DISEÑOS DE LOS PROCESOS PRODUCTIVOS

CONCEPTO DEL DISEÑO DE PROCESOS PRODUCTIVOS

El Diseño del Proceso Productivo tiene por objeto formular el modo de crear bienes y servicios en una escala industrial cumpliendo con especificaciones preestablecidas. Un proceso es una "sucesión de tareas o actividades desarrolladas por personas, que con la ayuda de insumos, herramientas, tecnología y conocimiento, transforman las materias primas y/o recursos en productos y/o servicios previamente definidos

•            INGENIERÍA DE PROCESO

El producto, el proceso y el método de trabajo son los componentes interactuantes del subsistema denominado Ingeniería de Proceso que se realimentan permanentemente entre si creando la necesidad de diseños y rediseños de si mismos, aunque en una secuencia lógica primero se defina el producto y, éste a su vez, condicione la aplicación de ciertos procesos, sobre los que se requiere indagar para implantar nuevos métodos para mejorar la productividad, la calidad y la seguridad de los productos y procesos.

La Ingeniería de Proceso hace parte de la Administración de la Producción (se refiere a productos) y las Operaciones (se refiere a servicios) y tiene como función principal especificar el modo en el que se desarrollarán las actividades que la función de producción debe adelantar, guiando la elección de tecnologías y estableciendo el momento, las cantidades y la disponibilidad de recursos productivos. Para ello definirá las actividades a realizar, su secuencia, los equipos, dispositivos y herramientas e indicar la forma de utilizarlas, las condiciones de puesta a punto y regulación de los equipos, la aplicación de los materiales auxiliares y el control y evaluación del proceso para mantenerlo dentro de las condiciones deseadas.

El personal que desempeña las tareas de la ingeniería de proceso se distingue por su inteligencia y creatividad, trabajo multidisciplinario y sistemático,  actitud  de  servicio  y  excelentes  relaciones  interpersonales. Normalmente sus actividades pueden clasificarse como:

a- Desarrollo de nuevos procesos y,

b- Apoyo para el cumplimiento de procesos vigentes

Los procesos, los métodos y los productos pueden ser modificados por diversas causas, entre ellas podemos mencionar:

·         Aparición de un nuevo producto

·         Aparición de una nueva tecnología

·         Aparición de nuevos materiales

·         Mayores requerimientos de volumen de producción

·         Mayores requerimientos de calidad

·         Necesidad de reducción de costes

·         Eliminación de operaciones riesgosas

·         Cumplimiento de requisitos legales

·         Sustitución de unos materiales por otros

Se ha podido establecer que la razón más común para que las organizaciones decidan cambiar un sistema productivo actualmente en funcionamiento sea el hecho de que con el sistema actualmente en funcionamiento no pueda lograr el cumplimiento de su estrategia empresarial.

La empresa debe hacer un análisis detallado de sus implicaciones, como son el traslado de maquinarias y equipos, y personal, reingeniería de procesos, modificación de las instalaciones, compra de maquinaria y equipos, etc..

El cambio del sistema productivo de una empresa debe ser gradual y estructurado, de tal forma que cause el menor traumatismo al interior de la organización y debe contar con el acompañamiento de expertos y con el apoyo de un grupo de trabajadores liderado desde la Alta Dirección, además de un fuerte componente de capacitación. De esta manera, las posibilidades de realizar exitosamente este cambio serán altas. Por el contrario, el no tener en cuenta estas recomendaciones traerá resultados desastrosos.

•            LA NATURALEZA DEL TRABAJO DE DISEÑO

El trabajo del diseño de procesos productivos empieza con la entrega de la información concreta y específica de las características y parámetros de los procesos y de las máquinas, como son los flujos de producción y las capacidades, al área de diseño por parte del responsable de las operaciones, con el fin de que el diseñador pueda desarrollar productos y procesos que respondan a las estrategias empresariales vigentes. Esta es precisamente la razón por la que se dice que el diseño y desarrollo de productos y procesos configuran el factor germinal del ensanche o montaje de nuevas plantas industriales.

Diseño es la adecuación de una idea para que con la ayuda de medios auxiliares disponibles se logre confeccionar un croquis, un modelo, un proyecto que contribuya a hacer perceptible visualmente la solución de un problema y acompañar su construcción o resolución en forma de producto, equipo, instalación o edificación.

Cuando se proyecta un nuevo producto o un nuevo proceso productivo, el diseñador debe tener en cuenta las condiciones actuales de la producción y los recursos disponibles del proceso vigente. El proyectista debe contar con una gran cantidad de información que le permita distinguir entre diseño complicado y diseño complejo. Un diseño es complicado cuando sus partes pertenecen a numerosas clases elementales, mientras que un diseño complejo contiene un gran número de partes reagrupables, no obstante, en pocas clases.

Los diseños se plantean dentro de unos límites específicos, dentro de los cuales, el cliente le presta mayor atención al costo que le corresponderá sufragar. Otros límites muy comunes en términos del producto son el tamaño, la forma, el peso, etc. y, en términos del proceso la potencia, productos-hora, calidad, seguridad, legalidad, etc.. la especificación de estos límites también limita la cantidad de soluciones aceptables propuestas por el diseñador.

