3 UNIDADPLANEACION Y DISEÑO DE INSTALACIONES

3.1 PRINCIPIOS BÁSICOS PLANEACIÓN Y DISEÑO DE INSTALACIONESConceptos Básicos - Definición

La distribución de planta es un concepto relacionado con la disposición de las máquinas, los departamentos, las estaciones de trabajo, las áreas de almacenamiento, los pasillos y los espacios comunes dentro de una instalación productiva propuesta o ya existente. La finalidad fundamental de la distribución en planta consiste en organizar estos elementos de manera que se asegure la fluidez del flujo de trabajo, materiales, personas e información a través del sistema productivo.

Características de una adecuada Distribución de Planta

• Minimizar los costes de manipulación de materiales.• Utilizar el espacio eficientemente.• Utilizar la mano de obra eficientemente.• Eliminar los cuellos de botella.• Facilitar la comunicación y la interacción entre los propios trabajadores, con los

supervisores y con los clientes.• Reducir la duración del ciclo de fabricación o del tiempo de servicio al cliente.• Eliminar los movimientos inútiles o redundantes.• Facilitar la entrada, salida y ubicación de los materiales, productos o personas.• Incorporar medidas de seguridad.• Promover las actividades de mantenimiento necesarias.• Proporcionar un control visual de las operaciones o actividades.• Proporcionar la flexibilidad necesaria para adaptarse a las condiciones

cambiantes.

Parámetros para la elección de una adecuada Distribución de Planta. El tipo de distribución elegida vendrá determinado por:

• La elección del proceso.• La cantidad y variedad de bienes o servicios a elaborar.• El grado de interacción con el consumidor.• La cantidad y tipo de maquinaria.• El nivel de automatización.• El papel de los trabajadores.• La disponibilidad de espacio.• La estabilidad del sistema y los objetivos que éste persigue.

Las decisiones de distribución en planta pueden afectar significativamente la eficiencia con que los operarios desempeñan sus tareas, la velocidad a la que se pueden elaborar

los productos, la dificultad de automatizar el sistema, y la capacidad de respuesta del sistema productivo ante los cambios en el diseño de los productos, en la gama de productos elaborada o en el volumen de la demanda.

3.2 TIPOS DE DISTRIBUCIÓN EN PLANTAExisten cuatro tipos básicos de distribuciones en planta:

1. Distribución por Procesos. La distribución en planta por proceso se adopta cuando la producción se organiza por lotes (por ejemplo: muebles, talleres de reparación de vehículos, sucursales bancarias, etc.). El personal y los equipos que realizan una misma función general se agrupan en una misma área, de ahí que estas distribuciones también sean denominadas por funciones o por talleres. En ellas, los distintos ítems tienen que moverse, de un área a otra, de acuerdo con la secuencia de operaciones establecida para su obtención. La variedad de productos fabricados supondrá, por regla general, diversas secuencias de operaciones, lo cual se reflejará en una diversidad de los flujos de materiales entre talleres. A esta dificultad hay que añadir la generada por las variaciones de la producción a lo largo del tiempo que pueden suponer modificaciones (incluso de una semana a otra) tanto en las cantidades fabricadas como en los propios productos elaborados. Esto hace indispensable la adopción de distribuciones flexibles, con especial hincapié en la flexibilidad de los equipos utilizados para el transporte y manejo de materiales de unas áreas de trabajo a otras.Tradicionalmente, estas características han traído como consecuencia uno de los grandes inconvenientes de estas distribuciones, el cual es la baja eficiencia de las operaciones y del transporte de los materiales, al menos en términos relativos respecto de las distribuciones en planta por producto. Sin embargo, el desarrollo tecnológico está facilitando vencer dicha desventaja, permitiendo a las empresas mantener una variedad de productos con una eficiencia adecuada. Las principales ventajas e inconvenientes fueron introducidas en clase.

