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Más principios Lean: 3) Estandarización. f) Macrocélulas manuales

Vamos a dar un paso más y supongamos que partimos de varias células de 2-4 operarios. De lo que se trata ahora es de analizar la conveniencia de una macrocélula en U acercando los puestos de fabricaciones distintas.

Esta propuesta tiene especialmente sentido ante la aplicación de un takt-time ya que los operarios necesarios en 3 células pueden ser, por ejemplo: 1,7, 2,3 y 3,5. Si éstas trabajan de forma independiente, los operarios necesarios se redondean al alza, requiriendo 2 + 3 + 4 = 9 personas.

En cambio, si podemos compartir operarios entre células y con una buena distribución de las operaciones, serían suficientes 1,7 + 2,3 + 3,5 = 7,5, es decir, 8 personas, consiguiendo así un incremento de productividad teórico de 9/8 = 12,5%.

Al tratarse de actividades manuales, no deberían existir incompatibilidades en el acercamiento de puestos y el cambio de layout debería ser poco traumático.

Para lograr la productividad que pretendemos, la clave es que el operario que comparte células tenga un procedimiento eficiente y para ello, además de minimizar los desplazamientos, para lograr un buen equilibrado:

Los distintos takt-times deberían ser del mismo orden de magnitud y suficientemente altos
Los tiempos de operación unitarios deberían ser lo bastante cortos como para facilitar el reparto de operaciones
Las células deben ser monoproducto o de referencias de carga muy similar para que el número de personas necesario sea constante y siga siendo posible la compartición de operarios entre células para los distintos mix de referencias

Por estos motivos, habrá un conjunto de referencias C, con un takt-time muy largo y cargas de trabajo muy dispares que ni trabajarían a takt-time ni compartirían operarios con el resto. Según el volumen y diversidad de esta célula de “varios” hay que analizar la conveniencia de integrarla en la macrocélula teniendo en cuenta que el objetivo es optimizar el flujo de las referencias A y no entorpecerlo añadiendo excesiva complejidad al conjunto.

Independientemente de si trabajamos en una macrocélula multireferencia o en células independientes, el layout resultante puede tener un aspecto parecido. La principal diferencia es que en el caso integrado tengo que acercar más las entradas y salidas de las subcélulas para minimizar desplazamientos, asegurando siempre la operatividad de los aprovisionamientos.

En el caso de células independientes, se pueden mantener los puestos algo más separados para facilitar los flujos logísticos y contar con zonas de paso transversales además del pasillo central longitudinal.

Más principios Lean: 3) Estandarización. e) ¿Micro o macrocélulas?

En el caso de procesos manuales, veamos los pros y contras de utilizar más o menos personas en una célula comparando 4 microcélulas individuales, que llamaremos C1 (no confundir con puestos aislados) con una macrocélula de 4 personas, C4. Respecto de la C1 podemos decir:

Al trabajar 4 C1 simultáneamente, se fabrican 4 referencias en paralelo, nivelando la producción y minimizando stocks de materia prima y producto terminado
El operario realiza la pieza completa, lo que supone una mayor integración horizontal, polivalencia y responsabilidad sobre el proceso productivo
El tiempo de ciclo de la pieza es igual a la carga de trabajo manual, por lo que saturación del operario es del 100%
El control de producción identifica claramente la productividad de cada operario por lo que un sistema de incentivos individual es inequívoco
Cada operario marca el ritmo por lo que se favorece y se puede premiar a los mejores trabajadores
Se puede perder productividad en desplazamientos si la microcélula se compone de varios puestos
La planificación de la producción, la logística, el control visual o la supervisión son más complicados

Respecto de la C4:

Probablemente ocupa menos espacio y requiere de menos medios que el conjunto de las 4 C1
Se fomenta el trabajo en equipo y la interacción con los compañeros
Favorece posibles mejoras técnicas y automatizaciones ya que la C4 solo requiere de un mecanismo (por cuatro en la C1) reduciendo el retorno de la inversión
Mayor división del trabajo, mayor pericia en la micro-operación a cambio de un trabajo más monótono
Creación de un flujo tenso con varios operarios trabajando de forma sincronizada. Esto puede ayudar a subir el ritmo de los operarios lentos pero también causar una bajada de los más rápidos
Oscilaciones en la actividad de un operario afectan al resto, por este motivo suele existir un pequeño stock en curso entre puestos
Requiere un equilibrado de operarios que difícilmente será perfecto (saturación promedio = 100%), encerrando así una determinada pérdida de productividad
También existe una pequeña pérdida de productividad por la manipulación de piezas al cambiar de manos
Si el espacio no es suficientemente grande, los operarios se pueden molestar entre sí, aunque sea puntualmente
Ante absentismo, la C4 ya no puede funcionar como tal debiéndose adaptar a una C3 con el reequilibrado correspondiente

Más principios Lean: 3) Estandarización. d) Creación de una sección

Aunque el objetivo de la producción mezclada sea agrupar referencias distintas en una misma línea, por las características del producto y del proceso y por volumen, se requerirán células, a priori, independientes entre sí.

Si la velocidad nos viene determinada, es decir, si el ritmo lo marca la máquina o estamos imponiendo un takt-time, habrá que considerar tantas personas como la carga manual dividido por el tiempo de ciclo de la célula, redondeando al alza. La saturación de estos operarios siempre será mayor que (100 – 100/n)% siendo n el número de operarios necesarios. Por ejemplo: si n = 4, la saturación mínima promedio del conjunto de operarios será del 75%.

Vemos pues que cuanto menor es el número de operarios (n), menor es la saturación mínima promedio. En el caso de n = 1, cuando la carga manual de una determinada referencia es inferior al tiempo de ciclo, la saturación del único operario puede ser muy baja. Para solucionar el problema deberíamos acercar distintas células entre sí para crear una entidad mayor que sería multiproducto.

Si n > 4, la saturación mínima promedio será suficientemente alta como para que no tenga mucho sentido acercar las distintas células entre sí. En este caso, cada línea trabajará con operarios distintos.

Si la velocidad es regulable, por ejemplo, en el caso de procesos manuales, el objetivo será encontrar la configuración más productiva adaptando la velocidad a una saturación resultante de los operarios elevada, por lo que también es más innecesario la necesidad de juntar células. Esta posibilidad de ajustar la velocidad también tendrá mayor impacto en el caso de pocos operarios.

Por ejemplo, aplicando un takt-time, podría ser que los números dieran la necesidad de 1,2 operarios, es decir 2 con el redondeo al alza, con una saturación promedio del 60%. Reduciendo la velocidad (del orden de un 20%), podría ser suficiente un solo operario saturado al máximo.

Resumiendo, las líneas se suelen programar a la máxima velocidad que permite una eficiencia razonable, es decir, aquella que permita obtener el máximo output. Una elevada carga de trabajo manual garantiza un número de operarios suficiente como para que su saturación promedio pueda ser suficientemente alta.

En procesos muy automatizados será más necesario acercar células para así poder trabajar a máxima velocidad y compartir entre ellas las cargas de trabajo manual. Habrá casos en los que las características de los procesos no permitirán esta redistribución del layout, por lo que la regulación de la velocidad puede ser una opción.

Todas estas variantes hay que contrastarlas con el takt-time, la eficiencia, el porcentaje de coste de la MOD, etc. Como siempre, habrá que analizar cada situación concreta para plantear la mejor solución sin caer en apriorismos.

Más principios Lean: 3) Estandarización. c) Creación de células

Supongamos que es factible y conveniente el diseño de una célula a partir de puestos desconectados. Las ganancias más evidentes son la reducción del lead-time, stock en curso y superficie ocupada ya que en lugar de repetir una misma operación a un conjunto de piezas se realizan todas las operaciones seguidas a una sola pieza en un layout más compacto.

Esta creación de flujo también genera, en principio, un incremento de productividad ya que, al integrar procesos, se eliminan las dobles manipulaciones correspondientes a cargar y descargar piezas a un contenedor de producto en curso así como los transportes de dichos contenedores entre puestos.

