06 - Balance De Línea.pdf

¡La Universidad para todos!

ESTUDIO DEL TRABAJO Tema: BALANCE DE LINEA Docente: Mag. Ing. Gustavo Manuel Yáñez Wendorff

Escuela Profesional INGENIERÍA INDUSTRIAL

Periodo académico: 2018-1 Semestre: Unidad:

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BALANCE DE LINEA

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BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • El balance o balanceo de línea es una de las herramientas más importantes para el control de la producción, dado que de una línea de fabricación equilibrada depende la optimización de ciertas variables que afectan la productividad de un proceso, variables tales como los son los inventarios de producto en proceso, los tiempos de fabricación y las entregas parciales de producción.

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BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • El problema de balance de líneas de producción consiste en distribuir físicamente las tareas o procesos individuales entre estaciones o celdas de trabajo, con el objetivo (idealmente) de que cada estación de trabajo nunca esté ociosa. • Se genera en organizaciones orientadas al producto. • Dispuesta para fabricar un producto específico

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BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • Una vez registrados los hechos de un proceso, se puede analizar el mismo para determinar si existe una adecuada asignación de recursos humanos y materiales. El balance de línea del proceso en cuestión, garantizará de forma cuantitativa, la información necesaria para esta labor. • El Balance de Carga y Capacidad consiste en la determinación y comparación de las cargas y capacidad de la empresa y constituye un elemento fundamental para la correcta dirección de la producción. • Un proceso está balanceado cuando todas sus actividades tienen aproximadamente la misma capacidad (ver siguiente Tabla). 5

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BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN Contenido total de trabajo asignado a una actividad

»

Posibilidad que tiene una actividad de absorber ese contenido total

»

El trabajo que puede hacerse en una actividad

»

Capacidad total que tiene una actividad

o El trabajo que debe hacerse en una actividad o Carga total de trabajo asignada a una actividad

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PROBLEMA DE BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • Asignar tareas individuales a estaciones de trabajo tal que se optimice una cierta medida de desempeño definida para tal fin. • Existe un balance perfecto en una línea de producción, cuando todas sus estaciones de trabajo tienen la misma cantidad de labor y el producto fluye sin retrasos.

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OBJETIVO • El objetivo fundamental de un balanceo de línea corresponde a igualar los tiempos de trabajo en todas las estaciones del proceso. • Su objetivo es minimizar el desbalance en la línea de fabricación o ensamblaje: • Balancearla salida de cada estación de trabajo • Reducir los desequilibrios entre máquinas o personal, al tiempo que se obtiene la producción deseada de la línea. • Crear un flujo suave y continuos en la línea de producción. • Mínimo de tiempo ocioso entre cada estación. • Maximizar la eficacia. • Minimizar el número de las estaciones de trabajo. 8

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BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • Establecer una línea de producción balanceada requiere de una juiciosa consecución de datos, aplicación teórica, movimiento de recursos e incluso inversiones económicas. Por ende, vale la pena considerar una serie de condiciones que limitan el alcance de un balanceo de línea, dado que no todo proceso justifica la aplicación de un estudio del equilibrio de los tiempos entre estaciones. Tales condiciones son: https://www.youtube.com/watch?v=8YHBy-Htp2g https://www.youtube.com/watch?v=buzTgihniig 9

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CONDICIONES DEL BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • Cantidad • El volumen o cantidad de la producción debe ser suficiente para cubrir la preparación de una línea. Es decir, que debe considerarse el costo de preparación de la línea y el ahorro que ella tendría aplicado al volumen proyectado de la producción (teniendo en cuenta la duración que tendrá el proceso). • Continuidad • Deben tomarse medidas de gestión que permitan asegurar un aprovisionamiento continuo de materiales, insumos, piezas y subensambles. Así como coordinar la estrategia de mantenimiento que minimice las fallas en los equipos involucrados en el proceso

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LÍNEA DE FABRICACIÓN Y LÍNEA DE ENSAMBLE

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LÍNEA DE FABRICACIÓN Y LÍNEA DE ENSAMBLE • Las líneas de fabricación deben ser balanceadas de tal manera que la frecuencia de salida de una máquina debe ser equivalente a la frecuencia de alimentación de la máquina que realiza la operación siguiente. • De igual forma debe de realizarse el balanceo sobre el trabajo realizado por un operario en una línea de ensamble. • En la práctica es mucho más sencillo balancear una línea de ensamble compuesta por operarios, dado que los cambios suelen aplicarse con tan solo realizar movimientos en las tareas realizadas por un operario a otro.