Se llama especificación del rendimiento del diseño al conjunto de los requerimientos y límites de lo que el diseño va a lograr. Debido a que la especificación del rendimiento configura el fundamento de los objetivos del diseñador, estos no deberían definirse tan estrechamente pues podrían dar lugar a eliminaciones inapropiadas de soluciones, pero tampoco podrían ser tan vagas pues haría perder la dirección debida al diseño. Esta especificación también es utilizada por el diseñador para evaluar la(s) solución(es) propuestas y verificar que cumplen su espacio de solución dentro de los límites establecidos. Se requiere tomar el tiempo necesario y ejercer el esfuerzo más razonable posible para establecer de manera clara y exacta la especificación del rendimiento.

Un resumen esquematizado de la especificación del rendimiento, señalando el trabajo detallado del diseñador, es el siguiente:

·         Árbol de objetivos y análisis de funciones

·         Nivel de generalidad de las soluciones

·         Tipo de solución esperada (temporal, definitiva, indefinida, comercial, técnica, fácil, económica, etc..)

·         Alternativas que ofrecerá el diseño (maquinarias ancladas, móviles, empotradas, etc..)

·         Flexibilidades de los equipos e instalaciones para otros productos

·         Tipos diferentes de servicios (eléctricos, a gas, energia solar, elementos de consumo, etc..)

·         Características propias del objeto (con protección, bandas transportadoras, tipos de herramientas, climatización, vertimientos, etc..)

·         Posibilidades de expansión

·         Inversión inicial

·         Actividades relativamente independientes

·         Actividades que usan servicios especializados

·         Actividades que hacen uso intensivo de recursos

·         c- Nivel de generalidad del trabajo

·         Aspecto

·         Espacio

·         Comodidades

·         Ergonomía

·         Especialización de la mano de obra requerida

·         Calidad

·         Nivel de seguridad

·         Grado de limpieza

·         Contaminación ambiental

·         d- Cualidades del rendimiento requerido

·         Volumen de producción

·         Velocidad de producción

·         Costo de producción por unidad

·         Posibilidad de fácil reparación o reemplazo de los equipos

·         Tiempo de puesta en régimen después de un paro

·         Inversión en materia prima para llenar el sistema

·         Condiciones de recepción de las materias primas

·         e- Especificaciones del rendimiento

·         Mediciones

·         Tolerancias

·         Porcentaje de defectuosos

·         Potencia

·         Empleo

•             LAS ETAPAS DEL DISEÑO DEL PROCESO

La realización del diseño de un proceso productivo comprende el desarrollo de una serie de actividades que pueden agruparse en tres etapas, así:

·         Divergencia de definiciones del problema: la cual puede resumirse como la división del problema en partes.

·         Transformación de lo complicado en complejo: que consiste en la colocación de las piezas en otro orden.

·         Convergencia en la gama de soluciones: mediante la ejecución de pruebas para revelar las consecuencias prácticas de la nueva organización.

La investigación divergente estudia de la estabilidad de las acciones intuitivas y racionales del diseñador ante la imposición de modelos prematuros de soluciones obligando a postergar las decisiones hasta la próxima etapa mientras se identifican las características de la situación del diseño que permita aceptar cambios valorables y factibles.

La transformación es una etapa cargada de alto nivel creativo donde la experiencia y los juicios brillantes llegan a obviar las opciones costosas, inútiles y perjudiciales. La combinación racional de costos y técnicas llevan a la construcción de modelos adecuados pero aun sin comprobación.

La convergencia es la etapa en la que se busca reducir la incertidumbre de la gama de soluciones aún permanecientes de la manera más sencilla y económica posible para la recomendación de un único diseño en una propuesta documentada.

•                 LA METODOLOGÍA DEL DISEÑO

Generalmente, las estrategias pre planeadas consisten en secuencias de acciones cada una dependiente de la salida anterior, lo cual les permite ser monitoreados a través de una computadora, como puede verse en las siguientes graficas:

Estrategia Lineal del Diseño

Estrategia Cíclica del Diseño

Estrategia Incremental del Diseño

Los diseños pre planeados son más útiles para situaciones conocidas que para nuevas situaciones, esto es, son más aplicables en las modificaciones que haya que hacer a procesos ya existentes. Cuando las acciones son independientes entre si, podrían utilizarse estrategias ramificadas lo cual permitiría la atención simultánea de varias actividades alternativas y también la dedicación de un mayor número de personas al trabajo del diseño, así:

Estrategia Ramificada

En las estrategias adaptables, la elección de cada acción está influida por el resultado de la acción anterior, sin embargo, requieren mayor control del costo y del tiempo permisible.

Estrategia Adaptativa del Diseño

·           LOS MODELOS DE DISEÑO

 LAS CONFIGURACIONES PRODUCTIVAS

•       LAS CONFIGURACIONES PRODUCTIVAS CLÁSICAS

Las configuraciones tradicionales comprende las siguientes seis tipologías: la configuración por proyecto, la configuración por talleres a medida, la configuración por talleres a colecciones, la línea acompasada por equipo, la línea acompasada por operarios y la configuración continua.

·           CONFIGURACIÓN POR PROYECTO

La configuración de los procesos Por Proyectos es la más utilizada para la fabricación de productos o servicios "únicos" y de cierta complejidad, tales como aviones, barcos, autopistas, líneas férreas, etc. Estrictamente hablando, los proyectos no configuran un flujo de producto sino más bien un flujo de recursos técnicos y humanos, ya que todas las actividades y recursos se gestionan en una secuencia de contribución a los objetivos finales del proyecto. En la misma medida del acrecentamiento del proyecto, la coordinación va adquiriendo un carácter crítico y se hace cada vez más dificultoso el control de los costos y el cumplimiento de los plazos de entrega

Normalmente los productos resultantes del proyecto se fabrican en el mismo lugar en el que se generará su servicio y el control aplicado se refiere a la asignación y reasignación de los recursos, las relaciones de precedencia entre tareas, el coste de las distintas duraciones parciales y etapas, etc. Precisamente, tal complejidad de las tareas durante la ejecución y la aplicación de los insumos hacen de la planeación y control de las operaciones de los proyectos uno de los rubros más costosos.

