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Cómo Calcular Cp y Cpk con el Complemento SPC for Excel

El Cálculo de los índices Cp y Cpk en el Control Estadístico de Procesos permite evaluar que tan bien el proceso se apega a las especificaciones técnicas deseadas o equivalentemente determinar si el proceso cumple el objetivo funcional para el cual fue diseñado. En el siguiente artículo mostraremos cómo obtener de forma rápida y sencilla dichos indicadores haciendo uso del complemento SPC for Excel, el cual puede ser descargado en el enlace anterior por un período de prueba de 20 días. Una vez que el complemento SPC for Excel haya sido correctamente descargado y activado será visible en en una de las pestañas del menú de Excel como se muestra (en un extracto) a continuación:

Para ilustrar su utilización consideremos la información relativa a un proceso del cual se tienen 15 muestras, cada una de ellas con 4 observaciones, donde se ha registrado la información de las lecturas en OHMS de cierto dispositivo electrónico. La especificación nominal o deseada del dispositivo es de 1.000 OHMS y se permite una variabilidad de +- 25 OHMS con lo cual se definen los límites de especificación.

A continuación seleccionamos la opción Cpk del menú de SPC for Excel (visible en la imagen anterior) y seleccionamos el rango de los datos. Notar que en el ejemplo la información cuantitativa de las muestras esta contenido en el rango que conforma la matriz de la celda C3 a la F17 (es decir, 60 celdas: 15 filas y 4 columnas). Adicionalmente ingresamos el Límite de Especificación Inferior (LEI) o Lower Specification Limit (LSL) de 975 OHMS (1.000 – 25) y Límite de Especificación Superior (LES) o Upper Specification Limit (USL) de 1.025 OHMS (1.000 + 25). Recordar que la especificación nominal es de 1.000 OHMS.

Una vez ingresados los datos atingentes al ejemplo y habilitando los resultados de capacidad (en su opción Yes) seleccionamos OK. Esto dará origen a una nueva hoja en nuestro archivo Excel con los resultados del análisis de capacidad tal como se muestra a continuación:

Observar que los resultados son consistentes con los alcanzados preliminarmente en el artículo al cual hacemos referencia al inicio de este tutorial. Adicionalmente se obtienen una serie de estadísticas complementarias que permite tener una visión más general del comportamiento del proceso.

El éxito de GameLab en el Desarrollo de Juegos de Simulación de Procesos y Negocios

GameLab, y su lema: from Classroom to playground (de la sala de clases al patio de juegos) constituye un excelente resumen de la orientación de esta empresa tecnológica fundada en Chile dedicada al desarrollo de juegos de simulación para cursos y universidades. El objetivo de sus distintos juegos es crear una experiencia inolvidable para los estudiantes en el contexto de un ambiente de aprendizaje dinámico y entretenido.

El siguiente artículo corresponde a una entrevista realizada en Junio de 2015 a Bernardo Pagnoncelli, socio fundador y Director Creativo de GameLab, ha quien personalmente he tenido el privilegio de conocer en el ámbito académico lo que nos ha permitido mantener una amistad a la fecha.

¿Cuándo y cómo nace GameLab?

Yo hago clases en la Universidad Adolfo Ibáñez (Santiago, Chile) desde el año 2009, y capturar la atención de los alumnos ha sido un desafío constante. Los alumnos llegan tarde a las clases, miran sus celulares, quieren conversar con sus colegas y son pocos los que están interesados en la clase. Yo dictaba el curso con Felipe Walker y los dos discutíamos mucho sobre este problema, en los intervalos de las clases. Yo le mencioné que un amigo ocupaba simulaciones digitales en la la sala de clase y que él había logrado aumentar la atención de los alumnos con esta herramienta. Sin embargo, la simulación no era visualmente atractiva y tenía una temática desactualizada. Felipe propuso implementar en computador con dos alumnos una de las actividades que hacíamos en clase ocupando lápiz y papel. Probamos la simulación en las clases de Gestión de Operaciones en pregrado y fue un éxito, prácticamente todos los alumnos participaban activamente, hacían preguntas, y querían ganar a sus compañeros.

¿Cuáles son las cátedras más idóneas en las cuales se pueden utilizar los juegos de GameLab?

