Sistemas de control push-pull. Un estudio comparativo.

SISTEMAS DE CONTROL PUSH-PULL. UN ESTUDIO COMPARATIVO. Ruiz-Usano, R. F amiñán, J.M., C espo, A., Muñoz, M.A. G upo I+DT O ganización Indus ial. Dp o. O ganización Indus ial y Ges ión de Emp esas Escuela Supe io de Ingenie os. Uni e sidad de Se illa. Camino de los Descub imien os, s.n., 41092 - Se illa E-Mail: [email protected] RESUMEN Un aspec o undamen al a ni el ope acional en los sis emas de p oducción es la ob ención de la can idad deseada de unidades a p oduci con la mínima can idad de in en a io en p oceso. Pa a consegui lo podemos op a po dis in os sis emas de con ol de la p oducción. Es os sis emas se suelen denomina con ca ác e gene al po el e ec o eje cido sob e el lujo de ma e iales: push - e ec o de empuja -, pull -e ec o de i a - e híb idos si se dan ambos e ec os. Pa a compa a dichos sis emas se han cons uído los siguien es modelos: uno co espondien e a un sis ema push pu o, o o pa a el sis ema pull más di undido: el JIT/KANBAN, o o pa a el sis ema CONWIP –long pull- y inalmen e, o o pa a el sis ema CONWIP adap ado al OPT/DBR. Dichos modelos se han simulado u ilizando el paque e de simulación WITNESS en dis in os en o nos: un en o no clásico de dos líneas que con e gen a una sola de mon aje; o o cuando exis e de mane a cla a un cuello de bo ella y inalmen e el caso de apa ición de unidades de ec uosas. Pa a es udia el compo amien o de cada uno de los modelos simulados se ha e aluado an o la asa de p oducción alcanzada como el ni el del in en a io en p oceso. Los esul ados ob enidos mues an la supe io idad del sis ema CONWIP en e al sis ema push y al JIT/KANBAN, especialmen e cuando la línea debe ope a casi a plena capacidad. Palab as Cla e: Sis emas Push-Pull. JIT/KANBAN, CONWIP, OPT/DBR. Simulación 1. In oducción. Pa a man ene la compe i i idad en las líneas de ab icación-mon aje es p eciso la u ilización de sis emas de con ol adecuados que asegu en un co ec o uncionamien o de las mismas. Los modelos cons uídos y simulados en es e abajo a an de ep oduci di e en es si uaciones y complejidades con las que se encuen an las emp esas ecuen emen e en sus líneas de p oducción. Especialmen e, aquellas elacionadas con los mecanismos de con ol de la p oducción, aquí denominados sis emas de con ol. En la sección 2 se p esen an los dis in os sis emas analizados y la cons ucción de sus co espondien es modelos. Pa a comp oba y compa a el compo amien o de los dis in os sis emas se han u ilizado dos medido es de p oducción ales como la p oducción o al ealizada (denominada Th oughpu ) y los ni eles de in en a io en el sis ema. Los expe imen os ealizados así como los esul ados ob enidos po simulación se p esen an, en o ma de ablas y igu as, en las secciones 3 y 4 espec i amen e. Pa a la simulación se ha u ilizado el so wa e de simulación g á ica in e ac i a WITNESS. Finalmen e en la sección 5 se exponen una se ie de conclusiones ob enidas en el p esen e abajo. 2. Modelos de los sis emas PUSH-PULL Los sis emas de con ol que deseamos compa a son po una pa e sis emas PULL ales como JIT/KANBAN, CONWIP y po o a pa e un sis ema PUSH. El más conocido de los sis emas PULL es el sis ema JIT/KANBAN. Es un sencillo mecanismo de con ol y p opo ciona buenos esul ados allí donde pueda se aplicado. Sin emba go no es ácil de aplica , Monden [1], en los casos que se p oducen un po cen aje al o de echazos, exis encia de iempos de cambio de modelo (se up), ó denes de abajo con iempos de p oceso muy b e es o cuando la demanda luc úa. Figu a 1. El modelo KANBAN. El sis ema JIT/KANBAN se ha modelado al como se mues a en la igu a 1. La es ación de abajo o Máquina denominada como MAQ comienza a p oduci , en nues o caso, si y solo si, el in en a io disponible en el Bu e , denominado como BUFF, es igual o meno que una unidad. La p oducción se pa a cuando el in en a io alcance un alo especi icado, el núme o de kanban´s (NK). Así pues el núme o de kanbans se u iliza á como la a iable de con ol del sis ema. El sis ema CONWIP es desc i o po sus c eado es, Spea man, Hopp y Wood u [2], como un sis ema long-pull en el cual las a je as se asocian a las ó denes de abajo a lo la go de oda la línea de p oducción en luga de a cada una de las es aciones de abajo como ocu e en el sis ema JIT/KANBAN. La a je a CONWIP se asocia así a la o den en an e de abajo y acompaña a és a has a su e minación, momen o en que es