2. Distribución por Producto o en Línea. La distribución en planta por producto es la adoptada cuando la producción está organizada, bien de forma continua, bien repetitiva, siendo el caso más característico el de las cadenas de montaje. En el primer caso (por ejemplo: refinerías, celulosas, centrales eléctricas, etc.), la correcta interrelación de las operaciones se consigue a través del diseño de la distribución y las especificaciones de los equipos. En el segundo caso, el de las configuraciones repetitivas (por ejemplo: electrodomésticos, vehículos de tracción mecánica, cadenas de lavado de vehículos, etc.), el aspecto crucial de las interrelaciones pasará por el equilibrado de la línea, con objeto de evitar los problemas derivados de los cuellos de botella desde que entra la materia prima hasta que sale el producto terminado.Las ventajas más importantes que se pueden citar de la distribución en planta por producto son:

Manejo de materiales reducido Escasa existencia de trabajos en curso Mínimos tiempos de fabricación. Simplificación de los sistemas de planificación y control de la producción Simplificación de tareas.

En cuanto a inconvenientes, se pueden citar:

Ausencia de flexibilidad en el proceso (un simple cambio en el producto puede requerir cambios importantes en las instalaciones)

Escasa flexibilidad en los tiempos de fabricación Inversión muy elevada Todos dependen de todos (la parada de alguna máquina o la falta de

personal de en alguna de las estaciones de trabajo puede parar la cadena completa)

Trabajos muy monótonos.

3. Distribución de Posición Fija.

Este tipo de distribución es apropiada cuando no es posible mover el producto debido a su peso, tamaño, forma, volumen o alguna característica particular que lo impida.

Esta situación ocasiona que el material base o principal componente del producto final permanezca inmóvil en una posición determinada, de forma que los elementos que sufren los desplazamientos son el personal, la maquinaria, las herramientas y los diversos materiales que no son necesarios en la elaboración del producto,

El material permanece en situación fija y son los hombres y la maquinaria los que confluyen hacia él.

4. Distribuciones Híbridas: Las Células de Trabajo.

Las formas híbridas de distribución en planta intentan combinar los tres tipos básicos que acabamos de señalar para aprovechar las ventajas que ofrece cada uno de ellos. Son tres:

La Distribución Celular

La denominación de distribución celular es un término relativamente nuevo, sin embargo, el fenómeno no lo es en absoluto. En esencia, la fabricación celular busca poder beneficiarse simultáneamente de las ventajas derivadas de las distribuciones por producto y de las distribuciones por proceso, particularmente de la eficiencia de las primeras y de la flexibilidad de las segundas. Esta consiste en la aplicación de los principios de la tecnología de grupos a la producción, agrupando outputs con las mismas características en familias y asignando grupos de máquinas y trabajadores para la producción de cada familia.

Las ventajas e inconvenientes de la distribución celular aparecen a continuación:

Disminución del material en proceso (una misma célula engloba varias etapas del proceso de producción, por lo que el traslado y manejo de materiales a través de la planta se ve reducido). 

Disminución de los tiempos de preparación (hay que hacer menos cambios de herramientas puesto que el tipo de ítems a los que se dedican los equipos está ahora limitado). 

Disminución de los tiempos de fabricación.  Simplificación de la planificación.  Se facilita la supervisión y el control visual.

Inconvenientes Incremento en el costo y desorganización por el cambio de una

distribución por proceso a una distribución celular.  Normalmente, reducción de la flexibilidad del proceso.  Potencial incremento de los tiempos inactivos de las máquinas (éstas

se encuentran ahora dedicadas a la célula y difícilmente podrán ser utilizadas todo el tiempo). 

Riesgo de que las células queden obsoletas a medida que cambian los productos y/o procesos.

VentajasLas ventajas se verán reflejadas en un menor costo de producción y en una mejora en los tiempos y en una mejora en los tiempos de suministro y en el servicio al cliente, incluso, podrían conseguirse mejoras en la calidad, aunque ello necesitará de otras actuaciones aparte del cambio en la distribución.

Células pilotoSe da cuando hay alguna familia de ítems que se produce completamente en una célula, pero la mayoría se procesa de la forma habitual en el resto de la planta, dicha situación puede tener un triple origen:

Realización de una prueba piloto para evaluar los beneficios de la producción celular. 

Una célula automatizada (o incluso manual) que produce una familia de ítems con alguna característica especial (por ejemplo; elevado volumen de producción, nivel de calidad determinado, proceso de producción específico, etc.).