Con el fin de reducir la aplicación de trabajo manual, a veces, son utilizados equipos universales, sin embargo, es bastante difícil automatizar la ejecución del proyecto. Por el contrario, muy raras veces los proyectos son definitivos desde su comienzo y, más bien, están expuestos a un alto grado de cambio e innovación que requieren un gran despliegue de creatividad y originalidad.

·           CONFIGURACIÓN POR LOTES

La principal utilización de la configuración por lotes tienen lugar cuando las instalaciones soportan adecuaciones convenientes al tamaño de los lotes fabricados. Generalmente, cuando una planta de producción industrial está distribuida por departamentos funcionales, siempre adopta una configuración por lotes, en este caso, el enfoque más común consiste en arreglar los departamentos que tengan procesos semejantes de tal manera que la operación previa debe haberse completado totalmente antes de pasar a la operación siguiente, optimizando así su posición relativa.

En consecuencia, un producto o trabajo fluirá solamente hacia aquellos Talleres o Centros de Trabajo que requiera y pasará de largo por los demás. La configuración por lotes, según que responda a las necesidades de las operaciones o al flujo de los materiales y productos, se clasifica en:

a- Configuración en Talleres o Centros de Trabajo (Job Shop)

b- Configuración en Línea (Flow Shop)

a.     CONFIGURACIÓN EN TALLERES (JOB SHOP)

La configuración en talleres se aplica en la producción de lotes más o menos pequeños de una gran variedad de productos. En consecuencia, los equipos utilizados suelen ser versátiles y de escasa especialización, que permiten ejecutar operaciones diversas. La amplia variedad de outputs determina una baja o muy baja automatización, generando costos variables muy altos aunque a manera de compensación, los costos fijos son bastante bajos debido a que la inversión inicial es relativamente baja.

Comúnmente, las configuraciones productivas aparecen mezclados de tal manera que para poder distinguir la amplitud de las diferencias y similitudes entre los sistemas de producción existentes, hay la necesidad de singularizar el tipo de producto que se fabrica y los outputs provistos al mercado. En la configuración en talleres, se pueden distinguir dos situaciones:

- la configuración de talleres a medidas, y

- la configuración de talleres a colecciones.

a.1. CONFIGURACIONES EN TALLERES A MEDIDAS

La configuración de talleres a medidas se refiere a la producción de pocas unidades de un producto concreto "a medidas" o con muchas caracterizaciones personalizadas, por lo que la variedad puede ser infinita, limitada solamente por las posibilidades técnicas de la empresa o por la maquinación del cliente y en consecuencia, estas producciones requieren de poca o de ninguna estandarización. Las operaciones son realizadas por un mismo obrero o por un grupo pequeño de ellos, los cuales tienen la responsabilidad de terminar todo o casi todo el producto. Tal es el caso, por ejemplo, de una pequeña empresa fabricante de muebles a medida.

a.2. CONFIGURACIONES EN TALLERES A COLECCIONES (BATCH)

La configuración de talleres a colecciones (Batch) se refiere a los centros de trabajo que contienen maquinaria algo más sofisticada y enfocada a ciertos tipos de operación, aunque también se trata de productos con poca o ninguna posibilidad de estandarización o de bajos volúmenes de producción. Aquí, el trabajo se divide en diferentes etapas tecnológicas, en las cuales lo lotes sufren distintas operaciones. Así, la instalación se suele dividir en secciones en los cuales se agrupan los equipos con funciones similares. El flujo material es desconectado aunque regular, variable de un pedido a otro y, generalmente, existen pautas de flujo para familias de productos y para grandes lotes. Las empresas suelen ofrecer un gran número de opciones de catalogo y de entre las cuales los clientes eligen las de su conveniencia. Los procesos mantienen una buena flexibilidad de producción pero también son bastante ineficientes y la automatización sigue siendo baja. Cada trabajador domina el funcionamiento de uno o varios centros de trabajo, pero en cambio, no podrá dominar todas las operaciones con eficacia aceptable. Tal es el caso, por ejemplo, de una fábrica de muebles donde el cliente puede elegir la tapicería de las sillas, la forma y el color del armario.

b.     CONFIGURACIÓN EN LÍNEA (FLOW SHOP)

La configuración en línea se aplica en la fabricación de grandes lotes de pocos productos diferentes, con opciones técnicamente homogéneas, que requieren una secuencia similar de operación. Cada vez que se termina de fabricar determinado ítem, se procede a ajustar las máquinas para fabricar otro lote de distinto ítem y, así sucesivamente.

En consecuencia, las operaciones en línea son extremadamente eficientes pero también extremadamente inflexibles. La eficiencia se debe a la adopción de bienes de capital en vez de mano de obra y a la estandarización de la mano de obra restante a través de tareas rutinarias. La maquinaria de la configuración en línea es mucho más especializada que la de la configuración en talleres y su mayor aplicación se encuentra entre empresas que suelen fabricar para formar inventarios. Requieren mayor inversión en capital haciendo que su utilización sea alta frente a lotes de gran tamaño con el fin de lograr un costo unitario bajo. Tal es el caso, por ejemplo, de la línea de montajes de automóviles en la que se puede variar el tipo de motor, el número de puertas, o el equipo auxiliar, pero que se trata siempre del mismo modelo.

