Planificación de la producción en un taller de moldes

ASCAMM está desarrollando un software para dar una solución

El sector de empresas fabricantes de moldes, como muchos otros ámbitos industriales, lleva tiempo acusando los efectos de las últimas tendencias de los sistemas de producción globales. Las ligaduras impuestas por los tres objetivos de competitividad, calidad-coste-tiempo, son cada vez más fuertes. Estas empresas están bajo presión constante por proveer productos de mayor calidad de manera más rápida.

El concepto de calidad se ha ido modelando históricamente y ha sido el sistema de producción moderno el que ha puesto de manifiesto su importancia. A la definición clásica de calidad, i.e. conformidad con las especificaciones del producto, se han ido incorporando nuevos enfoques que contemplan la satisfacción del cliente y el involucrar a todos los departamentos de la empresa. La calidad ya no es un estándar controlado por expertos sino un blanco en movimiento controlado por el cliente.

La fecha de entrega es un hito que acostumbra a venir fijado por las necesidades del cliente y para el moldista eso significa un fuerte compromiso. El usuario presiona para conseguir un plazo más corto y el moldista se encuentra frente al dilema de aceptar, sabiendo que ello afectará a todos los eslabones de su cadena de producción, o rechazarlo, perdiendo un proyecto (o el cliente mismo en última instancia). Además, para mantener la confianza del cliente hay que conseguir una repetitividad en la puntualidad de la entrega del molde, o lo que es lo mismo, una desviación estadística cero entre el plazo previsto y el real. Sumergidos en la tendencia actual de reducción del time-to-market, las fechas de entrega son los puntos donde se aplican las fuerzas que controlan la totalidad del sistema para asegurar la satisfacción de todos los clientes.

Mención especial requiere el problema de las frecuentes modificaciones que sufre el producto durante su desarrollo, especialmente si se trabaja en entorno de ingeniería simultánea. Actualmente, bajo el enfoque sistemático de la ingeniería concurrente, el diseño de producto y el diseño de proceso se consideran en paralelo, eliminándose, en teoría, la barrera funcional entre la concepción del producto y su manufactura. En la práctica, el moldista sigue recibiendo peticiones de modificación por cambio de diseño ya en fases avanzadas de mecanizado. Son pocos los clientes que previenen de los puntos de la pieza que están más expuestos a cambios súbitos de diseño; esta ausencia de prognosis que se le depara al moldista, unida a una inamovilidad de la fecha de entrega, a la postre resultan críticas para la programación del taller y la óptima asignación de los recursos.

El número de moldes que se fabrican simultáneamente en el taller ha experimentado un notable incremento. También es frecuente una mayor complejidad en gran parte de los diseños. Y a este ritmo crescendo de producción todavía hay que añadir un nuevo reto, la necesidad de adaptación de los recursos al proceso de cambio continuo y de innovación tecnológica.

Así es como se originan algunos de los serios conflictos de planificación de la producción que, de manera progresiva, se dan actualmente en este sector. A diferencia de las industrias de producción continua, los moldistas están inmersos en un tipo de producción que les hace casi imposible aprovecharse de las soluciones de la economía de escala, y en particular, de sus paquetes de software de planificación.

Desde hace algunos meses ha habido una demanda creciente, por parte de las empresas del sector, en lo que respecta a la necesidad de implantación y mejora de sus sistemas de planificación y control de la producción (en adelante PCP para abreviar). Hoy día, el origen del problema de planificación de estas empresas no es la oportunidad, como lo fue hace unos años, sino la necesidad.

ASCAMM, haciéndose eco de esta necesidad, que un gran número de asociados le ha manifestado directamente, ha integrado un equipo humano para ofrecer una solución al problema. El proyecto que está en marcha en ASCAMM cuenta con el apoyo parcial del MINER durante el año 1999, a través de la iniciativa ATYCA, y con la colaboración de una veintena de empresas del sector. El objetivo es desarrollar un software de PCP adaptado específicamente al sector y que satisfaga los requerimientos funcionales del su sistema particular de producción.