Sin embargo, una persona procesando piezas continuamente a puesto fijo tendrá una alta pericia en la operación y, puesto que no se mueve del sitio, debería tener una productividad local máxima. La productividad global dependerá de los tiempos de trabajo, movimientos y esperas, y de que la máquina cuello de botella trabaje o no en continuo, de tal modo que hay que valorar los siguientes despilfarros:

Una generación de stock y una posible espera del operario a la máquina (caso del puesto fijo)
El desplazamiento de los operarios al puesto siguiente y una posible espera de la máquina al operario (caso de la célula integrada)

Más argumentos para la linealización son:

Conseguir que la célula imponga el ritmo si bien esto también puede suceder en puestos aislados
Poner a un grupo de personas a trabajar juntas a una productividad objetivo constante, facilitando la programación y el control
Facilitar la integración horizontal y la mayor polivalencia del trabajador

También hay que tener en cuenta que, según las características del proceso, las células tendrán características suficientemente distintas de cara a la MOD:

A mayor automatización, mayores tiempos de ciclo y mayor porcentaje de operaciones frecuenciales o fuera del ciclo de la máquina, mayor separación hombre-máquina, mayor polivalencia, mayor número de desplazamientos (con máquina en marcha) y mayor productividad potencial a conseguir con la integración
En procesos más manuales, ciclos más cortos y operaciones a ciclo, sucede todo lo contrario, la célula no dejará de ser una suma de puestos fijos adyacentes con mayor división del trabajo y apenas desplazamientos. En este caso, probablemente haya que generar un pequeño lote de piezas y la productividad a ganar es menor ya que la saturación de partida de los operarios suele ser más alta

Más principios Lean: 3) Estandarización. b) Acerca de la distribución en planta

Plantear un layout ideal genérico para todos los casos es una simplificación puesto que la distribución física en planta depende de toda una serie de características de los elementos que intervienen:

Máquinas: tamaños, tiempos de ciclo, accesos al interior, puntos de entrada y salida de materiales y producto en curso, etc.
Operaciones manuales a llevar a cabo: cargas de trabajo, tiempos unitarios, operaciones a ciclo o frecuenciales, etc.
Materiales: flujos, volúmenes, stocks necesarios, frecuencias de aprovisionamiento, etc.
Sistema de transporte y almacenaje: posibilidad de conexión física, cintas transportadoras, estanterías, contenedores, etc.
Instalación: limitaciones de espacio propias de la nave y coherencia dentro de la distribución y flujos globales de la fábrica

Una disyuntiva habitual es la célula en U vs. una línea recta, la cual aleja a los operarios pero, en contrapartida, optimiza aún más la superficie ocupada y propicia un flujo de materiales más lógico con la entrada por un extremo y la salida por el otro (mientras que en la U, la entrada y la salida es por el mismo lado).

Las líneas muy automatizadas suelen ser un caso aparte. Hay que tener en cuenta que se diseñan con una cierta longitud para disponer de un mínimo buffer entre máquinas (especialmente a la entrada del cuello de botella) que facilite que puedan trabajar en continuo (la velocidad de la cinta suele ser superior a la de la máquina) y esto permite compensar las distintas microparadas.

Estas líneas tan largas con máquinas de una cierta envergadura hay que adaptarlas al espacio disponible, de tal forma que terminan adoptando formas varias que penalizan la productividad manual ya que, pese a la menor carga de trabajo y tratarse de operaciones frecuenciales, las largas distancias no favorecen que una misma persona controle dos puestos.

Ya sabemos también que la creación de flujo no será siempre posible por incompatibilidades entre procesos. Recordemos también que en una línea:

El OEE resultante es la multiplicación del OEE individual de cada máquina por lo que la eficiencia global disminuye
Se pierde capacidad global ya que, salvo el cuello de botella, las máquinas integradas en una línea Pull trabajan a baja velocidad
Se pierde flexibilidad ya que con máquinas desconectadas se puede realizar un mayor número de referencias y operaciones en paralelo
Una línea también es inflexible en cuanto a que tiene un determinado tamaño. Un cierto incremento en la demanda exigiría una compleja modificación física o montar una nueva línea. En puestos aislados probablemente no sería necesario duplicar todas las máquinas

Más principios Lean: 3) Estandarización. a) Células en U

Una vez disponemos de una demanda nivelada y los procesos definidos con operaciones y tiempos, estamos en disposición de reflexionar acerca de la distribución en planta.