La decisión de emplear operaciones en línea depende mucho de la consideración del riesgo de obsolescencia del producto, el riesgo del cambio de tecnología de los procesos y el costo laboral que implica la insatisfacción del trabajador por la cantidad de trabajos rutinarios y repetitivos. En la configuración en línea, se pueden distinguir dos situaciones:

- la configuración en línea acompasada por el Equipo, y

- la configuración en línea acompasada por Operarios

b.1. CONFIGURACIÓN EN LÍNEA ACOMPASADA POR EL EQUIPO

En la configuración en línea acompasada por el equipo, el proceso está organizado en una línea o líneas especializadas para producir un número pequeño de productos diferentes o familias de productos. Este sistema productivo se usa solo cuando el diseño del producto es estable y el volumen es lo suficientemente elevado para hacer un uso eficiente de una línea especializada con capacidades suficientes. Se fabrica a una tasa constante, con un flujo automatizado e intensivo en capital. Los operarios realizan tareas relativamente simples a un ritmo determinado por la velocidad de la línea. El control del ciclo productivo está automatizado, existe una estandarización alta y una eficiencia elevada de la línea.

b.2. CONFIGURACIÓN EN LÍNEA ACOMPASADA POR OPERARIOS

La configuración en línea acompasada por operarios se utiliza cuando el número de productos es demasiado elevado y los volúmenes de producción demasiado variables para el sistema en línea con flujo acompasado por el equipo. Aunque algunos de los productos fabricados en esta configuración no tenga que pasar por todas las estaciones de trabajo utilizadas en la línea acompasada por equipo, estos resultan técnicamente homogéneos utilizando la misma instalación, el personal y la misma secuencia de estaciones de trabajo. La tasa de producción depende de: el producto particular que se fabrique, el número de operarios asignados a la línea y de la eficacia del trabajo en grupo de los operarios. El ciclo productivo está controlado por los operarios a diferencia de la anterior donde dicho control esta automatizado, esto la hace más flexible y versátil que el anterior y puede funcionar con una gran variedad de velocidades.

·           CONFIGURACIÓN CONTINUA

En los procesos continuos, cada máquina y equipo están diseñados para realizar siempre la misma operación y preparados para aceptar de forma automática el trabajo que les es suministrado por una máquina precedente, que también ha sido diseñada para alimentar a la máquina que le sigue. Aquí, los operarios también efectúan la misma tarea para el mismo producto.

Los procesos continuos tienden a ser más automatizados y a producir productos más estandarizados. El flujo material es continuo, sincronizado e integrado a través de toda la instalación configurando un proceso de gran desarrollo tecnológico. Generalmente requiere laborar 24 horas del día para constituírse en un sistema costeable y eficiente. Precisamente por esta estandarización y a la organización secuencial de las tareas, resulta muy difícil y costoso modificar el producto o el volumen de producción en las operaciones, determinando por tanto que los procesos continuos sean bastante inflexibles.

Casi siempre, la producción continua se refiere a las llamadas industrias de proceso como la industria química, la del papel, la de la cerveza, la del acero, la de la electricidad y las industrias telefónicas, en las que una parada del proceso podría originar graves perjuicios a la maquinaria, aunque podría darse el caso de la interrupción de una producción por algunas horas del día y recomenzar después donde quedó, siguiendo con la fabricación del mismo producto.

·           2.1.5. COMPARACIÓN ENTRE LAS CONFIGURACIONES PRODUCTIVAS CLÁSICAS

Tradicionalmente las decisiones sobre selección de tipo de proceso más conveniente han sido unas decisiones estáticas hechas con base en las características de las configuraciones productivas. Las criterios más comúnmente utilizados pueden compararse mediante el uso del siguiente cuadro:

Comparación de las Configuraciones Productivas
Características	Por Proyecto	Por Lotes	Continuo
Producto
Tipos de Pedido	Una sola unidad	Intermitentes	Continuo o lotes
Flujo del Producto	Ninguno	Mezclado	Secuencial
Variedad de Productos	Muy alta	Alta	Baja
Tipo de Mercado	Único	Clientes	En masa
Volumen de Producción	Una sola unidad	Mediano	Alto
Mano de Obra
Habilidades	Altas	Altas	Bajas
Tipo de tarea	No rutinario	No rutinario	Repetitivo
Salario	Alto	Alto	Bajo
Capital
Inversión	Baja	Media	Alta
Inventario	Medio	Alto	Bajo
Equipo	Universal	Universal	Especial
Objetivos
Flexibilidad	Alta	Mediana	Baja
Costo	Alto	Mediano	Bajo
Calidad	Variable	Variable	Consistente
Tiempo de proceso	Alto	Mediano	Bajo
Planeación y Control
Producción	Difícil	Difícil	Fácil
Calidad	Difícil	Difícil	Fácil
Inventario	Difícil	Difícil	Fácil

·           TÉCNICAS Y HERRAMIENTAS DE DISEÑO

o     EL CONTROL ESTADÍSTICO DE LOS PROCESOS (SPC)

El control estadístico de procesos es una técnica estadística, de uso muy extendido, para asegurar que los procesos cumplan con los estándares. Todos los procesos están sujetos a ciertos grados de variabilidad. Los Gráficos de Control se utilizan con el fin de detectar cuando un proceso no se está comportando como sería de esperarse estadísticamente y por lo tanto requiere que se tomen unas medidas correctivas pertinentes inmediatamente.

