Perfeccionamiento del horario del taller en la fabricación de metales

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Los fabricantes han invertido en láseres de fibra cada vez más potentes, plegadoras con cambios automáticos de herramientas, capacidad de soldadura ampliada, recubrimiento en polvo: la lista de gastos de capital continúa y, sin embargo, el rendimiento de las entregas a tiempo sigue siendo obstinadamente mediocre. De acuerdo con la "Encuesta anual de índices financieros y evaluación comparativa operativa", publicada por la Asociación de fabricantes y fabricantes, la entrega a tiempo promedio ha oscilado entre el 77 % y el 88 % durante la última década.

Claro, los desafíos de la cadena de suministro han complicado las cosas a medida que los cambios de los clientes y la entrega de materiales y componentes comprados se vuelven más erráticos. La escasez aguda de trabajadores y las ausencias inesperadas tampoco han ayudado. Aún así, la entrega a tiempo en la fabricación personalizada era mediocre mucho antes de la pandemia, y la mayoría de los fabricantes han lidiado con la escasez de mano de obra calificada durante años. Entonces, ¿qué da?

Una tienda establece un horario y, sin embargo, no lo cumple. Se produce la pelea. Las horas extraordinarias aumentan junto con la frustración. Las causas fundamentales abundan y pueden ser generalizadas y llegar a todos los procesos del negocio. Mejorar las cosas es un rompecabezas complicado, y una pieza importante puede implicar encontrar una mejor manera de programar.

Cada taller de fabricación personalizado tiene su propia combinación única de clientes, por lo que las razones detrás de los desafíos de programación son demasiado numerosas para enumerarlas, pero muchas de ellas tienen que ver con un área clave: la falta de buena información. Como con cualquier otra cosa, cuando se trata de programar, basura entra, basura sale.

"Hemos visto a lo largo de los años que las empresas están mejorando en cuanto a datos", dijo Dan Hahn, vicepresidente de ATS Lean Scheduling International, un proveedor de software de planificación y programación anticipadas (APS) en Bradenton, Florida. , los datos siguen siendo uno de nuestros principales problemas. Si trabajamos con un fabricante con datos buenos y limpios, es una bendición.

"Últimamente, hemos visto muchos problemas con las personas y los materiales, y las tiendas tienen dificultades para mantener un grupo consistente de personas talentosas", continuó Hahn. "Ahora nos buscan a nosotros [los proveedores de software de APS] para que les demos la capacidad de reprogramar, reorganizar y reaccionar al cambio".

La recopilación de datos sigue estando en el centro del problema. Algunos de ellos pueden estar alojados en un software torpe que necesita desesperadamente una actualización. E incluso con el software más ingenioso, la basura que entra, la basura que sale sigue siendo válida. Es difícil programar en función de la capacidad disponible cuando un fabricante no sabe cuál es realmente la capacidad disponible.

Imagínese que un operador de prensa plegadora registra un trabajo de plegado específico y luego se da cuenta de que necesita ir a buscar las herramientas del cuarto de herramientas al otro lado de la planta de la fábrica. Entonces, camina, recupera las herramientas, configura y ejecuta el trabajo, y finalmente se retira del trabajo. El sistema dice que el trabajo tomó 30 minutos, pero en realidad, el operador tardó menos de la mitad del tiempo en configurar la máquina y ejecutar las piezas. El problema puede ser fácil de detectar si ese trabajo surge de manera constante. (Después de todo, de eso se trata ir a Gemba). Pero en una operación de alta combinación de productos, esta y muchas otras tareas inútiles pueden permanecer ocultas e inadvertidas.

La conexión directa de la máquina y el monitoreo pueden ayudar aquí. Imagine el mismo escenario, solo que esta vez la propia máquina informa automáticamente el tiempo de actividad real y el tiempo de configuración para cada trabajo, así como los requisitos de personal: el operador, el conductor del montacargas o el manipulador de materiales, quizás una persona dedicada a la configuración. Esos datos revelan rápidamente mejoras, como tener herramientas en el punto de uso. En términos más generales, la conexión revela lo que realmente sucede durante la producción.

"Seré honesto, APS es difícil de implementar", dijo Mike Liddell, fundador de Lean Scheduling International y autor del libro "The Little Blue Book on Scheduling", un tomo que explica los desafíos de programación para la alta productividad. tienda de mezclas “Cada empresa es diferente, y esa diferencia es su ventaja competitiva. Se trata de poder incorporar esa diferencia en un APS”.

FIGURA 1. Cuando el azul se ejecuta primero, se necesitan 11 días para procesar tres pedidos.

Hahn agregó: "Debido a que cada fabricante es diferente, con diferentes procesos, necesitamos poder moldear la herramienta [APS] para mejorar esos procesos".

