuadrado latino o algoritmo de Foulkes). El balance de líneas de montaje consiste, precisamente, en encontrar cuál de esas combinaciones o caminos produce la mejor distribución de tareas entre las diferentes estaciones de trabajo, empleando el mínimo número de personas.
EQUILIBRADO DE LÍNEAS DE FABRICACIÓN Tiempo Muerto Tiempo improductivo Tiempo productivo
Puesto I
Puesto II
Puesto III
Puesto IV
Tiempo de servicio
Tiempo de ciclo
III. Métodos de Balance Método de Morton Klein
- El método de Morton Kein supone que se conocen todas las combinaciones combinaciones o caminos posibles de la red, grafo o diagrama de precedencias. - Este método consiste en analizar combinación por combinación, combinación, para un determinado valor del tiempo de ciclo, eligiendo aquella que minimice los tiempos muertos de las estaciones, entendiéndose como tales, los lugares donde se realizan ciertos trabajos afines.
-Estas estaciones quedan determinadas teniendo en cuenta que la suma de los tiempos elementales de las tareas debe ser igual al tiempo de ciclo, o alcanzar el valor más próximo próx imo a éste en defecto.
Método de Morton Klein (continuación) - Es evidente, por otro lado, que el valor del tiempo de ciclo elegido, no puede ser menor que el mayor de los tiempos elementales, ni puede ser mayor que la suma de los tiempos elementales de todas las tareas. - Los tiempos muertos por estación, quedan determinados como la diferencia entre el tiempo de ciclo y la suma de los tiempos asignados a las tareas elementales comprendidas comprendidas dentro de la estación analizada. Pasos del Método
1. Se hace un detalle de las tareas a ejecutar, colocándolas colocándolas en orden cronológico.
Método de Morton Klein (continuación) 2. Se calculan los tiempos asignados a cada tarea. 3. Se establecen las relaciones de orden o precedencia entre las tareas. 4. Se construye el diagrama de precedencias. 5. Se establecen todas las combinaciones o caminos posibles para producir el producto, respetando las precedencias tecnológicas y otras condiciones especiales de trabajo. 6. Se determina el tiempo de ciclo, el cual no deberá ser inferior al tiempo asignado a la tareas que demande mas tiempo, ni superior a la suma de los tiempos asignados de todas las tareas.
Método de Morton Klein (continuación) 7. Se agrupan para cada combinación, las tareas en estaciones, donde las suma de los tiempos de las tareas elementales de cada estación deberá ser igual al tiempo de ciclo o tener un valor muy próximo en defecto. 8. Se calculan los tiempos muertos de cada estación y se suman para cada combinación.
9. Se elige la combinación que genere el menor tiempo muerto total, la menor cantidad de estaciones, y la mejor distribución de tareas entre las personas.
Precedence Diagram 2
1
1
A
B
G
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1
Station 2
Station 3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1 A (4.2-2=2.2)
Station 2
Station 3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1 A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2)
Station 2
Station 3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1 A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2) Idle= .2
Station 2
Station 3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1 A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2) Idle= .2
Station 2 C (4.2-3.25)=.95
Station 3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1
Station 2
A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2)
C (4.2-3.25)=.95
Idle= .2
Idle = .95
Station 3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1
Station 2
A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2)
C (4.2-3.25)=.95
Idle= .2
Idle = .95
Station 3 D (4.2-1.2)=3
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1
Station 2
A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2)
C (4.2-3.25)=.95
Idle= .2
Idle = .95
Station 3 D (4.2-1.2)=3 E (3-.5)=2.5
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1
Station 2
A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2)
C (4.2-3.25)=.95
Idle= .2
Idle = .95
Station 3 D (4.2-1.2)=3 E (3-.5)=2.5 F (2.5-1)=1.5
2
1
1
A
B
G
Task
Followers Follower s
Time (Mins)
A C D B E F G H
6 4 3 2 2 1 1 0
2 3.25 1.2 1 0.5 1 1 1.4
1.4 H
C
D
E
F
3.25
1.2
.5
1
Station 1
Station 2
A (4.2-2=2.2) B (2.2-1=1.2) G (1.2-1= .2)
C (4.2-3.25)=.95
Idle= .2
Idle = .95
Station 3 D (4.2-1.2)=3 E (3-.5)=2.5 F (2.5-1)=1.5 H (1.5-1.4)=.1 Idle = .1
Which station is the bottleneck? bottleneck? What is the the effective cycle cycle time?