El gráfico de control permite separar las variaciones del proceso por causas naturales y por causas imputables a causas específicas tales como el desgaste de la maquinaria, equipos mal ajustados, trabajadores fatigados e insuficientemente formados, etc.. Las variaciones naturales y las imputables plantean dos tareas diferentes al director de operaciones. La primera es asegurar que el proceso tendrá variaciones naturales, con lo cual el proceso continuará arrojando productos dentro de las especificaciones. La segunda es, identificar y eliminar las variaciones imputables para que el proceso continúe siendo uniforme, esto es que las variaciones entre los artículos sea mínima.

Para el registro de los resultados de las pruebas, se utilizan variados gráficos de control, tanto para características cualitativas como cuantitativas, utilizándose siempre un gráfico por cada característica que se quiera registrar. Estos gráficos de control pueden ser:

·         para controlar los promedios de las mediciones de la muestra, llamados gráficos X

·         para la diferencia de valores en las mediciones de la muestra, llamados gráficos R

·         para los porcentajes defectuosos de la muestra, llamados gráficos P

·         para el número de defectos de la muestra, llamados gráficos C.

Los gráficos de control en sí, no mejoran la calidad, solamente indican cuando es necesario efectuar una intervención. La acción correctiva tomada debe ser enérgica para evitar la continuación de la fabricación de piezas defectuosas. Corresponde entonces al control de las operaciones y los procesos, centrar su actividad inspectora sobre el cumplimiento de las características de los productos respecto a los siguientes aspectos del registro de los resultados de las pruebas:

·         Definición exacta de las tolerancias de diseño para cada característica de calidad, sin que el producto pierda su funcionalidad

·         Verificar que efectivamente se den los avisos correspondientes cuando se alcancen los límites previstos

·         Verificar que se intervengan los procesos cuando una característica de calidad alcance el límite de intervención, con el objeto de que se realicen los ajustes necesarios antes que sobrepasen las tolerancias establecidas

·         Verificar que se registre la totalidad de las pruebas realizadas

·         Definir si los recursos utilizados para el registro son los adecuados y si los procedimientos utilizados en su llenado son los correctos.

o     REDUCCIÓN DE CAMBIOS DE PARTIDA (SMED)

El sistema Reemplazo de Herramientas al Instante (SMED) nace como un conjunto de conceptos y técnicas del JIT que buscan reducir los tiempos de preparación de la producción a un solo dígito. Para tal efecto, a partir del análisis del plazo de fabricación, descompuesto en las etapas de tiempos de espera entre procesos, tiempo de transporte y tiempo de ejecución, se pretende evitar cualquier tipo de despilfarro del tiempo, estableciendo como recomendables, los siguientes pasos:

·         1- análisis de procesos y tiempos de preparación de la maquinaria parada y la maquinaria en funcionamiento

·         2- separación del tiempo de búsqueda, preparación y ordenación de las herramientas y materiales necesarios con la máquina en funcionamiento y el tiempo de fijación de los nuevos útiles y herramientas y el retiro de los cambiados

·         3- convertir las actividades de preparación de la maquinaria parada en actividades que sean posibles de realizar con la maquinaria en marcha

·         4- perfeccionar todos los elementos de la operación de preparación de la producción.

o    LA MANUFACTURA ASISTIDA POR EL COMPUTADOR (CAM)

Es un conjunto de diversas tecnologías que se utilizan para el diseño de procesos productivos, controlando máquinas herramientas y el flujo de materiales mediante la automatización programable. Incluye: máquinas herramientas operadas digitalmente, sistemas de manufactura flexibles e inspección asistida por computador.

Las máquinas herramientas operadas digitalmente por el CAM pueden ser controladas numéricamente y programarse para asignarle proporciones a las piezas y a la secuencia del centro de mecanizado, ya sea directamente en el taller o indirectamente, mediante aplicaciones en disco o cinta. Los sistemas de manufactura flexibles (FMS) unen los centros de trabajo mecanizados y los sistemas de manejo de materiales mediante tecnologías de automatización para obtener la flexibilidad en las operaciones con un costo bajo de producción en masa y limitando la participación humana a la colocación de accesorios y al mantenimiento de sistemas. La inspección asistida por computador recopila automáticamente la información de control de calidad y la analiza, pudiendo establecer una base de datos estadísticos sobre diversas partes y aislar problemas del procesos de producción, tal como lograr conformar familias de piezas y módulos que se pueden fabricar con un mismo grupo de máquinas.

Adicionalmente, la robótica esta vinculada con la CAM. Un robot es un manipulador multifuncional, reprogramable, con un dispositivo como extremidad, que se emplea en tareas de fabricación susceptibles de descomponerse en operaciones independientes. Por ejemplo, un robot con extremidad de soldador de punto, puede utilizarse en tareas de montaje de equipos.

o    LAS OPERACIONES MODULARES

La fabricación modular significa la especialización paulatina en la producción de ciertas piezas o paquetes de piezas empleadas como partes componentes ensambladas sucesivamente para conformar diferentes bienes o servicios.

Todas las partes o unidades modulares fabricadas conforme a las especificaciones de una clasificación particular de partes modulares pueden ser tratadas como idénticas, independientemente del momento en que fueron elaboradas.