Dos talleres de chapa de precisión pueden tener máquinas similares, pero sus clientes son diferentes. Algunos podrían exigir que el taller mantenga cierto nivel de inventario de productos terminados. Otros clientes (césped y jardín, por ejemplo) pueden tener una demanda muy estacional, lo que significa que el cronograma debe tener en cuenta esa variabilidad de la demanda. Aún otros clientes tienen ciertos trabajos que hacen que un fabricante dependa en gran medida de los servicios externos y los componentes comprados, aún más variables que el APS debe tener en cuenta.

"Un taller puede producir 20 000 piezas en un lote, lo que puede ser fácil de programar ya que tiene las mismas máquinas haciendo las mismas piezas una y otra vez", dijo Hahn. "Luego están los que procesan lotes muy pequeños, lo que significa que debe concentrarse en los cambios y en la mejor manera de procesar el material a través de la ruta".

Esta demanda variable impulsa diferentes estrategias cuando se trata de WIP. Algunos talleres ejecutarán ciertos subcomponentes con anticipación para mantener un supermercado de repuestos del que puedan sacar provecho las operaciones posteriores. Otros simplemente no pueden producir por adelantado porque no saben qué partes se necesitarán.

Esto, a su vez, impulsa diferentes estrategias de anidamiento y liberación de pedidos en el punzón y el láser. ¿Tiene sentido adelantarse en el horario para llenar un nido? Alternativamente, ¿debería el taller manejar los remanentes o simplemente lidiar con la chatarra excesiva? Además, ¿se agrupan varios trabajos dinámicamente en una sola hoja, o ciertos recursos de corte están dedicados solo a ciertos clientes? ¿Qué pasa con los trabajos que requieren hojas de diferentes grados y espesores? ¿Cómo deben dispersarse y secuenciarse los subcomponentes entre los centros de trabajo de corte del taller?

Además, ¿qué pasa con el tiempo para el mantenimiento preventivo que es especialmente crítico para los equipos modernos de hoy? Por ejemplo, algunos talleres con láseres de ultra alta potencia dedican algunas horas o incluso un turno completo a la limpieza de listones. Un láser de 20 kW conectado a la automatización puede ser extraordinariamente productivo, hasta que las horquillas de un sistema de automatización de descarga parcial se estrellan cuando intentan levantar una lámina cortada con metal fundido soldado a listones desmoronados. Es necesario limpiar las rejillas, mantener los enfriadores, fregar las áreas de trabajo de las máquinas y los cronogramas deben tener en cuenta el tiempo y las personas que requieren estas tareas.

Cuando una operación tiene datos buenos, limpios y precisos, las oportunidades de programación pasan a primer plano. Por ejemplo, en su libro, Liddell describe la importancia de la secuenciación de trabajos en un taller con una gran variedad de productos, especialmente cuando cada trabajo tiene diferentes tiempos de preparación y ejecución en recursos compartidos.

Considere la Figura 1, que muestra tres pedidos que deben ejecutarse en las mismas tres máquinas, cada una con diferentes tiempos de ejecución. Ahora considere la Figura 2. Cambiar la secuencia (de trabajos azul, verde y naranja a naranja, verde y azul) permite que el taller complete los tres pedidos un 27 % más rápido. Realice la secuenciación estratégica muchas veces en múltiples máquinas y flujos de valor, y la capacidad disponible se dispara, todo sin contratar a nadie ni comprar más equipos.

En un contexto de fabricación de metal, considere un conjunto de trabajos de plegado que el supervisor del departamento de plegadoras agrupa en una sola configuración con herramientas comunes organizadas a lo largo de la cama de la plegadora. La configuración parece ideal ya que los operadores no necesitan cambiar de herramienta. Agrupando los trabajos de esta manera, el departamento de frenos produce esos tres trabajos en un tiempo récord.

Aún así, esos tres trabajos con una configuración común comprometen dos recursos finitos: la prensa plegadora y su operador. Imagínese si esos tres trabajos representaran el trabajo azul en el diagrama de Gantt en la Figura 1. Ejecutar esos trabajos juntos retrasaría otros trabajos en la cola. Si esos tres trabajos de plegadora se dividieran, podrían "abrir un carril" para que esos otros trabajos progresen a lo largo de su ruta. Claro, la secuencia implicaría algunas configuraciones más de la prensa plegadora, pero el tiempo extra sería más que compensado por el ahorro de tiempo (y la capacidad adicional) que proporciona la nueva secuencia.

FIGURA 2. Cuando el naranja se ejecuta primero, solo toma ocho días procesar los tres pedidos.