Una "mini-instalación", es decir, una parte de las instalaciones normalmente automatizada y completamente dedicada al diseño, producción y venta de una familia de ítems. Al englobar aspectos de ingeniería, marketing, contabilidad y otros servicios de apoyo asociados a la fabricación y venta de producción, el concepto de mini- instalación es más amplio que el de célula productiva.

Nivel de implantación autónomoRepresenta la situación más pura (a la que normalmente se hace referencia cuando se habla de una distribución celular). Casi la totalidad de las instalaciones están dedicadas a la producción celular y las familias de

ítems necesitan sólo su célula dedicada para ser fabricados completamente.

Formación de célulasLa aplicación de los principios de la tecnología de grupos a la formación de las familias de ítems y células asociadas a las mismas, aspecto fundamental en el estudio de la Distribución Celular, supone seguir tres pasos básicos: ·   Seleccionar las familias de productos ·   Determinar las células. ·   Detallar la ordenación de las células.

Los dos primeros pasos pueden realizarse por separado, pero, es frecuente abordarlos simultáneamente. En relación con la agrupación de productos para su fabricación conjunta en una misma célula, habrá que determinar primero cual será la condición determinante que permita la agrupación.

A veces ésta resulta obvia al observar sus similitudes de fabricación, otras veces no lo es tanto y hay que ver si conviene realizarla en función de la similitud en la forma, en el tamaño en los materiales que incorporan, en las condiciones medioambientales requeridas, etc.

Una vez determinadas las familias de productos, la formación de una célula para cada familia puede ser la mejor solución, aunque ello no sea siempre cierto (a veces es incluso una solución imposible). Son muchas las ocasiones en las que es difícil definir las células sobre la base de idénticos requerimientos en el proceso de producción de las familias de ítems. Las cuatro aproximaciones utilizadas generalmente para identificar familias y células son las siguientes:

Clasificación y codificación de todos los ítems y comparación de los mismos entre sí para determinar las familias, posteriormente, habrá que identificar las células y equipos que han de producirlas. 

Formación de células por agrupación de máquinas, utilizando el análisis clúster o la teoría de grafos. En este caso, aún habrá que solucionar la formación de las familias. 

Formación de familias por similitud de rutas de fabricación. De nuevo, queda pendiente la identificación de las células. 

Identificación simultánea de familias y células fundamentada en la similitud entre productos en función de sus necesidades de equipos / máquinas (o viceversa).

Por último, una vez determinadas las células y las familias de productos que en ellas se elaborarán, hay que detallar la distribución interna de las mismas. Dicha distribución será, por lo general, muy similar a la de una típica distribución por producto. El número de máquinas y el cuello de botella determinarán la capacidad de la célula; el manejo de materiales debe minimizarse y se equilibrará la carga de trabajo tanto como sea posible.

Los Sistemas de fabricación flexible

Representan el intento de diseñar fábricas que sean capaces de funcionar permanentemente de forma automatizada, sin necesidad de la intervención de operadores humanos. Se sustentan, por lo tanto, más en la introducción de la automatización que en la reorganización del flujo del proceso.

Por sistema de fabricación flexible se entiende un grupo de máquinas-herramientas de control numérico enlazadas entre sí mediante un sistema de transporte de piezas común y un sistema de control centralizado. Para cada pieza a fabricar, se dispone de programas de piezas comprobados y memorizados en una estación de datos central. Varias máquinas-herramientas CN diferentes (complementarias entre sí) o similares (redundantes) realizan los mecanizados necesarios en las piezas de una familia, de manera que el proceso de fabricación tiene lugar de modo automático.

En lo posible, el desarrollo automático del mecanizado no debe interrumpirse debido a cambios manuales de herramientas o amarre. Los sistemas sofisticados pueden incluir también un almacén de materiales, máquinas de medición, y gestión automática de herramientas en los flujos de trabajo e información. Un sistema de este tipo responde ampliamente a la imagen de un " sistema tránsfer flexible " para el mecanizado rentable de lotes pequeños y medianos.

La utilización de máquinas-herramientas de control numérico facilita notablemente la adaptación continua de modificaciones de diseño o de mecanizado, sin los cambios de equipos, normalmente inevitables y costosos en tiempo, de los sistemas tránsfer tradicional. Un sistema de fabricación flexible no está condicionado por un tamaño mínimo de lote sino que puede mecanizar incluso piezas únicas en cualquier sucesión, siempre bajo la premisa de la existencia del correspondiente programa de pieza.