Los módulos intercambiables de partes se diseñan para que puedan ser transferidos entre productos. Estas partes y módulos intercambiables, son los outputs mezclados que se expiden en cualquier orden para ser ensamblados con otras partes producidas en forma similar.

a.     FIABILIDAD

Es un parámetro de aptitud de uso de un producto. Se define como la probabilidad de que un artículo realice una función determinada, en condiciones determinadas, en un período de tiempo determinado. Esta definición tiene cuatro puntos claves:

·         1- la cuantificación de la fiabilidad en términos de probabilidad,

·         2- la declaración de la función del producto,

·         3- la declaración del tiempo operativo entre fallos y,

·         4- la declaración de las condiciones ambientales en las que el equipo debe operar.

En la práctica, los requisitos de fiabilidad se establecen en un lenguaje muy simple. Un resumen de los índices más comunes se presenta en la siguiente tabla:

Indicadores de Fiabilidad de los productos modulares
Índice	Significado
Tiempo medio entre fallos (TMEF)	Tiempo medio entre fallos de un producto reparable
Tasa de Fallo	Número de fallos por unidad de tiempo
Tiempo medio hasta el fallo (TMHF)	Tiempo medio hasta el fallo de un producto no reparable, ó tiempo medio hasta el primer fallo de un producto reparable.
Vida media	Valor medio de vida (la vida puede estar relacionada con una importante reparación general, con el desgaste, etc.)
Tiempo medio hasta el primer fallo (TMPF)	Tiempo medio hasta el primer fallo de un producto reparable
Tiempo medio entre mantenimientos (TMEM)	Tiempo medio entre dos determinados y sucesivos tipos de Mantenimiento
Longevidad	Tiempo de desgaste de un producto
Disponibilidad	Tiempo en que un producto está disponible para su uso expresado en porcentaje del tiempo operativo respecto del tiempo operativo más el tiempo de reparación
Efectividad del sistema	Grado en que un producto cumple con los requisitos del usuario
Probabilidad de éxito	Igual que la fiabilidad pero frecuentemente utilizado para productos de un solo uso o productos sin relación con el tiempo
Vida b10	Período al final del cual habrá fallado el 10% de la población
Reparaciones/100	Número de reparaciones por cada 100 horas de funcionamiento

b.     ANÁLISIS DEL MODO DE FALLOS

El modo de fallo es un síntoma de fallo distinto de la razón probada de la existencia normal de los síntomas, es decir que tiene otra causa de fallo.

Con las técnicas de análisis de los modos de fallo se identifican los posibles fallos de las partes de un sistema complejo y se estudia su efecto respectivo sobre el sistema total. Una tabla de fallos básica característica de cada clase de componentes debe quedar reflejada en una matriz elaborada a partir de la historia pasada. Las columnas de la matriz son los modelos del producto (por ejemplo, en función de la temperatura) colocados en orden cronológico y las filas son las características propensas al fallo (por ejemplo, las cargas eléctricas a que son sometidos unos transistores, diodos, condensadores, etc..).

Se han utilizado varios enfoques para mostrar la criticidad de los modos de fallo. En algunos de ellos, se calcula un número que identifica la prioridad de riesgo de acuerdo con las clasificaciones de los componentes en frecuencia de ocurrencia, gravedad y probabilidad de detección. Este número también establece las prioridades para una posterior investigación de los diferentes modos de fallo. En otros, se da una cuantificación más precisa de la criticidad utilizando datos sobre la duración de la correspondiente fase de la misión debido al modo de fallo, para calcular la probabilidad de fracaso de cada misión. Al multiplicar entre sí ambas medidas del modo de fallo, se obtiene la tasa de fallo de la parte o unidad modular, lo cual viene a significar la participación que un determinado modo de fallo tiene en la tasa de fallo total.

c.     MANTENIBILIDAD

Es otro parámetro de aptitud de uso de un producto. Es la facilidad con que pueden realizarse el mantenimiento preventivo y correctivo de un producto. Más técnicamente se dice que es la posibilidad de que un artículo que se encuentre en condiciones especificadas pueda ser, en un período de tiempo dado, conservado en ó restituido a, un estado determinado en el cual pueda realizar las funciones exigidas, mientras el mantenimiento sea realizado en las condiciones especificadas y siempre que se usen los recursos y procedimientos prescritos.

La evolución de este concepto ha provocado loa aparición de una especie de disciplina en la que sus especialistas intentan trabajar con los diseñadores para desarrollar los objetivos de mantenibilidad. Igual que los especialistas de la fiabilidad, los de mantenibilidad han encontrado resistencia por parte de los diseñadores y el grado de éxito ha sido variable.

A medida que los productos han pasado de simples a complejos, los problemas de mantenibilidad se han multiplicado. Para muchos productos electrónicos militares los costos anuales de mantenimiento representan varias veces el costo original del equipo. Como resultado de ello han sido creadas especificaciones que exigen el desarrollo de objetivos de mantenibilidad, predicción y análisis de la mantenibilidad durante el proceso de diseño y demostración de que los objetivos de mantenibilidad han sido alcanzados. Estos esfuerzos han producido avances, por ejemplo, revestimientos de aluminio, baterías sin mantenimiento, cojinetes autolubricados, mayor tiempo entre cambios de aceite, menor tiempo para cambiar de un motor a otro.