El proyecto encara un tipo peculiar de proceso productivo. Ateniéndose a la naturaleza del flujo de materiales entre las diferentes etapas que componen el proceso, hablaríamos de producción intermitente. Considerando la variedad y cantidad de productos a producir, se trata de una producción de taller (job shop) de volumen unitario y por proyecto. Estos talleres tienen que fabricar un único producto, haciéndolo a medida y por encargo. Los rasgos definitorios de este tipo de producción son:

• Polivalencia elevada de los trabajadores.
• Utilización de bastantes equipos de propósito general.
• Gran diversidad de rutas de taller.
• Distribución de planta por proceso, i.e. agrupándose las máquinas que realizan las mismas operaciones.

La esencia de la PCP reside en la correcta administración de las desviaciones de calidad, coste y tiempo, para conseguir que estén dentro de los umbrales permitidos por la consistencia con los objetivos de la empresa. Para lograr este objetivo es necesaria una optimización y una integración inteligente entre la planificación y el control de los sistemas de producción.

La función que se tiene que optimizar depende de muchos parámetros: número de tareas a procesar, número de máquinas, tiempo de procesado de cada tarea en cada máquina, márgenes de demora permitidos, ponderación de cada tarea respecto al resto, etc. Por optimización se entiende una minimización de los tiempos muertos de máquina y de la necesidad de subcontratación de recursos, cumpliéndose siempre los plazos dentro de los márgenes de demora permitidos. Tras la planificación optimizada siempre se está a tiempo de volver a los niveles de subcontratación anteriores, simplemente aumentando la producción de moldes en curso o liberando aún más carga a los recursos propios de la empresa.

A diferencia de los talleres de producción continua, en los talleres de producción de moldes no se puede establecer una única secuencia de recursos que tengan que recorrer en el mismo orden todos los componentes. Cada pieza tiene su propia ruta; a lo sumo podemos agrupar ciertas piezas por equivalencia de rutas: punzones, cavidades, correderas, etc. En la Fig.1 se muestra muy esquemáticamente un ejemplo de layout para un taller de moldes. Se han superpuesto las rutas de manufactura para dos piezas diferentes. Imagínense por un momento como se saturaría el diagrama al considerar las trazas de la gran cantidad de piezas para cada molde por el número total de moldes que coexisten en producción. Aquí comienza a vislumbrarse el orden de magnitud del problema de la programación de este tipo de talleres.

En este sentido, el tipo de producción intermitente posee una complejidad combinatoria añadida que no se da en la producción continua: existen (t!)^m maneras de programar t tareas en m máquinas equivalentes o existen (m!)^p maneras de programar p piezas en un circuito obligado de m máquinas. Es fácil comprobar como se disparan estos números incluso para pequeños valores de t, p y m.

Esta explosión combinatoria demuestra la complejidad del problema y justifica el interés y el esfuerzo de la comunidad científica por diseñar algoritmos que lo simplifiquen y lo hagan tangible. El objetivo de estos algoritmos puede resumirse en encontrar en un tiempo útil la secuencia que más se aproxime a la óptima real con un nivel de confianza aceptable y previamente fijado. Cómo conseguir esto, sin tener que explorar toda la casuística, ha dado lugar al nacimiento de un gran número de métodos de optimización. Según el grado de explosión combinatoria se recurre a diferentes tipos de algoritmos: desde los enumerativos a los heurísticos. Las nuevas técnicas de reducción de dominios, propagación de ligaduras y algoritmos genéticos, están resultando muy útiles en estos problemas de scheduling.

El enfoque más común del problema de programación de tareas en la producción intermitente de taller es utilizar reglas de ejecución por prioridades. La idea básica es programar las tareas de manufactura del molde tan pronto como se puedan; si hay más de una tarea en espera de ser procesada por la misma máquina, se ordenan por prioridades.

Existen en el mercado actual multitud de paquetes para la programación de la producción, desde software de dominio público para PC hasta aplicaciones hechas a medida que cuestan decenas de millones de pesetas. Para la programación de un taller como el que nos atañe tenemos que exigir que la aplicación tenga las siguientes funciones básicas: vista gráfica para la introducción y visualización de las tareas, evaluación de la programación, ajuste manual de la programación, algoritmo de obtención de la programación óptima, posibilidad de simulación de la programación, y finalmente, generación eficiente de informes. Exponemos brevemente las prestaciones mínimas que tienen que ofrecer estas funciones.