Método de Helgeson y Birnie El método ideal para resolver el problema del balance de líneas, es determinar todas las combinaciones tecnológicamente tecnológicamente factibles, asignar tareas a estaciones para un determinado tiempo de ciclo, y luego seleccionar el juego de combinaciones que minimicen minimicen el tiempo muerto para cada número de estaciones seleccionado. Pero, generar todas las combinaciones es posible pero no práctico. Por ello, se han desarrollado otros métodos métodos para tratar el problema del balance de líneas, el cual es en esencia, un problema de naturaleza combinatoria. Existen dos planteos:
a. - Minimizar el número de estaciones de trabajo para un tiempo de ciclo dado. b. -Minimizar el tiempo de ciclo, para un número dado de estaciones.
Método de Helgeson y Birnie (continuación) El primer caso se da cuando queremos aumentar la eficiencia de la línea, disminuyendo el número de estaciones sin modificar el ritmo de producción. El segundo caso se da cuando queremos aumentar la producción en las líneas de montaje, y no es posible variar el número de estaciones de trabajo originales.
Para tratar estos problemas, se han desarrollado modelos matemáticos, y métodos heurísticos (invención, intuición, juicio). Los primeros usan técnicas de programación lineal, etc. Los segundos, si bien no aseguran que la solución hallada sea óptima, suministran una muy buena aproximación y con un esfuerzo comparativamente pequeño.
Método de Helgeson y Birnie (continuación) Caso a. Calcular el mínimo número de estaciones para un tiempo de ciclo dado. Los datos son los siguientes:
- Lista de tareas y relaciones de precedencia entre ellas; - Tiempo Tiempo asignado empleado para desarrollar cada tarea; - Tiempo Tiempo de ciclo. Pasos de Método
1. Se confecciona el diagrama de precedencias. 2. Se construye una matriz unitaria, donde se señalan con unos, las operaciones que deben realizarse sucesivamente después del nodo considerado. Es decir, se indican no sólo las precedencias p recedencias directas, sino también las indirectas.
Método de Helgeson y Birnie (continuación) 3. Se asigna a cada nodo el peso, ponderación o influencia que le corresponde, de acuerdo con la mayor o menor cantidad de nodos que le siguen, y con la importancia de cada uno de éstos. Para ello, al valor propio del nodo analizado se suman los valores correspondientes a los nodos a los cuales precede directa o indirectamente. Se construye un cuadro de nodos ordenados según valores ponderados decrecientes, indicando para cada nodo: - los nodos que los preceden directamente; - el tiempo asignado del nodo; - el tiempo acumulado; - el tiempo muerto.
Método de Helgeson y Birnie (continuación) 5. Se suman los tiempos asignados de cada nodo hasta que se obtenga el valor más próximo en defecto, o igual al tiempo de ciclo. Cuando el valor de la suma supera al tiempo de ciclo, se rechaza el último nodo sumado, y se trabajo con el que sigue. Si con este nuevo valor, también también se supera el tiempo de ciclo, se rechaza el valor, y se trabajo con el siguiente. Esto se realiza hasta que el valor de la suma iguale al valor del tiempo de ciclo, o se obtenga un valor muy próximo en defecto. Logrado esto, se adopta esta combinación, la cual determina los nodos, o sea las tareas que forman parte o son ejecutadas en la primera estación.
Método de Helgeson y Birnie (continuación) 6. Se prosigue el cálculo, confeccionando un nuevo cuadro, encabezándolo con los nodos rechazados en el proceso anterior. Operando en forma similar, se forma la segunda estación, y las subsiguientes. Caso b. Calcular cuál es el mínimo tiempo de ciclo que asegura la máxima producción, para un número dado de estaciones de trabajo. Pasos del Método
1. Se siguen los pasos del 1 al 6 de modo similar a lo hecho para caso a, donde para una cantidad dada de estaciones, estaciones, se obtiene un determinado tiempo de ciclo.