Las etapas a cumplir en la evaluación de la mantenibilidad son similares a las de la fiabilidad, es decir:

·         1- listar los modos de fallo del diseño propuesto,

·         2- para cada modo de fallo, determinar el efecto sobre otros componentes o sobre todo el sistema,

·         3- para cada modo de fallo, evaluar la probabilidad de ocurrencia, la accesibilidad, la detectabilidad y las horas de trabajo para servir o reparar el conjunto. El "valor de servicio" es el producto de estas evaluaciones. Cuanto mayor sea la cifra, más grave será el modo de fallo. El análisis también tiene en cuenta los tipos de rutina de servicio requeridos por el diseño.

d.     DISPONIBILIDAD

Es la posibilidad de que un artículo realice la función necesaria cuando se requiere utilizarlo. La disponibilidad de un producto depende de cuán frecuentemente se producen fallos (fiabilidad), de cuánto tiempo es necesario para corregir cualquier fallo (mantenibilidad) y de la cantidad de mantenimiento que es necesario aportar.

La disponibilidad se calcula como la relación entre el tiempo operativo ó disponible y la suma de los tiempos operativo más no operativo. El tiempo total en estado operativo es la suma del tiempo empleado en:

·         1- uso activo

·         2- estado de reserva. El tiempo total en estado no operativo, ó tiempo de avería no disponible, es la suma del tiempo empleado en

·         3- reparación activa y

·         4- esperando piezas de recambio, papeleo, etc. El tiempo no operativo se considera en dos maneras:

·         5- la disponibilidad operacional ó tiempo de paro total (Ao) que incluye el tiempo de reparación activa de diagnosis y reparación, y el tiempo del mantenimiento preventivo y el logístico de la espera del personal o de las piezas del recambio, y

·         6- la disponibilidad intrínseca ó tiempo de reparación activa (Ai), así:

·           TÉCNICAS AUXILIARES DE DISEÑOS DE PROCESOS

o    Ingeniería simultánea.-

La ingeniería simultánea debe su auge actual al éxito de su aplicación práctica en las empresas japonesas, especialmente en las del sector de la automoción. Toyota fue una de las primeras empresas en su aplicación a mediados de los años sesenta, Mazda la introdujo a finales de los setenta y Nissan no lo hizo hasta mediados de los ochenta. Por lo que respecta a su aplicación en empresas occidentales, General Motors y Ford introdujeron la ingeniería simultánea en sus procesos a finales de los ochenta.

Esta técnica se basa en solapar las diferentes actividades para conseguir una reducción en el tiempo de mercado. Los efectos de este solapamiento de actividades se pueden observar claramente en la siguiente figura, donde se comparan dos proyectos realizados en el sector de la electrónica y telecomunicaciones de los Estados Unidos, uno de naturaleza tradicional o secuencial y otro de naturaleza flexible o simultánea.

La ingeniería simultánea se asocia generalmente con el solapamiento de las actividades de diseño, desarrollo y fabricación de nuevos productos, sin embargo, esta simultaneidad de actividades puede extenderse al resto de áreas funcionales, apareciendo lo que se conoce de forma genérica como gestión simultánea de actividades. Las características básicas de la ingeniería simultánea, son:

- Concurrencia.- Tanto producción como proceso son diseñados de forma paralela.

Limitaciones.- Las limitaciones del proceso son tenidas en cuenta en el diseño del producto, haciendo que los componentes del producto sean fáciles de montar, fabricar y manejar, usando para ello la tecnología existente.

Coordinación.- Se coordinan proceso y producto para cumplir los requerimientos de calidad, costes y tiempo.

Consenso.- Las decisiones de mayor importancia acerca de productos y procesos se toman con la participación de todo el equipo por consenso.

De acuerdo con Youssef (2004) podemos definir la ingeniería simultánea como una filosofía de diseño que promueve esfuerzos colectivos e integrados de un cierto número de equipos implicados en la planificación, organización, dirección y control de todas las actividades relacionadas con productos y procesos, desde la generación de la idea hasta la terminación del producto o servicio, de forma que:

-          los diseños, medios de fabricación y tecnologías de la información disponibles son eficientemente utilizados.

-          se enfatiza el trabajo en equipo.

-          se eliminan redundancias y las actividades que no generan valor añadido.

-          se promueve la integración en la empresa.

-          los requerimientos del consumidor y la calidad son tenidos en cuenta desde el diseño del producto.

o    Diseño para la excelencia.-

Todo producto tiene que satisfacer o cumplir varios objetivos: funcionar satisfaciendo los deseos del cliente, ser fácil de ensamblar, de mantener y reparar, de probar, de disponer de él y muchos otros. Aquellas empresas que quieran triunfar deben considerar todos estos objetivos desde las primeras etapas del proceso de diseño.

De Andrade (2006) afirma que, además de los clientes y la empresa, existen otra serie de personas u organizaciones que se ven afectadas por el nuevo producto y por las actividades de su ciclo de vida. Por ello el objetivo del proceso de diseño debiera ser que el producto resultante satisfaga el conjunto de necesidades de todas las personas u organizaciones afectadas, de la forma más eficiente.

Para alcanzar este objetivo surge el denominado Diseño para la Excelencia o Design for Excelence (DFE), que engloba una serie de técnicas de diseño, cuyo objetivo es gestionar la calidad, el coste y el tiempo de entrega del nuevo producto. A continuación analizaremos brevemente cada una de las técnicas englobadas dentro del DFE:

Diseño para el ensamblaje.

El Diseño para el Ensamblaje o Design for Assembly se centra en simplificar el proceso de ensamblaje, con lo que se reduce el ciclo de fabricación y se mejora la calidad del producto. Para ello, esta técnica permite a diseñadores e ingenieros evaluar sistemáticamente los componentes y ensamblajes, de forma que resulten fáciles de ensamblar y de fabricar.