La metodología Lean plantea un layout conceptual que consiste en disponer los puestos de trabajo en dos hileras enfrentadas a lo largo de un pasillo central. Según convenga, uno de los extremos se cierra de tal forma que el conjunto adquiere una forma de “U”.

Esta configuración es especialmente adecuada en procesos manuales o semi-automáticos con mucha manipulación de carga y descarga a cargo de los operarios, de tal modo que:

Se acercan los puestos de trabajo para minimizar posibles desplazamientos entre ellos
Se juntan los operarios en el centro de la célula para que las operaciones manuales puedan ser fácilmente intercambiables
La proximidad y accesibilidad de los puestos permiten una separación hombre-máquina: el operario no procesa continuamente piezas en un puesto fijo sino que efectúa varias operaciones a una pieza en distintas máquinas
Dicha integración horizontal, la proximidad de puestos y la movilidad de los operarios favorece la creación de flujo y, por lo tanto, la reducción de stock en curso y del lead-time de fabricación
La gran cantidad de micro-operaciones disponibles facilita la reconfiguración del trabajo del operario, de tal modo que, para distintos escenarios de demanda (cambios de tiempo de ciclo), la productividad permanece constante
La distribución en U y la disminución de stock entre puestos permiten reducir considerablemente la superficie ocupada
Se consigue una separación física muy evidente entre fabricación (dentro de la U) y aprovisionamiento (fuera de la U), lo que facilita la distinción entre operarios y procesos de producción y logísticos
El área de trabajo adquiere una mayor lógica visual y se facilita su gestión y control, tanto para producción como para aprovisionamiento
Se favorece la mejora continua y futuras automatizaciones, porque un mismo automatismo (con la suficiente flexibilidad) sirve potencialmente a un mayor número de referencias, con lo que el retorno de la inversión es menor

La célula en U hay que tratarla como un concepto teórico que deberá adaptarse a una realidad que no siempre le será favorable, como veremos a continuación.

Más principios Lean: 2) Nivelación. f) Acerca de la estandarización

La suma de la carga de trabajo manual de las referencias asignadas a una sección partido por su tiempo de ciclo, nos da el número de operarios necesarios.

El caso más sencillo es cuando disponemos de una línea de producción que trabaja a ritmo de la demanda de tal forma que el denominador de la ecuación es el takt-time. Esto me permite tener un equipo de personas constante trabajando con procedimientos estándar.

Si la velocidad de dicha línea es el doble o el triple del ritmo equivalente al takt-time a un turno se puede jugar con el número de turnos pero en otras cadencias impuestas por la máquina, la sección no trabajará de forma constante ya que no tendrá carga suficiente (se presupone que, para cumplir con la demanda, el tiempo de ciclo será siempre inferior al takt-time a un determinado número de turnos). Es decir, habrá horas no utilizadas, lo que implica que deben existir otras líneas en la misma situación que puedan aprovechar estas horas-hombre sobrantes.

A medida que el número de líneas crece, la estandarización se va complicando porque las posibles combinaciones de líneas trabajando en un preciso instante se incrementan de tal modo que será difícil establecer un procedimiento global.

Todavía se complica más el ejercicio si, en lugar de líneas, hablamos de máquinas individuales que tienen su propio tiempo de ciclo en función de la referencia que estén fabricando. En este escenario será muy complicado definir un estándar donde un mismo operario realice tareas en máquinas distintas.

Esto tiene mayor impacto en el caso de saturaciones bajas. En este escenario tan variable con múltiples configuraciones, el reparto se produciría en una asignación sobre la marcha que debería tener en cuenta las máquinas que están funcionando, la carga manual de cada referencia, los tiempos de ciclo, las eficiencias y los desplazamientos entre puestos, lo cual será inviable en la mayoría de los casos, contrario a la idea de estándar y probable motivo de conflicto en una gestión permanente.