Hemos utilizado en los cursos de Gestión de Operaciones a nivel de pregrado, Magíster y MBA y en el curso de gestión de precios en Marketing. Los juegos sirven para cursos en el área de Economía (teoría de juegos), Personas, (Negociación) y otros de Operaciones como Supply Chain Management y Programación Lineal.

¿Qué recomendaciones generales se les puede hacer a aquellos profesores que administran la simulación de alguno de los juegos?

A los Profesores que ocupan los juegos les pasamos, además de un manual, un documento con una descripción detallada de los conceptos abordados en las simulaciones. Incluimos duración sugerida de cada etapa, preguntas que deben ser hechas, respuestas típicas de los alumnos, estrategias para jugar mejor, etc. Además de leer el documento, recomendamos que los Profesores jueguen en su computador la simulación un par de veces para acostumbrarse a la interfaz.

¿Cuál ha sido la experiencia de los clientes de GameLab en la utilización de los juegos de simulación? ¿Qué opinan los alumnos?

Hasta ahora la experiencia ha superado las expectativas. Tenemos un 100% de recompra, una vez que el Profesor incorpora la simulación a su programa se hace difícil sacarlo y volver a la metodología clásica. En las encuestas docentes hemos recibido muchos comentarios positivos, recalcando que esta metodología permite que se aprenda más y que invita a una mayor participación por parte del alumno.

¿Cuáles son los futuros planes para la empresa? ¿Se contempla la creación de nuevos juegos o el fortalecimiento de los actualmente disponibles?

GameLab sigue creciendo. Hace dos semanas nos ganamos un concurso en la incubadora Chrysalis, de la PUC de Valparaíso, y queremos expandir la oferta de juegos que tenemos. Además de Chile, en el momento estamos presentes en Estados Unidos, Canadá, Argentina e Italia. Una parte de los fondos será utilizada en una estrategia de marketing más agresiva, para aumentar la presencia mundial de la empresa. Del punto de vista de desarrollo, tenemos planes de crear otros juegos de Operaciones, y desarrollar nuevos productos en áreas como Finanzas, Contabilidad, Marketing y Economía.

¿Es posible acceder a versiones de prueba de los juegos? ¿Cómo se debe proceder?

En la página de GameLab (www.gamelab.cl) se pueden ver vídeos de los 3 juegos que tenemos actualmente. Los profesores interesados en acceder a versiones de prueba deben escribir a contacto@gamelab.cl. Y los alumnos deben mencionar a sus profesores que quieren ocupar nuestros productos en sus clases!.

A continuación les dejamos a nuestros usuarios de Gestión de Operaciones un vídeo del juego SodaPop Game desarrollado por GameLab que permite introducir los conceptos de procesos, demanda, inventarios e indicadores de servicio y que desarrollaremos con mayor detalle en un próximo artículo:

Cálculo de la Capacidad de Producción en un Proceso Flexible con una Carta Gantt

En el artículo Cómo calcular la Capacidad y el Tiempo de Ciclo de un Proceso con una Carta Gantt discutimos cómo obtener estos importantes indicadores de procesos con el apoyo gráfico y conceptual que representa la utilización de una Carta Gantt. En dicho caso la resolución del problema se vio facilitada al asumir que los recursos asociados a las distintas actividades o tareas eran independientes entre sí. En este contexto se asume que el trabajador que participa de una etapa del proceso lo hace de forma exclusiva en dicha etapa sin colaborar en otras.

Por el contrario, calcular la capacidad y tiempo de ciclo de un proceso flexible, es decir, aquel donde los recursos pueden estar asociados a más de una actividad, impone un reto de mayor dificultad. Una aproximación intuitiva en este caso es construir una Carta Gantt que muestre el detalle del proceso de producción para luego deducir el tiempo promedio de ciclo y la capacidad. El siguiente ejemplo da cuenta de esta situación:

En un hospital hay dos doctores (Pedro y Francisca) y un enfermero (Diego) dedicados al control de niño sano. Para controlar a un niño se deben seguir los siguientes pasos:

Toma de Datos: Se deben tomar los datos del paciente e ingresarlos al computador. Se deben actualizar algunos campos, revisar los antecedentes e imprimir una ficha. Esto toma 5 minutos y solo lo puede hacer Diego.
Toma de Muestras: Se debe tomar la presión, peso y una muestra de sangre del paciente. Esto toma 5 minutos y lo puede hacer un doctor o un enfermero.
Consulta: Se debe examinar al paciente y completar la ficha. Esto toma 10 minutos y lo debe hacer un doctor.