Se trata de simplificar el proceso de fabricación y ensamblaje todo lo que sea posible, de modo que se eviten o reduzcan al máximo posibles errores en el proceso. Para ello, los componentes se diseñan de forma que sólo puedan ser ensamblados de un modo, con lo que se elimina la posibilidad de fallos en el ensamblaje.

Diseño para la fabricación.

Esta técnica trata de facilitar el proceso de fabricación, simplificando el diseño del nuevo producto por medio de una reducción de los componentes que lo integran. Esta reducción en el número de componentes facilita la fiabilidad del producto, disminuye los costes del ciclo de vida del producto, reduce el número de horas de ingeniería de diseño necesarias, reduce las compras, los inventarios y el espacio para almacenar los componentes.

Diseño para las pruebas.

El objetivo de esta técnica es diseñar un producto de forma que las pruebas, a las que va a ser sometido antes de su lanzamiento y fabricación, puedan realizarse fácilmente y en el menor período de tiempo.

Una de las posibles formas de simplificar estas pruebas es diseñar el producto de forma modular, de manera que cada uno de los módulos puedan ser probados de forma independiente, siendo posteriormente necesarios tan sólo algunos tests para verificar la correcta integración de los diferentes módulos.

Diseño para el servicio.

Esta técnica, también conocida como Design for Service o Design for Serviceability, permite tener en cuenta en el diseño del producto aquellos factores que facilitan la prestación de los servicios asociados al uso del producto.

Los clientes demandan productos que se averíen lo menos posible y, en caso de avería, desean que la reparación sea lo más rápida posible. Por ello muchas empresas están adoptando una estrategia de productos fáciles de mantener y reparar, ofreciendo a sus clientes varios años de garantía, durante los cuales todas las reparaciones y tareas de mantenimiento corren por cuenta del fabricante.

Diseño para la internacionalización.

El objetivo de esta técnica es gestionar el proceso de diseño, de modo que el producto resultante pueda ser adaptado con facilidad a las características particulares de cada país donde vaya a ser introducido.

Diseño para el medio ambiente.

Esta técnica pretende integrar factores medioambientales en el proceso de diseño de nuevos productos. En concreto, los factores ambientales, que han de tenerse en cuenta a la hora de proceder al diseño de un nuevo producto, son los siguientes:

a) Uso de materiales.- Se debe tratar de utilizar la mayor cantidad posible de materiales renovables, la menor cantidad de material posible, así como tratar de reducir al máximo el número de componentes del producto.

b) Consumo de energía.- En este campo se debe tender a una reducción en el consumo de energía necesaria para la fabricación del producto, así como a una utilización de fuentes de energías renovables y limpias (energía solar, eólica, hidroeléctrica, etc.).

c) Prevención de la contaminación.- En el diseño del producto se deben evitar o, al menos, reducir al máximo las posibles emisiones tóxicas durante el proceso de producción, así como durante la utilización del producto.

d) Residuos sólidos.- Se debe tratar de reducir al máximo el volumen de residuos sólidos generados al terminar la vida útil del producto, así como durante su proceso de fabricación. Para ello el equipo de diseño debe procurar que la mayor parte de los componentes del producto resultante sean reutilizables o, al menos, reciclables. Esto es lo que se conoce en la literatura especializada como Diseño para el Desensamblado (Design for Disassembly o DFD) y Diseño para la Refabricación (Design for Remanufacture o DFR).

Diseño para facilitar las operaciones.

Esta técnica trata de tener en cuenta desde las primeras etapas del proceso de diseño las necesidades de los operadores y usuarios del producto. Así, si el producto tiene un coste elevado, los potenciales usuarios del mismo perderán interés en dicho producto. Del mismo modo, si el producto es difícil de utilizar o dicha utilización entraña algún peligro, el producto perderá su valor para el usuario.

         Por ello, para evitar estas situaciones, el producto debe tener un coste de operación razonable y un adecuado valor añadido. Para ayudar a conseguir estos objetivos el Diseño para facilitar las Operaciones o Design for Operability se vale de otras técnicas de diseño, entre las que cabe destacar el Despliegue de la Función de Calidad (QFD).

·           TÉCNICAS DE ANALISIS DE DISEÑOS DE PROCESOS

Un proceso industrial (o un nuevo proceso) solo tiene estabilidad en el mercado (o perspectivas de comercialización) si su aspecto económico es favorables. A continuación se presentan algunas técnicas para el análisis de un diseño de un proceso:

1.  Diseño preliminar

2.  Estudio de preinversión

3.  Diseño final, o ingeniería de detalle

En el primer nivel se toma información básica del proyecto, con diseños aproximados y escenarios económico simples, para llegar a un diagnostico preliminar sobre el potencial económico del proceso. Esta etapa debe hacerse en forma tan rápida como sea posible, para tomar la decisión de continuar con el proyecto, si existe un potencial favorable o terminarlo y no invertir tiempo adicional en el si es claro que el proceso no tiene perspectivas razonables.

En el segundo nivel, el panorama promisorio del proceso amerita un diseño más elaborado y un análisis más riguroso, con estimaciones de inversiones más confiables, y costos de operación más desglosada. Se aplica el mismo tipo de lógica, el proceso debe volver a analizarse para examinar su potencial económica y dictaminar si se debe continuar con su proyecto de comercialización.

El tercer nivel típicamente se lleva a cabo por una firma especializada, con el fin de elaborar diseños finales y planos para la construcción del equipo. Dada la información que se genera en forma de un diseño final, las estimaciones a este nivel son las más exactas que se pueden tener para la etapa de diseño del proceso, y constituyen los mejores pronósticos de lo que se espera durante la operación comercial del proceso.