Por este motivo, en un job-shop, difícilmente se produce la separación hombre-máquina a costa de una menor productividad manual. Recopilando: una reingeniería orientada a acercar máquinas y compartir operarios entre ellas será más factible si se cumplen las siguientes condiciones:

Cargas de trabajo constantes en las máquinas, es decir, capacidades cercanas al 100%
Tiempos de ciclo, cargas de trabajo y eficiencias similares tanto para las distintas referencias de una máquina como para las distintas máquinas.
Tareas manuales realizadas fuera del ciclo de la máquina, pudiendo acumular un pequeño stock o tiempos de ciclo suficientemente largos para tener tiempo de completar las tareas en los distintos puestos
Escenario de alta automatización, con saturaciones bajas respecto a una máquina

Más principios Lean: 2) Nivelación. e) Acerca de máquinas inflexibles

Hasta ahora, estamos considerando equipos flexibles, de velocidad modulable. Sin embargo, puede ser que ésta sea fija o se mueva en un rango limitado. En el caso de máquinas individuales como inyectoras o prensas nos encontraremos con un tiempo de ciclo técnico que nada tiene que ver con el takt-time.

Es un caso típico de la configuración job-shop, con secciones formadas por un parque de máquinas de similares características donde cada una de ellas trabaja las horas correspondientes a la demanda.

En este escenario, normalmente, existe una determinada sobrecapacidad y polivalencia de los operarios que van cambiando de máquina según necesidades, lo que supone una planificación y gestión de materiales más compleja, y donde la búsqueda del óptimo local puede perjudicar la perspectiva del conjunto perdiendo productividad global.

Si no trabajamos a takt-time, como en este caso, hay que llevar a cabo un análisis de capacidad. Para cada referencia, la cantidad de piezas a fabricar multiplicado por el tiempo de ciclo me da una cantidad de horas que vamos asignando a cada máquina, según el tiempo disponible. La asignación depende de la compatibilidad y conveniencia “referencia-máquina” atendiendo al mínimo coste (tiempo de ciclo menor, mayor eficiencia, mayor aprovechamiento de las prestaciones de la máquina, etc.).

De este modo, vamos cargando cada máquina hasta el 100% de su capacidad, incluyendo las distintas causas de pérdida de eficiencia. Según la demanda y el reparto de referencias a máquinas, se necesitarán más o menos turnos.

Hay polémica respecto al tercer turno ya que, por un lado, los costes de MOD y algunos indirectos son más elevados, hay menos control y soporte por parte de la estructura y, en un contexto de modelo X de McGregor, la productividad sería más baja. Por el contrario, en una organización tipo Y, precisamente por este menor ajetreo, la productividad incluso podría ser más alta.

Si estamos ya a 3 turnos y alguna máquina nos queda sobrecargada, habrá que pensar en las siguientes soluciones:

Intercambiar referencias entre máquinas, aún a costa de la productividad
Plantear horas extra o subcontratar alguna de las referencias
Reducir tiempos de paro programado tales como arranques, cambios de turno, bocadillos, etc. con comodines
Plantear un proyecto técnico para conseguir reducir los tiempos de ciclo de esas referencias en esas máquinas
Plantear un proyecto de reingeniería para incrementar la eficiencia de la máquina (reduciendo averías, microparos, tiempos de cambio, problemas de calidad, etc.)

Más principios Lean: 2) Nivelación. d) Takt-time en procesos automáticos

La adaptación del ritmo de producción a la demanda es mucho más sencillo en procesos manuales donde se puede jugar con el número de personas para equiparar la capacidad de producción al takt-time.

En este caso, las únicas restricciones pueden venir por limitaciones en la infraestructura o algún medio de producción que pueda ser cuello de botella. También hay que tener en cuenta la ley de rendimientos decrecientes, según la cual el incremento de operarios, manteniendo la productividad constante, tiene un límite, que en una línea de producción puede el espacio físico disponible ya que excesivas personas terminarían por molestarse entre sí.

En cambio, cuando el ritmo lo marca la máquina, la principal variable de la que disponemos para adaptarnos al takt-time es el número de turnos. Pongamos un ejemplo: un takt-time de 40 segundos, es decir, una velocidad de 90 piezas/hora. Supongamos que el cuello de botella de nuestra línea tiene una velocidad máxima de 180 piezas/hora. Con estos datos, se nos abren dos posibles claras alternativas: producir dos turnos a takt-time o producir un turno a máxima capacidad.