La secuenciación también es importante en las células multiproceso. En una entrevista el año pasado, Robert Hasty, director ejecutivo de Humanetics Precision Metal Works, con sede en Dallas, describió cómo la empresa administra el flujo de trabajo a través de una celda de corte y doblado que involucra una prensa plegadora nueva que forma aire y otra plegadora más antigua que realiza una operación de fondo. . El nuevo freno eléctrico se puede configurar muy rápidamente; la primera parte formada suele ser una buena parte. El freno más antiguo, no tanto, pero aún tiene una capacidad productiva que, con una secuencia estratégica adecuada, puede marcar una diferencia real. Y además, la operación de tocar fondo del freno viejo puede producir una curva pronunciada de calidad que es crítica para ciertos trabajos.

En este caso, unas pocas piezas destinadas al fondo se anidan y cortan primero en el láser, luego fluyen inmediatamente a la antigua prensa plegadora, donde el operador puede comenzar la instalación y comenzar a doblar las piezas de prueba. El próximo nido de piezas procesadas en el láser está destinado a la formación de aire en el nuevo freno eléctrico. Lo siguiente en el láser es un nido de piezas destinadas a tocar fondo. Gracias a la secuenciación inteligente, estas piezas llegan a la plegadora vieja poco después de que el operador termine de configurarla. En última instancia, los operadores del freno antiguo y del nuevo terminan sus respectivos trabajos casi al mismo tiempo, todo gracias a la secuenciación.

Como dijo Hasty en una entrevista en 2022, "cuando se trata del éxito de nuestro diseño celular híbrido, la secuenciación lo es todo".

Por supuesto, Humanetics no resolvió esto manualmente, en una hoja de Excel o de otra manera. El fabricante personalizado emplea su propio equipo de software que desarrolla programas personalizados, uno de los cuales es una especie de "simulador de cuello de botella" que mejora el sistema de programación existente de la empresa.

El taller usa software por una razón con la que Liddell y Hahn estarían de acuerdo: aumentar la secuenciación, conectar los puntos a lo largo de toda la cadena de valor, desde el pedido inicial hasta el envío final, se vuelve extraordinariamente complicado. Un pequeño cambio en, digamos, el ensamblaje puede tener efectos dominó en la soldadura, el doblado y el corte. Agregue complicaciones en la cadena de suministro y la fuerza laboral, y las ondas se convertirán en ondas graves.

"Es realmente imposible hacer este tipo de cosas sin software", dijo Liddell. "Es imposible ver cómo se conecta todo. Es como resolver un cubo de Rubik gigante. Cuando cambia una variable, necesitas ver cómo cambian los otros lados".

Digamos que una tienda fabulosa quiere cambiar su estrategia de programación. Podría depender de la función de programación en su plataforma de planificación de recursos empresariales (ERP). Tal vez programe manualmente o dependa de un sistema interno desarrollado durante años. Independientemente de lo que estén usando, no funciona, por lo que deciden llevar la programación al siguiente paso, y comenzar con las expectativas correctas es un comienzo saludable. En toda la fabricación, y en los talleres en particular, el cronograma, en constante evolución, siempre es imperfecto.

"Nos enfocamos en la regla 80-20", dijo Liddell. "Un fabricante puede obtener una solución del 80 % a un problema de programación con el 20 % del esfuerzo. Esto aleja a las personas de una de las grandes trampas de implementar APS, que es la búsqueda de la perfección".

Sin embargo, antes de implementar la regla 80-20, Liddell recomendó que los talleres dejen de programar y piensen en términos generales. Como escribe en su libro, "Este proceso nos obliga a pensar y documentar claramente el problema comercial que estamos tratando de solucionar, y a enumerar todos los beneficios que se lograrán si tiene éxito... El problema podría ser que están generando puestos de trabajo tarde, están perdiendo clientes y no pueden reaccionar lo suficientemente rápido a las demandas cambiantes de los clientes".

Definir el problema ayuda a identificar el alcance. Por ejemplo, un fabricante puede llegar extremadamente tarde a un determinado trabajo que requiere arreglos extraños de compras y proveedores. El trabajo genera dolores de cabeza, pero no es el pan de cada día del taller. Definir el problema real (un rendimiento de entrega inaceptable para las cuentas principales que generan ingresos del taller) cambia el enfoque. La solución de programación resultante no será perfecta y probablemente no resolverá todos los problemas relacionados con ese trabajo inusual. Pero podría minimizar los efectos que tiene el trabajo ocasional en el flujo de trabajo central del taller.

FIGURA 3. El cambio comienza con los procesos de negocio (centro). Se crea, personaliza e integra un sistema de programación (APS) en torno a esos procesos. Y todo el sistema interactúa con tres puntos de contacto: la planta, compras y entrada de pedidos.

Una vez que un taller define el problema, comienza la evaluación. Como escribe Liddell, "Recomendar una solución sin saber cómo funciona un negocio, por qué una empresa hace las cosas de cierta manera y cuáles son los problemas comerciales particulares, sería absurdo... Las soluciones deben diseñarse de adentro hacia afuera. El problema comercial conduce a una visión de cómo deberían ser los nuevos procesos de negocio".