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LÍNEA DE FABRICACIÓN Y LÍNEA DE ENSAMBLE • Para ello también hace falta que dentro de la organización se ejecute un programa de diversificación de habilidades, para que en un momento dado un operario pueda desempeñar cualquier función dentro del proceso. • Por otro lado, el ritmo de las líneas de fabricación suele ser determinado por los tiempos de la máquina, y se requiere de desarrollo ingenieril o cambios mecánicos para facilitar un balanceo.

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LÍNEA DE FABRICACIÓN Y LÍNEA DE ENSAMBLE • Dentro de las líneas de producción susceptibles de un balanceo se encuentran las líneas de fabricación y las líneas de ensamble. • La línea de fabricación se encuentra desarrollada para la construcción de componentes, mientras la línea de ensamble se encuentra desarrollada para juntar componentes y obtener una unidad mayor.

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EJEMPLO DE BALANCE DE LÍNEAS • Una industria desea estructurar una línea de ensamblaje para producir un determinado producto, requiriendo para ello, la realización de 10 tareas. • Tarea Tiempo(seg.) Tarea Predecesora 1 2 3 4 5 6 7 8 9

40 30 50 36 20 25 19 10 14

2,3 4,5 6,7 8 8 9 9 10 10 15

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EJEMPLO TAREAS Y SU PRECEDENCIA Tareas u Operaciones

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EJEMPLO DISTRIBUCIÓN POSIBLE Estaciones de trabajo

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EJEMPLO DISTRIBUCIÓN POSIBLE 66 seg.

120 seg.

88 seg.

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EJEMPLO • Las estaciones de trabajo • Trabajan en paralelo • Al mismo tiempo se efectúan tareas en cada estación de trabajo • La idea es que las estaciones de trabajo se pasen el producto en proceso “in step” (paso a paso) • Todas a la vez • En el mismo momento

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EJEMPLO • Las estaciones de trabajo • Trabajan en paralelo • Al mismo tiempo se efectúan tareas en cada estación de trabajo • La idea es que las estaciones de trabajo se pasen el producto en proceso “in step” (paso a paso) • Todas a la vez • En el mismo momento

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EJEMPLO • WS1 le pasa a WS2 • WS2 le pasa a WS3 • WS3 le pasa a la próxima etapa en el proceso WS1 120 seg.

WS2 88 seg.

WS3 66 seg.

• Ninguna estación de trabajo puede pasar el producto hasta que la siguiente halla terminado su proceso (esté libre) (estrategia just-in time)

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EJEMPLO • En la solución planteada, la línea de ensamblaje termina un producto cada 120 seg. • El sistema progresa a la velocidad de la estación de trabajo más lenta.

https://www.youtube.com/watch?v=1sdCHkLz2_I

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EJEMPLO Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin de tener al menos un producto cada 60 seg. 55 seg. 55 seg. 40seg.

44 seg.

30 seg.

50seg. 23

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PROBLEMA DE BALANCE DE LÍNEAS DE PRODUCCIÓN • Asignación de n procesos a k estaciones de trabajo, minimizando el tiempo muerto (ocioso) sujeto a restricciones de precedencia y tecnológicas. • Se requiere asignar los n procesos o tareas necesarias para la elaboración de un cierto producto en k estaciones de trabajo. • k= número de estaciones de trabajo • n= número de procesos y tareas k≤n

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EL TIEMPO DE CICLO • El tiempo de ciclo, “c” es el tiempo que permanece cada pieza o producto en proceso en cada estación. Tiempo de producción disponible por turno (d) c= Demanda por turno o Tasa de producción por turno o Volumen de producción deseado por turno (V) • Es el tiempo que marca la velocidad de procesamiento del producto. • Cada vez que se cumple el tiempo de ciclo, cada estación debe pasar el producto en proceso a la siguiente estación. 25

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EL TIEMPO DE CICLO EJEMPLO Se desean producir 1.000 unidades por turno de trabajo V = 1000 unidades/turno con una disponibilidad de 480 minutos por turno d = 480 minutos/turno El ciclo de la línea será c = d / V = 480 minutos/turno /1000 unidades/turno c = 0,48 minutos/unidades

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EL TIEMPO DE CICLO EJEMPLO • c = Tiempo/unidad de producto. • Es un dato dado previamente. • No tiene sentido establecer una distribución de estaciones para producir, por ejemplo: 90 unidades cada hora (c = 3600/90 = 40 seg./unidad) si sólo requerimos 45 unidades por hora (c = 3600/45 = 80 seg./unidad)

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EL TIEMPO MUERTO • El tiempo muerto, TM, es la medida de desempeño utilizada en un problema de balance de líneas de producción.