Siguiendo los preceptos Lean, habría que bajar la velocidad de la máquina y respetar el takt-time. Sin embargo, parecería más lógico aprovechar el potencial de la instalación, completar la producción en un solo turno y ahorrar costes indirectos. Otras consideraciones que debemos tener en cuenta son que, a mayor velocidad:

Mayor número de operarios, si bien en una relación no necesariamente proporcional
Menor eficiencia, al llevar a la máquina más al límite pudiendo generar más averías y micro-paros
Mayores mermas, incrementándose los costes de no calidad

Todo ello nos conduce a encontrar la configuración más productiva midiendo las piezas/hora OK reales dividido por el número de operarios en ambas alternativas.

Bien podría suceder que nos saliera más a cuenta trabajar dos turnos a 90 piezas/hora con una mayor eficiencia y un menor número de operarios. Llegados a este punto deberíamos analizar hasta donde podemos subir la velocidad sin penalizar la eficiencia ni necesitar más MOD.

Imaginemos que podemos llegar hasta 100 piezas/hora con las mismas personas. Al ganar un 100/90 = 11% de productividad se nos abren las siguientes posibilidades: prescindir de un turno a la semana o aprovechar ese tiempo adicional para realizar tareas de limpieza, preventivo, autocontroles de calidad, etc.

En este último caso habría también que definir si trabajar a 100 piezas/hora, cortar la producción y realizar las tareas a final de turno o trabajar a 90 piezas/hora y aprovechar la insaturación equivalente de los operarios para realizar las tareas durante el turno. Se trataría de probar las distintas posibilidades y ver con cuál obtenemos mejores ratios productivos.

Más principios Lean: 2) Nivelación. c) Definición

Hemos visto que una demanda muy variable o estacional no permite aplicar un takt-time constante y minimizar stocks al mismo tiempo, por lo que habrá que sacrificar alguno de los dos objetivos.

Ya analizamos los distintos costes de inventario y el grado de afectación en función de las características del producto (precio, tamaño, caducidad u obsolescencia) y del proceso (problemas de calidad entre fases).

Pero tener un takt-time variable genera también ineficiencias por la inexistencia de un procedimiento estándar único y por las necesidades variables de personal complicando la planificación y penalizando probablemente la productividad y la calidad, por no hablar de costes de contratación, formación, supervisión, etc.

La bibliografía Lean concluye que es preferible conseguir que la carga de trabajo sea constante, aunque sea a costa de generar stocks. Esta afirmación puede resultar chocante ya que contradice buena parte del relato que venimos haciendo donde tanto hemos insistido en el Pull como la esencia del Lean.

La nivelación expresa este concepto de equilibrar las cargas y se convierte en la nueva máxima de la metodología. Puesto que las distintas referencias de una línea pueden tener cargas de trabajo distintas, la nivelación también expresa la voluntad de que exista una rotación frecuente de esos artículos, precisamente para que el output a corto-medio plazo (una semana, por ejemplo) sea lo más constante posible, idealmente con una secuencia fija de pequeños lotes adaptados a las salidas de almacén y a unos costes logísticos razonables.

Si queremos tener un takt-time y un número de personas constante en la línea pero la carga de trabajo de las referencias es variable (presuponiendo que no vamos a modificar la actividad manual), la única solución es jugar con la saturación de los operarios.

Por ejemplo, se podría establecer una saturación promedio del 80%, de tal modo que los operarios tendrían margen para asimilar hasta un 20% adicional de carga. Lógicamente, esta sistemática también supondría que, con algunas referencias, la línea funcionaría con los trabajadores al 60%, un porcentaje que puede considerarse demasiado bajo.

Vemos pues como este sistema encierra una pérdida de productividad que sólo se puede resolver moviendo personas o adelantando o “externalizando” algunos trabajos para equilibrar la fabricación de las distintas referencias.

Otra ineficiencia al trabajar con una baja saturación de los operarios es que no estaremos aprovechando el máximo potencial de la línea, es decir, para determinadas producciones tendremos la línea sobredimensionada porque tanto el espacio físico como los tiempos máquina están diseñados para las referencias de mayor carga.

La conclusión es pues que, de cara a optimizar la productividad manual y la capacidad instalada, si queremos trabajar a takt-time, otro requisito es las referencias que pasan por una misma línea deberían tener una cantidad de trabajo similar.

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