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Ejemplo del Balance de una Línea de Ensamble utilizando la Regla del Candidato Más Extenso

Una línea de ensamble consiste en un ensamble progresivo que esta asociado por algún tipo de aparato o dispositivo que maneja los materiales, donde el equipo o los procesos de trabajo están ordenados siguiendo los pasos progresivos de la fabricación del producto. Los productos que se producen parcial o totalmente en las líneas de ensamble incluye juguetes, electrodomésticos, automóviles, aviones, armas de fuego, etc. En consecuencia casi todo producto que tiene varias partes y que se producen en volúmenes importantes utiliza las líneas de ensamble en alguna medida.

Equilibrar o balancear una línea de ensamble depende básicamente de la programación, no obstante dicha programación por lo general tiene un impacto directo en la distribución o layout de la planta.

En este contexto el problema del balanceo de la línea de ensamble consiste en asignar todas las tareas a una serie de estaciones de trabajo de modo que cada una de ellas no tenga más de lo que puede hacer en el tiempo de ciclo de dicha estación y que el tiempo inactivo de todas las estaciones de trabajo sea el menor posible.

A continuación se presenta un ejemplo de un proceso que consta de 8 actividades o tareas, el cual corresponde a una línea de ensamble que opera 8 horas al día con una producción deseada de 240 unidades diarias. La siguiente tabla contiene información acerca de los tiempos de la tarea de este producto y las relaciones de precedencia:

Se requiere un dibujo que represente el diagrama de precedencia. ¿Cuál es el tiempo del ciclo de la estación de trabajo?. A continuación balancee esta línea de ensamble utilizando la tarea de tiempo más largo.

El diagrama de precedencia que representa el proceso descrito anteriormente se presenta a continuación. Se puede observar, por ejemplo, que la tarea B tiene una duración de 80 segundos y es posterior a la tarea A que dura 60 segundos.

Luego es necesario determinar el Tiempo de Ciclo (C) que requieren las estaciones de trabajo a través de la siguiente fórmula:

En el ejemplo propuesto el proceso opera 8 horas al día (equivalente a 8[horas/día]*3.600[segundos/hora]=28.800[segundos/día]) con un nivel de producción deseado de 240 unidades. Dado lo anterior el Tiempo de Ciclo (C) es:

A continuación se requiere estimar el número mínimo de estaciones de trabajo (Nt) que, en teoría, se requiere para cumplir el límite del tiempo de ciclo de la estación de trabajo a través de la siguiente fórmula (en caso de obtener un resultado fraccionario se debe redondear al entero superior más cercano).

Notar que el numerador del cálculo anterior corresponde a la sumatoria de los tiempos de las 8 tareas (60+80+20+50+90+30+30+60=420[segundos]). Con ello se espera (en teoría) que sean necesarias 4 estaciones de trabajo y se procede con la configuración de las mismas utilizando como criterio el tiempo más largo o candidato más extenso: Los resultados se resumen en la siguiente tabla:

Por ejemplo la estación 1 considera la tarea A que tiene un tiempo de 60 segundos y dado que el tiempo de ciclo es de 120 segundos el tiempo remanente no asignado también será de 60 segundos. Luego de A siguen las tareas B, C y D (según el diagrama de precedencia) no obstante se descarta B dado que su tiempo es de 80 segundos que es superior al tiempo remanente no asignado, por tanto los candidatos factibles para acompañar a la tarea A en la estación 1 son las tareas C o D. El criterio en este caso es seleccionar la tarea D dado que su tiempo es 50 segundos (mayor que los 20 segundos de C) lo que procura minimizar el tiempo inactivo de la estación de trabajo (que en este caso luego de asignar A y D a la estación de trabajo 1 es de 10 segundos).

Continuando con el procedimiento se determinan las tareas pertenecientes a la estación 2. En primer lugar se podría asignar B o C, no obstante se privilegia B por tener una mayor duración. Sin embargo, luego de asignar B la única tarea remanente viable es C así que se asigna a la estación 2 determinando que el tiempo remanente no asignado de dicha estación es de 20 segundos.

La estación 3 considera en primer lugar la asignación de la tarea E por el criterio del candidato más extenso o de mayor duración. Luego se asigna F con una duración de 30 segundos lo que permite que el tiempo inactivo de esta estación sea nulo. Finalmente la conformación de la estación 4 es trivial con G y H asignadas en ese orden. El siguiente diagrama representa el resultado final donde cada estación de trabajo se ha identificado con un color diferente para mayor claridad:

Cómo calcular la Capacidad y el Tiempo de Ciclo de un Proceso con una Carta Gantt

Una forma intuitiva de obtener el tiempo de ciclo de un proceso y luego su capacidad es a través de una Carta Gantt. En el siguiente artículo mostraremos cómo calcular dichos indicadores tomando como ejemplo un proceso sencillo que consta de 3 etapas secuenciales (A, B y C, respectivamente) cuyos tiempos de flujo se detallan en el diagrama. Es importante destacar que asumimos que existe la posibilidad de almacenar inventario en proceso (o WIP por sus siglas en inglés «work in progress») entre las actividades A y B y B y C, que se denota usualmente a través de un triangulo entre cada actividad.