Es el tiempo estándar de elaboración del proceso o tarea i , determinado por las técnicas de medición del trabajo Es el tiempo estándar total de trabajo para terminar una unidad del producto, si - cada tarea o proceso se realiza secuencialmente - sin tiempos de espera entre las tareas

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EL TIEMPO MUERTO EJEMPLO • • • • • •

En el ejemplo anterior: Tiempo de ciclo deseado Suponga d = 3600 seg./hora V = 60 unidades/hora c = 3600 seg./hr/60 unid/hr = 3600/60 = 60 seg./unidad No. de estaciones de trabajo k = 6 estaciones Kc = 60x6 = 360 seg. = 40 +50 + 55 + 55 +44 +30 = 274 segs. = TM = 6x60 -274 = 360 -274 = 86 seg.

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MEDIDAS DE EFICIENCIA = EC = Eficacia (Eficiencia) del ciclo • Es el porcentaje real de utilización de la mano de obra empleada en la línea. También se llama “Tasa de Utilización”(“UtilizationRate”) EC= 274 / 360 x 100 = 76,11% Idealmente debe ser 100% • Retraso del balance =

RB = TM / kcx 100 = 1 - EC

• Es el porcentaje de la mano de obra ociosa RB = 86 / 360 x 100 = 23,89% Idealmente debe ser 0% 30

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MINIMIZACIÓN DEL TIEMPO MUERTO • Minimizar TM es equivalente a minimizar k

• Si TM= 0, entonces, • el número de estaciones teórico es

Para un retraso mínimo 31

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MÉTODOS DE RESOLUCIÓN • Métodos exactos • Programación dinámica • Programación entera • Teoría de redes

• Métodos heurísticos

Presentan problemas en cuanto al tamaño del problema a resolver

Ayudan a dar una respuesta adecuada a problemas de mayor dimensión

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PROCESO NORMAL DE UN EQUILIBRADO DE LA LÍNEA DE ENSAMBLAJE • Calcular el tiempo de ciclo requerido dividiendo el tiempo productivo o disponible diario o por turno (d) entre las unidades de demanda diaria o por turno (o tasa de producción) (V). c = d V • Calcular el número mínimo teórico de estaciones de trabajo. Esto es, la duración total de las tareas dividida por el tiempo de ciclo.

• Equilibrar la línea, asignando tareas de montaje específicas a cada estación de trabajo. 33

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PASOS DEL EQUILIBRADO DE LA LÍNEA DE ENSAMBLAJE 1.Identificar una lista maestra de tareas u operaciones. 2.Estimarla secuencia, considerando las restricciones: 1.De secuencia de realización de las operaciones. 2.Tecnológicas, en cuanto a qué operaciones deben realizarse en la misma estación o por el contrario, no pueden realizarse en la misma estación. 3.Operarios : Número de trabajadores requeridos por operación (Oi) 3.Dibujar el diagrama de precedencia. 4.Calcular los tiempos de las tareas. 5.Calcular el tiempo del ciclo. 6.Calcular el número de estaciones de trabajo. 7.Asignar las tareas. 8.Calcular la eficacia u eficiencia. 9.Estimar el retraso en el balance (inactividad). 34

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OPERARIOS • En cuanto al Número de Operarios, Trabajadores u Obreros, (Oi).

• Conviene que todas las operaciones de una misma estación tengan asignado el mismo número de obreros. • Si no es así, se presentarán problemas de inactividad. • Supondremos, que el número de trabajadores en cada puesto de cada estación de trabajo Oi es el mismo para cada operación.

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CASOS DE PROBLEMAS

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CICLO ES MAYOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR • Con división del Trabajo • Supone una operación por cada estación

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CICLO MAYOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO

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CICLO MAYOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO

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Combinación de operaciones cuyos ti sumen “c” o menos • Distribución con 6 estaciones de trabajo a fin de tener al menos un producto cada 60 seg.