Método de Helgeson y Birnie (continuación) 2. Se confecciona otro cuadro similar para un tiempo de ciclo un centésimo menor que el mayor de d e los tiempos acumulados del cuadro anterior. Si se comprueba que el número de estaciones se ha incrementado, significa que el mayor de los tiempos acumulados del cuadro anterior, anterior, es el mínimo tiempo de ciclo posible para trabajar con el número de estaciones dado al inicio del proceso. 3. Se confecciona un nuevo cuadro para un tiempo de ciclo un centésimo menor que el mayor de d e los tiempos acumulados en el cuadro del d el punto anterior. Se reitera este procedimiento hasta que se compruebe que el número de estaciones se ha incrementado. Esto significa que el mayor de los tiempos acumulados del cuadro anterior es el tiempo de ciclo mínimo
Método de Helgeson y Birnie (continuación) posible para trabajar con una estación más que el número de estaciones dado al inicio del proceso. Eficiencia de la Línea
E (%)= Contenido total del trabajo nºde estaciones x tiempo de ciclo
E (c=2.48)= 8.10 x 100 = 81 % 4 x 2.48 E (c=2.32)= 8.10 x 100 = 87 % 4 x 2.32 ---------------------------------------
x 100
Eficiencia de la Línea (continuación) E (c=2.31)= 8.10 x 100 = 70 % 5 x 2.31
E (c=2.21)= 8.10 x 100 = 73 % 5 x 2.21 E (c=2.11)= 8.10 x 100 = 77 % 5 x 2.11 E (c=1.78)= 8.10 x 100 = 91 % 5 x 1.78 -------------------------------------
Eficiencia de la Línea (continuación) E (c=1.77)= 8.10 x 100 = 76 % 6 x 1.77
E (c=1.67)= 8.10 x 100 = 81.5 % 6 x 1.67 E (c=1.58)= 8.10 x 100 = 86 % 6 x 1.58 --------------------------------------
E (c=1.57)= 8.10 x 100 = 64 % 8 x 1.57
Método de Kilbridge y Wester
La herramienta fundamental de este método es el diagrama de precedencias, construido de la siguiente manera:
Se agrupan los nodos en columnas que tienen las siguientes características: - En la columna I se reúnen todas aquellas operaciones que no necesitan ser precedidas por ninguna otra. - En las columnas siguientes se agrupan aquellas tareas que deben seguir operaciones que ya figuran en el diagrama. - Se trazan las fechas indicativas de las precedencias, orientadas siempre de izquierda a derecha, y verificando que no existan flechas entre las tareas representadas por nodos que están situados sobre una misma columna.
Método de Kilbridge y Wester Wester (continuación) (continua ción) El método se base en los siguientes conceptos: 1. Dentro de cada columna, las operaciones son mutuamente independientes, ya que no están conectadas con flechas, y pueden en consecuencia ser permutadas entre ellas y en cualquier orden, sin que por esto se violen las restricciones de precedencia. 2. Puede apreciarse que muchas operaciones tienen la facultad de poderse mover o correr hacia la derecha sin perturbar tampoco las relaciones de precedencia.
Según los autores, existe un número grande de diagramas topológicamente equivalentes que satisfacen las mismas restricciones de secuencia.
Método de Kilbridge y Wester (continuación) Se utilizan las siguientes propiedades: 1. Permutabilidad dentro de una misma columna.
2. Posibilidad de mover o desplazar tareas en sentido horizontal. Aplicación del Método
Problema clase a. Tiempo de ciclo dado: 0.7 unidades de tiempo. Se comienza tratando de asignar operaciones a estaciones de trabajo, respetando la secuencia, haciendo uso de las propiedades (1) y (2), de tal modo de encontrar un valor igual igual al tiempo de ciclo, o más próximo a él en defecto.
Método de Kilbridge y Wester (continuación) Se aprecia que el resultado obtenido es el mismo que el logrado con el Método de Helgeson y Birnie.
El método descrito es efectivo para diagramas complejos y con gran número de elementos, y puede proveer un juego de soluciones diferentes en su composición, pero iguales en su eficiencia: juego, éste, que permite elegir la solución más conveniente.
Análisis para Varios Tiempos de Ciclo
El tiempo muerto crece en forma lineal para crecientes tiempos de ciclo, dentro del mismo número de estaciones.
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