Características

Las características de una fabricación flexible son:

Flexibilidad.En el producto en cuanto a: forma, dimensiones, materiales, previsión. En la producción en cuanto a cantidad, lotes, programas.

Automatización  En el mecanizado, cambio de pieza, cambio de herramienta, transporte, identificación, limpieza de piezas, verificación de piezas,

Productividad Debido a la fabricación desatendida, rapidez de cambio de herramienta, rapidez de cambio de pieza, pocas averías, optimización del mecanizado.

Calidad del producto  Asegurada por: la inspección de piezas, precisión de las máquinas, estabilidad térmica, rigidez de las máquinas, autocorrección. 

Fiabilidad del proceso Gracias al: control de desgaste, control de desviaciones, control de condiciones de mecanizado, mantenimiento preventivo.

Elección y disposición de las máquinas El diseño de sistemas de fabricación flexibles, y especialmente la

elección de las máquinas que utilizar, se rige por las piezas y las tareas de fabricación.

Es imprescindible que las máquinas dispongan de control numérico, en lo que pueden ser útiles tanto máquinas estándar (p.ej. centros de mecanizado) como máquinas especiales (p.ej. cambiadores de cabezales de taladrado multihusillo o unidades de fresado).

La ingeniería encargada de la elaboración del sistema completo debería ocuparse de encargar las máquinas a los proveedores. De este modo quedará en una sola mano la responsabilidad del funcionamiento futuro del sistema completo. Lo mismo es válido para las máquinas para operaciones posteriores sobre las piezas producidas, como las lavadoras de piezas, máquinas de medición, estaciones de inversión, etc.

Durante el funcionamiento posterior se verá muy pronto hasta qué punto se ha elegido acertadamente. Según la experiencia actual, es aconsejable utilizar en lo posible máquinas estandarizadas y no más de dos o tres tipos de máquinas diferentes. Cuando una máquina no puede utilizarse por avería u otros motivos, las máquinas restantes tienen que estar en situación de realizar, transitoriamente, las tareas de la misma para evitar el paro total del sistema de fabricación.

Ninguna de las máquinas debería estar orientada a la fabricación de una pieza concreta: cada máquina debe poderse utilizar universalmente (de modo flexible) una vez cambiadas las herramientas o incorporado el nuevo programa.

Sólo así es posible adaptar rápidamente la producción del sistema a las cambiantes exigencias del mercado. También es más fácil y barata una ampliación posterior si no hay máquinas especiales que den origen a cuellos de botella difícilmente evitables.

Las Cadenas de Montaje de Varios Modelo

Son un intento de superar las limitaciones de las cadenas de montaje clásicas, que se centraban en la elaboración de un único tipo de producto. Tradicionalmente, este objetivo se lograba elaborando enormes lotes de un tipo de producto, deteniendo la actividad de la cadena, y reconfigurando sus elementos para adaptarlos a la elaboración del nuevo producto.

Esto ocasionaba grandes problemas como consecuencia de los desajustes entre producción y demanda. Para resolver esta dificultad, las empresas occidentales se centraron en la mejora de las técnicas de previsión de la demanda, mientras que las japonesas lo hicieron en la mejora de la organización y operatividad de las cadenas.

Comenzaron reduciendo el tiempo necesario para adaptar la cadena para elaborar distintos tipos de productos. A continuación, prepararon a los operarios para realizar una variedad mayor de tareas, con el fin de permitirles funcionar en distintas estaciones de trabajo si fuera preciso. Finalmente, modificaron el modo en que estaba organizada y programada la cadena. Las características de las cadenas de montaje de varios modelos son cuatro:

Equilibrado de la Cadena Los elementos de trabajo varían de un producto a otro, por lo tanto, al equilibrar la cadena debe tenerse en cuenta esta circunstancia. Se deben diseñar las estaciones de trabajo teniendo en cuenta los elementos de los distintos productos.

Mano de Obra Flexible Los empleados desempeñan tareas distintas en la elaboración de diversos productos, y sus trabajos son bastante flexibles como para que se puedan permitir servir de apoyo a sus compañeros en caso de necesidad.