Esta fase incorpora cómo se procesan los pedidos en la oficina, desde la entrada del pedido hasta la preproducción, lo que garantiza que los viajeros y otra documentación del trabajo tengan todo lo que los empleados necesitan para avanzar en un trabajo.

Después de la evaluación viene la etapa de diseño. El documento de diseño traza cómo fluye la información, dónde se almacenan los datos (idealmente en un solo lugar, una única fuente de información) e incluye una explicación de cómo se calculan los datos. Como escribe Liddell, "El diagrama de flujo mostrará claramente la forma en que los datos fluyen entre los diversos sistemas y el trabajo necesario para lograrlo. Esto incluirá los datos que debe enviar su sistema APS a otros sistemas, como su ERP o su sistema de recopilación de datos de planta".

Agregó que la mayoría de las plataformas de programación se construyen alrededor de tres puntos de contacto (ver Figura 3). El primero es el registro de pedidos, que desarrolla las rutas y las listas de materiales del pedido y programa la fecha de entrega en función de la información de capacidad. El siguiente es compras, que comunica cuándo se requieren materias primas; el personal de recepción (u otra persona, según la operación) luego registra cuándo las materias primas están realmente disponibles. El tercer punto de contacto es la propia planta, que recibe los horarios de la planta (basados ​​en los tiempos estimados) y registra las transacciones de la planta (registrando los tiempos reales).

De aquí surge la hoja de ruta de programación, un documento que, como escribe Liddell, "explica cómo el nuevo sistema afectará cada área funcional... El proceso de creación de la hoja de ruta de programación brinda a todos la oportunidad de hacer sugerencias y convertirse en parte de la solución. "

El mapa describe a todos (conductores de montacargas, operadores de máquinas, soldadores) cómo fluirá la información y el trabajo, cómo los cambios en un área afectan a otras y, lo que es más importante, por qué es necesario cambiar las cosas. Como lo expresó Liddell en su libro: "La verdad es que una de las principales razones por las que fallan los sistemas de programación es porque aquellos que podrían beneficiarse más no entienden por qué necesitan cambiar".

La fase de desarrollo crea un modelo de trabajo de la plataforma de software de programación, nuevamente diseñado en torno a la regla 80-20, donde el 20 % del esfuerzo resuelve el 80 % de los problemas. Una prueba posterior implica ejecutar secuencias de comandos documentadas para ciertos escenarios comerciales, como ingresar, cambiar y eliminar un pedido.

Luego viene la fase de implementación, cuando el taller puede ejecutar su sistema de programación heredado y nuevo en paralelo para validar los resultados. Los problemas se resuelven, todo mientras permanece enfocado en la regla 80-20. Los primeros días de implementación, escribe Liddell, no son un momento para agregar más campanas y silbatos para manejar cada problema de programación con el que se encuentran las personas, sin importar cuán menores o raros puedan ser esos problemas. "La prioridad debe ser concentrarse en lograr la estabilidad, porque nada destruye la confianza en un nuevo sistema más rápido que un flujo interminable de errores y problemas".

Una vez que el cronograma se vuelve estable, todo el proceso comienza nuevamente en un círculo virtuoso. Con los problemas de programación central resueltos, los problemas que estaban fuera del alcance ahora pasan a ese 80% de los problemas que se pueden resolver con el 20% del esfuerzo.

En el centro del problema se encuentra la variabilidad: en el tiempo del ciclo, la cotización y el procesamiento de pedidos, la disponibilidad de materiales, la asistencia de los empleados, el reproceso por información errónea, la falta de comunicación en la cadena de suministro, la falta de capacitación y la variación del desempeño entre los empleados y entre turnos. Cuanta más variabilidad tiene una operación, más trabajo en proceso de absorción de variabilidad necesita entre los pasos de procesamiento, y los plazos de entrega más largos deben ser.

Como lo describió Liddell, "El problema fundamental que tienen todas las plantas es que todo está conectado. Cuando sucede una cosa, la gente no sabe cómo afecta a otras cosas".

La fabricación de metal implica una red de interacción que interviene en la fabricación y entrega de un producto. Toda accion tiene una reacion. Los avances en la recopilación de datos, el mantenimiento predictivo, el monitoreo de máquinas, el control de producción y (por supuesto) el software de programación continúan pintando una imagen cada vez más precisa de las plantas.

Pero los pisos de las plantas siguen siendo extraordinariamente complejos y, al igual que las personas que los manejan, nunca son perfectos.

Las cifras son de The Little Blue Book On Scheduling de Mike Liddell (Palmetto, Fla.: Joshua1nine Publishing, 2008), págs. 51-53, 81. Reimpreso con autorización.