Simulación de producción

En Production Support 56 , nos especializamos en mejora de procesos y simulación de fabricación.. Hemos modelado muchas líneas de producción y, en general, descubrimos que cuando una línea está al día, es relativamente eficiente. Las oportunidades más fructíferas para mejorar se encuentran fuera de las operaciones normales, cuando las cosas van mal o cuando es necesario cambiar la línea. Un área de mejora que a menudo se descuida es la puesta en marcha y el cierre de una línea de producción. Este es el período al comienzo de un día, o campaña, donde las máquinas se encienden y los materiales comienzan a llenar la línea y luego al revés para las paradas. Como la línea no puede funcionar a toda velocidad durante estos períodos, es imposible que la línea sea tan eficiente como durante las operaciones normales. Estos períodos ineficientes pueden durar minutos, horas o incluso días. Los fabricantes a menudo compensan esto aumentando el tamaño de los lotes y la duración de las campañas, lo que da como resultado una sobreproducción.

Consideraciones del modelo inicial para la simulación de producción

Como siempre, antes de comenzar cualquier modelo, debe definir la pregunta que su modelo intenta responder. Si solo está interesado en el funcionamiento normal (cuando las cosas funcionan como se espera y la línea está a velocidad normal), entonces no pierda tiempo preocupándose por la puesta en marcha. He discutido la definición de una buena pregunta modelo en un artículo anterior.. La mayoría del software de simulación tiene un período de calentamiento en el que se ignoran los datos generados durante el inicio del modelo. Esto es para evitar que los datos de inicio distorsionen los datos de funcionamiento normal. Esto es correcto ya que son dos fases distintas de una línea de producción. Si solo está interesado en las operaciones normales, también debe asegurarse de que los datos generados durante el cierre del modelo también se ignoren. Esto a menudo se logra fácilmente haciendo que el modelo se detenga abruptamente cuando está en pleno flujo. Usamos el software de simulación Simul8 para nuestro modelado, tiene una función de período de calentamiento incorporada, pero dependiendo de la aplicación, generalmente programamos el modelo para recopilar datos en distintas fases.

A menudo me refiero a las operaciones normales como el estado estacionario del modelo, aquí es donde las entradas y salidas del modelo coinciden y las cargas de línea y el trabajo que se realiza son relativamente constantes. Esta definición ayuda a definir la transición desde el arranque hasta el estado estable y hasta la fase de parada.

Para complicar las cosas, hay dos tipos de arranque: frío y caliente. Un arranque en frío es cuando el equipo está completamente apagado y requiere una serie de actividades para ponerlo en funcionamiento, por ejemplo, llevar un horno de temperatura ambiente a temperatura operativa, habrá una serie de actividades complejas y que requieren mucho tiempo para lograrlo. . Un arranque en caliente es cuando el equipo está inactivo y requiere actividades menores para que funcione, por ejemplo, un congelador en espiral puede estar a la temperatura correcta, solo necesita que el transportador arranque. Para su modelo, debe saber qué tipo de puesta en marcha está simulando para asegurarse de recopilar la información correcta.

Si cree que las puestas en marcha y las paradas pueden tener un impacto significativo en el propósito de su modelo, entonces vale la pena dedicar más tiempo a ampliar el alcance de su proyecto. Esto significa que debe modelar con precisión el inicio y el final de una campaña de producción y programar el software para recopilar datos para cada fase distinta. La segunda cosa a considerar es qué parámetros son los más importantes y afectarán los resultados de los modelos.

Factores relevantes para el arranque y paralización de la producción

Al planificar la recopilación de datos para un modelo o proyecto de mejora de procesos, considero los cinco factores principales que componen los conocidos 4M y 1E, hombre, máquina, material, método y entorno. Es importante considerar cada factor e identificar las palancas clave que afectan su modelo y cuáles son importantes para responder la pregunta.

Palancas de simulación de producción

Medio ambiente: los procesos de fabricación normalmente se llevan a cabo en interiores con factores ambientales importantes controlados, por ejemplo, luz, temperatura, humedad y flujo de aire. Sin embargo, vale la pena considerarlo, especialmente si el proceso que está modelando es al aire libre, pero para la mayoría de los proyectos de modelado se puede ignorar con seguridad.

Mano de obra (Hombre): Los datos importantes aquí son patrones de turnos, tiempos de descanso, niveles de dotación y habilidades. Muy a menudo, habrá personas clave que administren el equipo y los materiales al comienzo y al final de una campaña de producción.

Máquinas: algunas máquinas requieren un período de calentamiento (como el congelador o las freidoras) o requieren calibración o configuración. Al final de una campaña, es posible que sea necesario asegurar o limpiar el equipo. Estas son actividades por derecho propio y pueden requerir habilidades especializadas, pero solo ocurrirán una vez al comienzo o al final de una campaña.