Cadena en Forma de “U” Para compensar los requerimientos de trabajo de los distintos productos es necesario disponer de mano de obra flexible, y además, organizar la cadena de modo que los operarios puedan ayudarse unos a otros. Esta meta la facilita la forma de “U”.

Secuencia de Modelos Al elaborarse distintos tipos de productos, surge un problema adicional, que es decidir la secuencia en la que recorrerán la cadena. La lógica lleva a pensar que deben alternarse distintos tipos de modelos, para asegurar la fluidez de los productos a lo largo de la cadena.

3.3 METODOLOGÍA PARA LA DISTRIBUCIÓN DE PLANTA

Metodología de la distribución en planta.

La distribución en planta supone un proceso iterativo como lo describe lo siguiente:

1. Planear el todo y después los detalles.Se comienza determinando las necesidades generales de cada una de las áreas en relación con las demás y se hace un distribución general de conjunto. Una vez aprobada esta distribución general se procederá al ordenamiento detallado de cada área.

2. Plantear primero la disposición lineal y luego la disposición práctica.En primer lugar se realizar una distribución teórica ideal sin tener en cuenta ningún condicionante. Después se realizan ajustes de adaptación a las limitaciones que tenemos: espacios, costes, construcciones existentes, etc.

3. Planear el proceso y la maquinaria a partir de las necesidades de la producción.

El diseño del producto y las especificaciones de fabricación determinan el tipo de proceso a emplear. Hemos de determinar las cantidades o ritmo de producción de los diversos productos antes de que podamos calcular qué procesos necesitamos. Después de “dimensionar” estos procesos elegiremos la maquinaria adecuada.

4. Planear la distribución basándose en el proceso y la maquinaria.Antes de comenzar con la distribución debemos conocer con detalle el proceso y la maquinaria a emplear, así como sus condicionantes (dimensiones, pesos, necesidades de espacio en los alrededores, etc).

5. Proyectar el edificio a partir de la distribución.La distribución se realiza sin tener en cuenta el factor edificio. Una vez conseguida una distribución óptima le encajaremos el edificio necesario. No deben hacerse más concesiones al factor edificio que la estrictamente necesaria.Pero debemos tener en cuenta que el edificio debe ser flexible, y poder albergar distintas distribuciones de maquinaria. Hay ocasiones en que el edificio es más duradero que las distribuciones de líneas que puede albergar.

6. Planear con la ayuda de una clara visualización.Los planos, gráficos, esquemas, etc, son fundamentales para poder realizar una buena distribución.

7. Planear con la ayuda de otros.

La distribución es un trabajo de cooperación, entre los miembros del equipo, y también con los interesados (cliente, gerente, encargados, jefe taller, etc).Es más sencillo conseguir la aceptación de un diseño cuando se ha contado con todos los interesados en la generación del mismo.

8. Comprobación de la distribución.Todos los implicados deber revisar la distribución y aceptarla. Después pueden seguirse definiendo otros detalles.

9. Vender la distribución.Debemos conseguir que los demás acepten nuestro plan. Pueden seguirse estrategias comerciales como las siguientes:

3.4 DISEÑO DE PLANTA A TRAVÉS DE SOFTWARE ESPECIALIZADO.Debido al elevado número de factores que han de ser tenidos en cuenta a la hora de diseñar una distribución en planta y al enorme número de cálculos y posibilidades en los problemas de distribución, la computadora juega un papel importante facilitando el desarrollo de los cálculos.

Los programas desarrollados para asistir a la distribución en planta pueden utilizar criterios cuantitativos (debiendo ser especificadas entonces las matrices de distancias e intensidades de tráfico entre áreas) o cualitativos (en cuyo caso se utilizan escalas de prioridades de cercanía).

AB-POM es una aplicación versátil que permite la solución de una gran cantidad de problemas en el campo de la investigación operativa. Incluye 18 módulos útiles para analizar una gran variedad de problemas asociados a la programación lineal, la planeación agregada, la teoría de colas, la planeación del requerimiento de materiales, la localización y distribución en planta, entre otros.