Francisca propone organizar el trabajo de forma flexible. Es decir, en este nuevo esquema, Diego toma los datos, cualquiera de los tres podría tomar muestras, y ella o Pedro podrían atender consultas. Francisca opina que de esta forma podría aumentarse la utilización del staff en relación a la alternativa donde Diego toma los datos y las muestras y los doctores se dedican exclusivamente a las consultas.

Para evaluar lo propuesto anteriormente se sugiere confeccionar una Carta Gantt que permita determinar el mayor número de niños que es posible terminar de atender durante la primera hora de trabajo. ¿Cuál es la capacidad del proceso? ¿Cuál es el tiempo promedio de ciclo?.

La Carta Gantt para el proceso descrito anteriormente es la siguiente:

Se puede observar que el tiempo de flujo del primer paciente (niño) es de 20 minutos (cuya toma de muestra y consulta es atendida por Pedro, aun cuando sería indistinto que esto sea realizado por Francisca). El segundo niño termina su atención al cabo de 25 minutos desde iniciadas las actividades y el tercer niño sale del sistema 5 minutos más tarde que el segundo niño (y así sucesivamente continua el análisis).

¿Cómo determinamos el tiempo promedio de ciclo?. Para ello nos interesa identificar un patrón de tiempo que explique la salida de una nueva atención. Para este propósito enumeraremos los minutos en los cuales terminan las atenciones (consulta) para los distintos niños (1, 2, 3, 4,…, 13): 20, 25, 30, 40, 45, 50, 60, 65, 70, 80, 85, 90, 100. Luego se evidencia un patrón en dicho comportamiento: el segundo niño termina 5 minutos más tarde que el primero y el tercer niño 5 minutos más tarde que el segundo, no obstante el cuarto niño se desocupa 10 minutos más tarde que el tercero (y así sucesivamente). En consecuencia se espera que en el largo plazo en un intervalo de 20 minutos se terminen de atender 3 niños (trabajando a máxima capacidad) por lo cual el tiempo promedio de ciclo tiende a 20[min]/3[niños]=6,666[min/niño].

Notar que esta situación resulta evidente cuando el número de pacientes tiende a un número grande (en teoría infinito) donde el tiempo promedio de ciclo va convergiendo a 6,666[min/niño]. El siguiente gráfico es una forma alternativa de representar la información de la tabla anterior donde se ha incorporado una linea de color rojo punteada que cruza el eje vertical (tiempo promedio de ciclo en [min/niño]) en 6,666.

¿Cuál es la capacidad máxima de producción?. Si el tiempo promedio de ciclo es de 6,666[min/niño] entonces la capacidad de producción es 1/6,666[niños/min]*60[min/hora]=9[niños/hora]. Notar que este resultado no contradice el hecho que durante la primera hora de trabajo sólo se han terminado de atender 7 niños.

Cálculo del Costo de Mano de Obra por unidad de Producto

Un aspecto clave en todo proceso productivo es estimar los costos asociados a la fabricación de los distintos productos el cual esta compuesto por una sumatoria de distintos costos asociados al abastecimiento de materias primas, energía, insumos y servicios generales, mano de obra, etc. En este contexto en el siguiente artículo discutiremos 2 enfoques para el cálculo del costo de mano de obra (trabajo) por unidad de producto el cual entrega resultados disimiles.

Ejemplo Cálculo del Costo de Mano de Obra por unidad de Producto

Consideremos un proceso simple de fabricación a inventario (make to stock) que consta de 3 etapas secuenciales según se detalla en el siguiente diagrama de procesos y donde en cada etapa trabaja un trabajador que recibe un salario de US$12 la hora.

La capacidad del proceso es de 4[unidades/hora] lo cual esta dado por la Etapa A (cuello de botella), un tiempo de ciclo promedio de 15[minutos/unidad] o equivalentemente 1/4[hora/unidad] y un tiempo de flujo de 30[min]. Una descripción de cómo obtener estos indicadores se puede consultar en el artículo Cálculo del Tiempo de Ciclo, Capacidad de Producción y Tiempo de Flujo de una Línea de Ensamble.