• Una interface mal diseñada puede hacer que incluso el mejor software de planificación pierda facilidad de uso y parezca reservado sólo a una minoría de expertos. En el entorno de producción de un taller de moldes la interface tiene que ser suficientemente clara, práctica y flexible. Deberán combinarse los conceptos de ergonomía con aquellos pertenecientes puramente a la psicología cognitiva del usuario. Tendrá que verse la aplicación como una continuidad natural del entorno de trabajo y no como una herramienta extraña que no acaba de ajustarse a las necesidades del taller. La claridad de las salidas gráficas repercutirá en una rápida respuesta mental ante un posible aluvión de información y, en definitiva, en un aumento de las posibilidades prácticas de planificación.
• Algunas aplicaciones hacen una estimación de la "bondad" de la programación de taller que se tiene bajo estudio, evaluándose parámetros relevantes como: tiempos muertos, tiempos de proceso, tiempos de demora, uso de recursos, etc.
• Es importante que el paquete proporcione al usuario la posibilidad de ajustar manualmente la programación, y preferiblemente que permita hacerlo desplazando las tareas sobre el propio diagrama de Gantt.
• El núcleo funcional de la aplicación ha de ser un buen scheduler que, como se vio anteriormente, obtenga la secuencia de tareas optimizada. Deberá tratarse de un algoritmo potente para poder atacar con éxito el gran dominio combinatorio que conlleva un tipo de producción intermitente.
• Poder simular cambios en la planificación es un requerimiento funcional ineludible para un moldista porque las modificaciones son una constante de su producción. Esta funcionalidad otorga una prognosis cuya utilidad supera el ámbito del departamento de planificación, llegando al departamento comercial. Es sumamente necesario que un comercial pueda simular como se tendría que replanificar la producción y cual sería el nivel de sobrecarga de recursos antes de aceptar ante el cliente un nuevo proyecto de molde. El procesador de la aplicación ha de ser lo suficientemente rápido como para ofrecer una respuesta al "qué pasaría si se acepta" durante el transcurso de la negociación de las condiciones.
• La eficacia de los informes generados automáticamente aumentará la calidad y rapidez del flujo de información con los diferentes departamentos de la empresa, con el cliente final del producto y con los proveedores. Cada vez son más los clientes que exigen periódicamente un diagrama Gantt con el estado de progreso de la manufactura de su molde y la aplicación tendrá que cubrir satisfactoriamente estas expectativas. Además, hay que olvidar las hojas de trabajo que diariamente se reparten a los responsables de los recursos máquina; su eficaz generación también es una imposición funcional al software.

Es difícil encontrar aplicaciones que cumplan simultáneamente todos estos requisitos funcionales (Una recopilación de links útiles y valoraciones sobre aplicaciones comerciales económicas de propósito más general y gestión de proyectos, podrán hallarla en la siguiente dirección web del Augsburg College de Minneapolis: www.augsburg.edu/depts/infotech/pmsw/PMSoftware.html).

Abundan los programas poco flexibles a la hora de ajustar manualmente la secuencia de tareas. Con frecuencia el algoritmo de optimización no esta a la medida del enfoque del tipo de producción intermitente y la experiencia ha demostrado que el utilizar métodos heurísticos propios de otros tipos de producción (como la continua) supone para la empresa un esfuerzo de adaptación desproporcionado a las necesidades propias, en el caso de que finalmente se consiga.

En conclusión, al avanzar en la búsqueda de una herramienta definitiva, el abanico de posibilidades se va cerrando cada vez más alrededor de paquetes a medida y adaptaciones de aplicaciones que contengan heurísticos eficaces para producción intermitente. Es en este marco en el que se está desarrollando actualmente la solución propuesta por ASCAMM.

Ricard Jiménez
Departamento de I+D e Innovación
Fundación ASCAMM