Una Carta Gantt que representa la configuración y evolución del proceso descrito anteriormente corresponde a:

Para una mayor claridad se han considerado distintos colores para las unidades que pasan por el proceso. Por ejemplo, la primera unidad (color amarillo) requiere 5 minutos en la etapa A y luego pasa inmediatamente por 15 minutos adicionales (es decir hasta el minuto 20) a la etapa B, para finalmente terminar en la etapa C (10 minutos adicionales) al cabo de 30 minutos desde que se inició su procesamiento (es decir, el tiempo de flujo de la primera unidad es de 30 minutos). En cuanto a la segunda unidad (color azul), ésta comienza en la etapa A tan pronto termina la primera unidad (comienza en el minuto 5 y termina en el minuto 10), sin embargo, para que sea procesada en la etapa B requiere que dicha etapa haya completado previamente la primera unidad (lo que retrasa el inicio de la segunda unidad al minuto 20 en la etapa B y terminando por tanto en el minuto 35). Finalmente la segunda unidad pasa a la etapa C concluyendo su operación en el minuto 45 (se puede apreciar que el tiempo de flujo de la segunda unidad sería en este caso 40 minutos que corresponde al tiempo trascurrido desde que se inician las operaciones para la segunda unidad en la etapa A (minuto 5) hasta que se concluye la etapa C para dicha unidad (minuto 45).

Es importante observar, por ejemplo, que la segunda unidad debe esperar 10 minutos (en el inventario en proceso) para pasar de la etapa A a la etapa B. Adicionalmente se puede concluir que el tiempo mínimo que requiere una unidad en pasar por el sistema (etapas A, B y C) es de 30 minutos (tiempo de flujo).

Repitiendo el procedimiento anterior se concluye que el tiempo que transcurre entre la primera y segunda unidad es de 15 minutos, patrón que se repite entre los tiempos de termino de la segunda y tercera unidad, tercera y cuarta unidad (y así sucesivamente). En consecuencia el tiempo de ciclo (tiempo promedio para la producción de dos unidades consecutivas es de 15[min/u]. Luego la capacidad del proceso es el recíproco del tiempo de ciclo, es decir, 1/15[u/min] o equivalentemente 4[u/hora] (que se obtiene de multiplicar 1/15[u/min] por 60[min/hora]). La actividad «cuello de botella» en este caso sería la etapa B.

Notar sin embargo que en la primera hora de trabajo no se han completado 4 unidades (en particular se han terminado sólo 3 unidades) lo cual no contradice la definición de capacidad de un proceso, dado que 4[u/hora] es lo máximo que puede generar el proceso bajo un régimen estable de operación, es decir, cuando se reconoce que las unidades consecutivas terminan el proceso en un intervalo de tiempo fijo (que en el ejemplo corresponde a 15 minutos lo cual representa el tiempo de ciclo).

Análisis Cuantitativo de un Proceso Productivo y su relación con la Ley de Little

Existe una estrecha relación teórica y práctica entre el análisis cuantitativo de un Proceso Productivo (donde se calculan frecuentemente indicadores de gestión como capacidad, tiempo de ciclo, tiempo de flujo, utilización, entre otros) y las Líneas de Espera.

Lo anterior generalmente suele ser materia de estudios de cursos de Gestión de Operaciones e Investigación Operativa. En el siguiente artículo ilustraremos dicha relación a través de un ejemplo sencillo que fue compartido por uno de nuestros lectores.

En el taller ABC se dedican a la reparar carrocerías de autos, en particular desabollan y pintan. En la entrada del taller atienden las recepcionistas Mónica y Silvana quienes reciben a los clientes y revisan si viene con los papeles apropiados (documentos del auto, ven si el trabajo se puede hacer en el taller, presupuesto valido, etc). Si todo se encuentra en orden se genera una ficha para el automóvil y es ingresado al taller. Si no Mónica o Silvana, según corresponda, le informan al dueño del vehículo qué debe hacer, ya sea ir a otro taller o volver otro día.

En la entrada del taller esperando para ser atendidos hay, en promedio, 1 automóvil esperando además de los que están revisando Mónica y Silvana.

(a) Si los autos llegan al taller a una tasa promedio de 2 autos por hora, ¿cuánto tiempo en promedio espera un cliente para saber si su auto será ingresado al taller o no?

Para responder lo anterior aplicamos la ecuación de la Ley de Little donde nos interesa calcular el tiempo que en promedio permanece un cliente en el sistema (Ws), dado que recién luego de la entrevista con una recepcionista el cliente sabrá si su auto se ingresará al taller o no.

Continuando con el análisis consideraremos la siguiente información adicional: En el interior del taller el trabajo en los automóviles se divide en 4 etapas:

Desabolladura, en esta etapa hay un sólo trabajador (A).
Pintado, en esta etapa de pintado hay 4 trabajadores (B1, B2, B3, B4).
Secado, no necesita trabajadores, puede asumir que hay tantos espacio como autos se necesiten secar (D).
Entrega, en esta etapa hay un sólo trabajador (E).