Materiales: Algunos materiales se pueden dejar en un estado semi-completo. Por lo general, se trata de piezas discretas no perecederas (p. ej., el motor de un automóvil); al final de un turno de producción, la actividad actual estará completa y la pieza puede esperar en la línea hasta el día siguiente. Otros materiales pueden necesitar almacenamiento especial al final del día, especialmente si el material es valioso o peligroso. Algunos materiales serán perecederos (como los alimentos), por lo que la línea se puede vaciar y limpiar al final del turno de producción.

Método: El método definirá los tiempos de ciclo y las habilidades necesarias para poner en marcha y apagar una línea. El método (o la filosofía de la campaña) puede requerir una acumulación de materiales parcialmente terminados (trabajo en curso, WIP) durante el inicio de una campaña y que ese WIP se agote al final de la campaña, o que WIP sea se almacena al final de una campaña y se recupera al comienzo de la siguiente campaña. El uso táctico de WIP puede ayudar a acelerar la puesta en marcha y garantizar el buen funcionamiento de la línea.

Caso de estudio de Rea world con arranques y paradas

Recientemente modelamos un proceso de fusión y fundición, donde las piezas fundidas se maquinaron y el material eliminado se devolvió al proceso de fusión. Funcionaron en campañas de dos semanas (vida útil del crisol) y tomó alrededor de un día para que el equipo alcanzara la temperatura y alrededor de ocho horas para enfriar y limpiar el equipo al final.

material de semilla

El material fundido estaba compuesto por un 90 % de material nuevo y un 10 % de semilla recuperada del mecanizado. Para hacer la vida interesante, el material mecanizado no se generaba hasta las 60 horas de producción y era extremadamente tóxico. Por lo tanto, para los fundidos iniciales, se requería un stock de material recuperado para sembrar cada fundido, una vez que las piezas fundidas estaban listas para mecanizarse, la línea de producción generaba suficiente material recuperado para sembrar cada fundido subsiguiente y se lograba un estado estable. El último proceso de fundición se llevó a cabo diez días después de la campaña, después de lo cual se generaron cantidades significativas de material recuperado pero no se consumieron. El gráfico muestra la cantidad de material tóxico recuperado almacenado y tiene una curva similar a una bañera con tres fases distintas de producción.

Resultados del estudio de caso de simulación de producción

El modelo nos permitió trabajar con las partes interesadas del proceso para minimizar la cantidad de material tóxico recuperado y garantizar que hubiera suficiente en stock para comenzar la próxima campaña.

Arranque y apagado

Una de las características interesantes de esta operación fue que se requerían muchas actividades para iniciar la campaña de producción. El modelado permitió una evaluación de diferentes cronogramas de puesta en marcha. Descubrimos que había suficiente mano de obra gratuita al final de una campaña para preparar el horno para la próxima campaña, esto incluía el vaciado, enfriamiento, desmontaje, reconstrucción y ajuste. Además, se comprobó que los equipos de mecanizado podían estar preparados al inicio de la siguiente campaña ya que se estaban realizando las primeras actividades de fundición y fundición. Este enfoque adoptado fue similar a la metodología de intercambio de troqueles de un solo minuto (SMED) (espero discutir esto en un artículo posterior).

Esta optimización de las actividades de arranque y parada redujo significativamente la necesidad de horas extras, minimizó los retrasos y aumentó la capacidad de la planta, todo sin gastar dinero.

Resumen: Simulación de producción efectiva

Hemos descubierto que la simulación de fabricación es una gran herramienta para apoyar la mejora de procesos y el diseño operativo. La clave para crear un buen modelo es basarlo en una sola pregunta que incorpore la portería y las palancas. Por ejemplo, ‘¿Puedo aumentar el rendimiento de la línea optimizando el patrón de turnos?’. Cuando esté planificando el modelo, debe considerar si las puestas en marcha y las paradas afectan el objetivo y, de ser así, cuáles son los elementos clave. Si está incorporando arranques y paradas, debe asegurarse de que el modelo recopile los datos por separado para cada fase distinta.

Con un modelo que incorpora arranques y paradas, puede determinar los costos operativos totales en términos de mano de obra, materiales y energía. A continuación, puede ejecutar varios escenarios para optimizar el equilibrio entre arranques en caliente y operaciones normales. Esto es especialmente relevante para los equipos que consumen mucha energía, como los congeladores, es posible que desee dejarlos inactivos entre campañas de producción a una temperatura más alta sin aumentar el tiempo de puesta en marcha de manera perjudicial.

Es posible que descubra que se logran impactos más grandes fuera de las operaciones normales y, si no los modela, nunca lo sabrá.

Contenido de simulación de producción relacionado

Si desea obtener más información sobre la simulación de producción, puede consultar mis publicaciones anteriores sobre SCDA:

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