Este programa que corre sobre el MS-DOS por tanto no requiere de instalación. AB-POM (versión 3.16) AB-POM (versión 3.16)

WinQSB es un sistema interactivo de ayuda a la toma de decisiones que contiene herramientas muy útiles para resolver distintos tipos de problemas en el campo de la investigación operativa. WINQSB (versión 1.0 para Windows®)

Análisis de muestreo de aceptación (Acceptance Sampling Analysis) Planeación agregada (Aggregate Planning)

Análisis de decisiones (Decision Analysis) Programación dinámica (Dynamic Programming) Diseño y localización de plantas (Facility Location and Layout) El mismo está

formado por los módulos siguientes: Programación por objetivos (Goal Programming) Teoría y sistemas de inventarios (Inventory Theory and System) Programación de jornadas de trabajo (Job Scheduling) Programación lineal y entera (Linear and integer programming) Procesos de Markov (Markov Process) Planeación de Requerimiento de Materiales (Material Requirement Planning) Modelación de redes (Network Modeling) Programación no lineal (Nonlinear Programming) PERT y CPM (PERT_CPM) Programación cuadrática (Quadratic Programming) Pronósticos (Forecasting) Cartas de control de calidad (Quality Control Chart) Sistemas de cola (Queuing Analysis) Simulación de sistemas de cola (Queuing Analysis Simulation) Este programa utiliza los mecanismos típicos de la interface de Windows, es decir,

ventanas, menús desplegables, barras de herramientas, etc.; por lo tanto su manejo es similar a cualquier otro que utilice el entorno Windows.

File: incluye las opciones típicas de este tipo de menús en Windows, es decir, permite crear y salvar ficheros con nuevos problemas, leer otros ya existentes o imprimirlos.

Edit: incluye las utilidades típicas para editar problemas, copiar, pegar, cortar o deshacer cambios. También permite cambiar los nombres de los problemas, las variables, y las restricciones. Facilita la eliminación o adición de variables y/o restricciones, y permite cambiar el sentido de la optimización.

Format: incluye las opciones necesarias para cambiar la apariencia de las ventanas, colores, fuentes, alineación, anchura de celdas, etc.

Solve and Analyze: esta opción incluye al menos dos comandos, uno para resolver el problema y otro para resolverlo siguiendo los pasos del algoritmo.

Results: incluye las opciones para ver las soluciones del problema y realizar si procede distintos análisis de la misma.

Utilities: este menú permite acceder a una calculadora, a un reloj y a un editor de gráficas sencillas.

Window: permite navegar por las distintas ventanas que van apareciendo al operar con el programa.

3.5 MACRO Y MICRO LOCALIZACIÓN DE PLANTAS.Los factores más importantes a considerar para la localización a nivel macro son:

Costo de Transporte de Insumos y ProductosSe trata de determinar si, la localización quedara cerca del insumo o del mercado. La comparación se debe hacer tomando en cuenta pesos, distancias y tarifas vigentes.También se da el caso que el transporte de las materias primas es menor que el del producto terminado, entonces es necesario localizar la planta cerca del mercado.

Disponibilidad y Costos de los Insumos

Considerando la cantidad de productos para satisfacer la demanda, se debe analizar las disponibilidades y costos de la materia prima en diferentes zonas.

Recurso humano.Existen industrias, cuya localización se determina sobre la base de la mano de obra, esto es cuando se utilizan un gran porcentaje de esta y el costo es muy bajo.

Políticas de DescentralizaciónSe hacen con el objeto de descongestionar ciertas zonas y aprovechar recursos de materia prima que ofrecen el lugar geográfico.

LOCALIZACIÓN A NIVEL MICRO.En la localización a nivel micro se estudian aspectos más particulares a los terrenos ya utilizados.Entre los factores a considerar están:

Vías de AccesoSe estudian las diversas vías de acceso que tendrá la empresa.

Transporte de Mano de Obra.Se analiza si será necesario facilitar transporte para la mano de obra a utilizar en los procesos productivos.

Energía EléctricaEs uno de los factores más importantes para localizar la planta y es preferible ubicarla cerca de la fuente de energía.

AguaEl agua en cantidad y calidad puede ser decisiva para la localización.Es utilizada para todas las actividades humanas. En una industria se usa para calderas, procesos industriales y enfriamientos.

Valor TerrenoEn proyectos agropecuarios, la calidad de la tierra juega un papel importante al lado de la disponibilidad de agua superficial del suelo.

Calidad de mano de obraInvestigar si existe la mano de obra requerida de acuerdo a la industria.