En la siguiente figura puede ver como se organiza el taller y el tiempo promedio que toma cada tarea:

(b) Encuentre el cuello de botella del proceso, la capacidad de cada estación y la capacidad total.

La capacidad de cada estación de trabajo se detalla a continuación. Notar que los trabajadores de la etapa de pintado trabajan en paralelo, por tanto se suman sus respectivas capacidades. Adicionalmente como la etapa D (secado) no tiene restricciones en cuanto al número de vehículos que simultáneamente pueden pasar por dicha actividad, se considera en consecuencia que su capacidad es infinita.

El cuello de botella son los trabajadores de las actividades de Pintado, siendo la capacidad del taller de 19/12[autos/hora].

(c) Suponga que, de los 2 autos por hora que en promedio llegan al taller, entran a desabollarse efectivamente el 70%. ¿Cuál es la utilización de las etapas A y E?

La tasa de entrada (λ) efectiva de autos al taller es λ=0,7*2[autos/hora]=1,4[autos/hora] y representa la demanda del sistema. Por tanto la utilización de los trabajadores de las etapas A y E son:

Claramente la tasa de llegada tiene un impacto directo en la utilización de los trabajadores, más aun en un contexto de una empresa de servicios como el descrito en el ejemplo que hemos propuesto en este artículo, donde el taller responde a la demanda de los clientes y por supuesto no puede anticiparse a la demanda (como el enfoque de los procesos productivos de fabricación contra stock conocidos comúnmente como «make to stock»).

Preguntas Frecuentes (Procesos): Capacidad, Tiempo de Flujo, Tiempo de Ciclo

Para desarrollar un análisis cuantitativo de procesos productivos (proceso de transformación de insumos en productos o servicios) generalmente se hace referencia a indicadores de gestión que permiten evaluar el desempeño y eficiencia de dicho proceso en el tiempo. Algunos de los indicadores más utilizados son capacidad, tiempo de flujo y tiempo de ciclo. A continuación los definimos brevemente para luego aplicarlos a un ejemplo tipo:

Capacidad de un Proceso: corresponde a la tasa máxima de producción, es decir, cuántas unidades en un intervalo de tiempo un proceso (sistema) puede producir.
Tiempo de Flujo: es el tiempo de producción, es decir, es el tiempo mínimo total que una unidad se demora en pasar por el sistema.
Tiempo de Ciclo: es el tiempo promedio entre la producción de dos unidades consecutivas.

A continuación presentaremos un proceso de producción sencillo de fabricación de muebles.

La Capacidad del Proceso es de 10 [u/hora]
El Tiempo de Flujo (para la primera unidad) es de 19 [min] (5+8+6)
El Tiempo de Ciclo del proceso es de 6 [min] (si se producen 10[u/hora] en promedio se produce una cada 6[min])

Las siguientes preguntas frecuentes nos permitirán entender mejor los conceptos relacionados con los procesos productivos:

1. ¿Si se dobla la capacidad de la actividad cuello de botella entonces se doblará la capacidad del proceso?.

Falso. Esto no es cierto en todos los casos. En nuestro ejemplo la actividad cuello de botella es Pintar y su capacidad es de 10[u/hora] (recordar que la capacidad conjunto de las etapas Ensamblar es de 13,5[u/hora]). Si doblamos la capacidad de Pintar su nueva capacidad será ahora 20[u/hora] y ahora el cuello de botella es Pulir. La nueva capacidad del proceso es de 12[u/hora] lo que no es el doble de la capacidad original.

2. ¿En una hora de trabajo se producirán exactamente las unidades que indica la capacidad del proceso?.

Falso. De otra forma en la primera hora de trabajo no se alcanzan a producir las 10[u/hora] que indica la capacidad del proceso. ¿Por qué?. La razón es que la(s) primera(s) unidad(es) se demoran más que las unidades cuando el proceso se encuentra estabilizado. Por ejemplo, la primera unidad sale del sistema a los 19[min] (tiempo de flujo), la segunda unidad sale a los 26[min] (7 minutos después de la primera), la tercera, cuarta, quinta, etc, unidades salen cada 6[min] (tiempo de ciclo) lo que permite anticipar que las unidades que sigan saldrán en promedio cada 6[min]. La Carta Gantt a continuación permite visualizar el proceso en su primera hora donde queda de manifiesto que no se alcanzan a procesar en forma completa las 10 unidades.

3. ¿Cómo determinar entonces cuántas unidades completas se alcanzan a procesar en la primera hora de trabajo?.

Para ello utilizamos la siguiente fórmula:

T(N)=TF+(1/Cap)*(N-1)

En nuestro ejemplo: 60[min]=19[min]+6[min/u]*(N-1) ==> N=7,833[u] ~ 7[u]

Es decir, se alcanzan a producir en forma completa 7 unidades en la primera hora. Notar que esto no contradice la capacidad del proceso. Si tomamos un horizonte de tiempo más amplio (2 horas, 3 horas, etc) la cantidad de unidades que se puedan procesar en promedio en una hora convergerá a la capacidad del proceso que es de 10[u/hora]. El motivo de lo anterior es que cada vez el efecto de las primeras unidades (hasta la estabilización del proceso) es menor.