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CASOS DE DISTRIBUCIÓN FÍSICA QUE PUEDEN UTILIZARSE PARA ASIGNAR TAREAS EN UN EQUILIBRADO DE LÍNEA DE ENSAMBLAJE • Tiempo de tarea más largo. • Elegir la tarea que tenga el tiempo más largo. • Más tareas siguientes. • Elegir la tarea que tenga más tareas siguientes. • Mayor peso en secuencia. • Elegir la tarea que, sumando los tiempos de las tareas siguientes, tenga mayor peso. • Tiempo de tarea más corto. • Elegir la tarea que tenga el tiempo más corto. • Menor número de tareas siguientes. • Elegir la tarea que tenga el menor número de tareas siguientes. 41

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EJEMPLO: RELACIONES DE PRECEDENCIA • Considere nueve tareas cuya relación de precedencia se ilustra en la figura y se cuantifica en la tabla siguiente:

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TIEMPO DE PROCESAMIENTO Tarea

Tiempo de procesamiento

1 2 3 4 5 6 7 8 9

5 3 6 8 10 7 1 5 3

= 48

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VALORES MÁXIMOS Y MÍNIMOS PARA “c” • El ciclo “c” se calcula empíricamente, su valor oscila entre una cota inferior y una cota superior.

• El número de estaciones de trabajo, debe ser un número entero.

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SE ESTIMAN ALTERNATIVAS DE VALOR DE “c” • “c” puede tomar cuatro valores diferentes de modo que la relación resulte un número entero.

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SE SELECCIONA EL VALOR DE C Y CON ESE VALOR SE CONSTRUYE LA SIGUIENTE TABLA • Seleccionando c = 16

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SE ASIGNAN TAREAS A LAS ESTACIONES DE TRABAJO • Se asignan trabajos a la estación 1 hasta encontrar en la columna que corresponde a la primera fila mayor o igual a c = 16 (ocurre en la cuarta fila con un valor de 22 e incluye las relaciones de precedencia I y II). • Se asignan los procesos del grupo I (que requieren 8 unidades de tiempo) a la estación 1, lo que reduce el valor de c= 16 – 8 =8. • Se busca en el grupo II si cualquier combinación de procesos proporciona 8 unidades de tiempo. Esto ocurre con el proceso 4. Se asigna el proceso 4 a la estación 1. • Ahora el valor de c es nulo para la estación 1. No se deben asignar más procesos a esta estación. 47

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ASIGNACIÓN DE TAREAS A LA ESTACIÓN 1 • Seleccionando c=16

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SE SIGUE EL MISMO PROCEDIMIENTO PARA EL RESTO DE LAS ESTACIONES • De manera análoga, para la estación 2 se utiliza un ciclo c= 16 unidades. Al revisar la tabla, concluimos que el proceso 3 debe asignarse a la estación 2. • El ciclo se reduce a . Buscando en el grupo III, se concluye que el proceso 5 se puede asignar a la estación 2. • c= 0. No se asignan más procesos a la estación 2. • Repitiendo el mismo procedimiento, se obtiene que la estación 3 estaráintegrada por los procesos 6,7,8 y 9.

• E = 48/(3x16) = 100% 49

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ESTACIONES DE TRABAJO PARA c = 16 • Asignación de 3 estaciones de trabajo

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CICLO MAYOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO • Con concentración máxima del trabajo • Todas las operaciones se asignan a una sola estación

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CICLO MAYOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO • Con concentración máxima del trabajo • Todas las operaciones se asignan a una sola estación

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•

Se tendría una sola estación con 5 puestos de trabajo, cada uno realizaría las 10 operaciones. 52

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CICLO MAYOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO • Con concentración máxima del trabajo • Todas las operaciones se asignan a una sola estación • En la teoría, la concentración máxima es superior. • En la práctica, no es posible, por cuanto: • Resulta antieconómica si cada operación requiriera un número diferente de trabajadores para su realización. • Por restricciones tecnológicas, algunas operaciones no se pueden realizar en el mismo lugar de las demás. • Conduce a una duplicidad innecesaria de equipos, cuando las operaciones no son todas manuales. • La variedad excesiva del trabajo puede reducir la productividad de la mano de obra. 53

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR • La secuencia de realización de las operaciones no interfiere en la solución del problema. • Se deben tener en cuenta las restricciones tecnológicas.

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO • Requerimientos de producción V = 1000 unidades/turno d = 480 minutos/turno El ciclo de la línea será c = d / V = 480 /1000 unid/turno c = 0,48 minutos/unidades

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO • Cálculos

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO • Cálculos

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO • Cálculos • Eficiencia del ciclo mínimo

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO

E = 14,04/15,84 = 88,64% RB = 11,36%

E’= 14,04/15,4275 = 91,01% RB’= 8,99% 60

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y DIVISIÓN DEL TRABAJO

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO

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CICLO MENOR QUE LOS TIEMPOS ESTÁNDAR Y CONCENTRACIÓN DEL TRABAJO

E = 14,04/15,36 = 91,41% E’= 14,04/14,96 = 93,85%

RB = 8,59% RB’= 6,15% 63

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Problemas Mixtos • Resolver el siguiente problema:

Por restricciones tecnológicas, las siguientes operaciones deben realizarse en la misma estación: • 1, 2, 5 • 3, 6, 7 • 4, 8, 9 Suponga un c = 0,45

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Problemas Mixtos Operación Procedencia

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Total

1 1 2 2 5, 7 3 7 4, 6, 8 9

ti

Oi

0.25 0.12 0.15 0.08 0.07 0.08 0.20 0.19 0.18 0.80 2.12

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2

Por restricciones tecnológicas, las siguientes operaciones deben realizarse en la misma estación: 1, 2, 5 3, 6, 7 4, 8, 9 Suponga un c = 0,45 Suponga un c´ = 0,45 Suponga c = 0,45 0.45 Suponga c´ = 0,46 0.45

Tiempo Número de operarios promedio Operación

Estación

ti

Oi

Σ ti

1, 2, 5 3, 6, 7 4, 8, 9 10 Total

I II III IV E = E´=

0.44 0.43 0.45 0.80 2.12

Número de puestos teóricos Piteóric Σ ti

1.00 1.00 1.00 2.00 5.00

(ti * Oi) / (tai * Oi)

RB = RB´= 1 - E´ =

92.70%

RB = RB´=

=

7.30%

Pireal

tai

Entero Superior de Piteóric

Pireal * c

0.98 0.96 1.00 1.78 4.71 = =

E = E´=

/c

Tiempo Ciclo Número de asignado individual puestos real por por tarea operación

1.00 1.00 1.00 2.00 5.00 2,92 / 3,15 1 - 0,93

0.45 0.45 0.45 0.90 2.25

ci ti

Tiempo asignado del ciclo mínimo

(Tiempo) * (número de operarios)

(Tiempo (Tiempo asig. X asig. Ciclo operación) * mín.) * (Núm ((Núm. operarios Operarios prom.) prom.)

t´ai

/ Pireal

Pireal * c´

0.44 0.43 0.45 0.40 1.72

0.45 0.45 0.45 0.90 2.25

ti * Oi 0.44 0.43 0.45 1.60 2.92

=

0.93

=

92.70%

=

0.07

=

7.30%

tai * Oi 0.45 0.45 0.45 1.80 3.15

t´ai * Oi 0.45 0.45 0.45 1.80 3.15

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Problemas Mixtos Operación Procedencia

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Total

1 1 2 2 5, 7 3 7 4, 6, 8 9

ti

Oi

0.15 0.08 0.08 0.08 0.06 0.08 0.18 0.06 0.14 0.75 1.66

1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 11

Pregunta a)Calcular la eficiencia a)Calcular el retrazoa

Por restricciones tecnológicas, las siguientes operaciones deben realizarse en la misma estación: 1, 4, 6 3, 5, 7 2, 8, 9 Suponga un c = 0,35 Suponga un c´ = 0,35 Suponga c = 0,45 0.35 Suponga c´ = 0,46 0.35

Tiempo Número de operarios promedio Operación

Estación

ti

Oi

Piteóric

Σ ti

1, 4, 6 3, 5, 7 2, 8, 9 10 Total

I II III IV E = E´=

0.31 0.32 0.28 0.75 1.66

Número de puestos teóricos

Σ ti

1 1 1 2

RB = RB´= 1 - E´

= =

E = E´=

=

98.37%

RB = RB´=

=

1.63%

Pireal

tai

Entero Superior de Piteóric

Pireal * c

0.89 0.91 0.80 2.14 4.74

5

(ti * Oi) / (tai * Oi)

/c

Tiempo Ciclo Número de asignado individual puestos real por por tarea operación

1 1 1 2 5 2,92 / 3,15 1 - 0,93

0.35 0.35 0.35 0.70 1.75

ci ti

Tiempo asignado del ciclo mínimo

(Tiempo) * (número de operarios)

(Tiempo (Tiempo asig. X asig. Ciclo operación) * mín.) * (Núm ((Núm. operarios Operarios prom.) prom.)

t´ai

/ Pireal

Pireal * c´

0.310 0.320 0.280 0.375

0.35 0.35 0.35 0.70 1.75

ti * Oi 0.31 0.32 0.28 1.50 2.41

=

0.98

=

98.37%

=

0.02

=

1.63%

tai * Oi 0.35 0.35 0.35 1.4 2.45

t´ai * Oi 0.35 0.35 0.35 1.4 2.45

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GRACIAS

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