Un enfoque de cálculo para el costo de la mano de obra por unidad de producto es considerar el tiempo de flujo, es decir, el tiempo mínimo que una unidad de producto tarda en pasar por el sistema (etapas A, B y C). En este sentido si el costo de una hora de trabajo es de US$12, entonces 30[minutos] (o 1/2[hora]) cuesta US$12*0,5=US$6,0.

Una alternativa al procedimiento anterior es considerar la capacidad del proceso para prorratear los costos que se incurren cada hora por concepto del trabajo. De esta forma el costo unitario es 12*3[US$/hora]/4[unidades/hora]=9[US$/unidad].

Las diferencias en los resultados alcanzados para los 2 procedimientos se debe al tiempo ocioso o tiempo muerto. En efecto resulta ser un escenario más realista el considerar que se incurre en un costo de US$36 por cada hora (por concepto de salarios) independiente de la utilización de los trabajadores. La siguiente Carta Gantt da cuenta de esta situación donde se puede observar que en particular los trabajadores de las Etapas B y C tienen tiempos muertos de 5 y 10 minutos, respectivamente, por cada unidad de producto terminado. No obstante, al considerar la capacidad del proceso en el cálculo del costo de la mano de obra se asume que el sueldo por hora se paga a todo evento.

Cálculo del Tiempo de Ciclo, Capacidad de Producción y Tiempo de Flujo de una Línea de Ensamble

Calcular los indicadores básicos de desempeño de un proceso productivo como lo es el tiempo promedio de ciclo, la capacidad máxima de producción y el tiempo de flujo de una unidad de producto en un proceso con actividades que se realizan en forma simultanea, puede resultar ser un trabajo más complejo en comparación a un proceso que sólo considera un conjunto de actividades que se desarrolla de forma secuencial. En este contexto se presenta un ejemplo de una empresa construcción de robots que trabaja con 3 lineas de ensamble que arman el Software, Hardware y Piezas de Conexión respectivamente, para luego ser unidas en una última linea de 3 tareas (I, J y K). El siguiente diagrama muestra las tareas necesarias para la construcción de producto final y las capacidades de cada tarea medidas en [u/hr].

A continuación se presentan algunas preguntas típicas del análisis cuantitativo de procesos que nos ayudarán a comprender de mejor forma el cálculo de los indicadores anteriormente individualizados.

1. Analizar el proceso indicando el tiempo de flujo del proceso, el tiempo de ciclo promedio, la tarea que es cuello de botella y la capacidad total del proceso.

El tiempo de flujo es la suma de la linea más larga junto con la linea de producción común, es decir, 19,3[min] + 11,6[min] = 30,9[min] (aproximado). Notar que esto implica que ningún producto final podrá ser terminado en un tiempo menor a 30,9[min], esto es, el tiempo que pasa desde que se inicia su procesamiento hasta que termina su ejecución en la etapa K.

Adicionalmente las capacidades de las actividades individuales en $[u/hr]$ han sido transformadas a sus tiempos de ciclo asociados, por ejemplo, si la actividad A tiene una capacidad de $15[u/hr]$ esto implica que su tiempo de ciclo es $4[min/u]$ (también sería válido decir que el tiempo de ciclo es $\frac{1}{15}[hr/u]$ ). Finalmente es sencillo notar que el cuello de botella son las tareas B y D, siendo la capacidad del sistema de $12[u/hr]$ .

2. Si pudiera agregar alguna tarea en paralelo (sin importar qué tarea sea), ¿Cuál sería? ¿Cuál es el nuevo cuello de botella?.

Si se pudiera agregar otra actividad naturalmente la tendríamos que agregar al cuello de botella, en este caso a las actividades B o D. Con esto el tiempo de flujo no cambia. El siguiente diagrama muestra el caso de incorporar una actividad D adicional:

La capacidad del proceso se mantiene en $12[u/hr]$ debido a que se conserva el cuello de botella de las actividades B. Ahora si se pudiera al diagrama anterior agregar una actividad B adicional en paralelo, entonces la capacidad del proceso estaría dada por las actividades C y J ( $13[u/hr]$ ).