de uel a al a je e o cabece a de la línea. Dependiendo de cuando se de uel e la a je a, cuando llega a la úl ima es ación o bien cuando se en ega la o den inalizada pa a s ock pueden ca ac e iza se dis in os sis emas CONWIP: pa a s ock o con a pedido. En es e abajo suponemos que de ol emos la a je a cuando la o den llega a la úl ima es ación. La disciplina en la ab icación es FCFS . Sin emba go se han encon ado que cuando se p oduce dis in os ipos de ó denes podemos u iliza o as eglas, F amiñán, J.M. e al [3], ob eniéndose mejo es esul ados en el sis ema. Como es bien sabido en es e sis ema no se pe mi e comenza la p oducción de ninguna o den si no hay a je as disponibles incluso si la p ime a es ación es u ie a disponible. Es e mecanismo limi a el in en a io máximo en la línea, no limi ando el amaño de los bu e s indi iduales, al como lo hace el JIT/KANBAN. En la igu a 2 se mues a el modelo CONWIP que se ha u ilizado en es e abajo. Figu a 2. El modelo CONWIP. El sis ema CONWIP goza de las en ajas de los sis emas pull, ales como iempos de lujo o de esidencia educidos y educidos ni eles de in en a io en p oceso. Además, se puede aplica a dis in as con igu aciones de líneas de p oducción pa a las que el sis ema JIT/KANBAN es ex emadamen e complejo, y po lo an o no esul a ú il, su aplicación. Un ejemplo de ello se da cuando cambia el plan de p oducción con ecuencia. En es e caso es p eciso en el sis ema JIT/KANBAN ealiza el eajus e del núme o de a je as mien as que no ocu e lo mismo con el CONWIP. El e ce sis ema de con ol es un mecanismo pu o de empuje, push, en el que la capacidad de los bu e s, s ocks in e medios, se ha limi ado pa a e i a que el sis ema quede bloqueado po un exceso de in en a io en p oceso. De acue do con, Conway [4], pa a que la línea quede equilib ada dis ibuímos de mane a uni o me la capacidad de los bu e s. 3. Expe imen os. Pa a el es udio del compo amien o del sis ema se han lle ado a cabo es expe imen os di e en es. En odos ellos se ha supues o de que siemp e enemos disponible ma e ias p imas pa a comenza la p oducción, y que exis e siemp e un clien e que e i a el pedido comple ado con lo cual el sis ema no queda nunca acío po al a de ma e iales ni bloqueado po exceso de los mismos. En el p ime expe imen o ealizado se ha simulado una línea ípica de mon aje, idén ica a la u ilizada po Lamb ech y Seage [5]. Es a se mues a en la igu a 3 en la que puede e se 8 es aciones de abajo, cada una con un iempo de p oceso que sigue una dis ibución exponencial. El iempo medio es 10 unidades de iempo, mien as que el coe icien e de a iación es 0.10. Las es aciones MAQ003 y MAQ006 alimen an a la es ación MAQ007. Pa a el diseño del sis ema CONWIP se han u ilizado las dos amas que con e gen en MAQ007. La p ime a que incluye la línea o mada po las es aciones MAQ001-MAQ002-MAQ003-MAQ007-MAQ008 y la segunda po las es aciones, MAQ004-MAQ005-MAQ006-MAQ007-MAQ008. Figu a 3. Línea de Mon aje. El segundo expe imen o se ha diseñado pa a pone de mani ies o la in luencia de la exis encia de un cuello de bo ella en el compo amien o del sis ema. La línea de p oducción pa a es e expe imen o se mues a en la igu a 4, en la que puede e se los iempos medios uni a ios de p oceso en cada es ación. La MAQ004 con un iempo medio de p oceso de 15 se á el cuello de bo ella. La dis ibución de p obabilidad seguida po los iempos es de nue o exponencial, con coe icien e de a iación 0.10. Figu a 4. Línea con un cuello de bo ella en la es ación MAQ004. En es e segundo expe imen o analizamos los esul ados del sis ema CONWIP, en su diseño o iginal y e lejando dis in os aspec os que mani ies an sus au o es pa a en o nos con un cuello de bo ella bien di e enciado. En es os casos, se ha cambiado la ci culación de las a je as CONWIP; és as se de uel en a la cabece a de la línea an p on o como haya inalizado la ope ación co espondien e en el cuello de bo ella. Aguas abajo del mismo el mecanismo es cla amen e de empuje has a el inal de la línea. Es a si uación e leja de mane a el en oque p opues o po Gold a [6] del DBR o TOC. Finalmen e, se ha lle ado a cabo un e ce expe imen o que supone pé didas po echazos (Sc ap). En es e expe imen o hemos conside ado seis es aciones de abajo con un iempo medio de p oceso de 10 unidades de iempo, de i ados de una dis ibución exponencial. El coe icien e de a iación, al igual que en o os expe imen os se ha man enido en 0.10. Se ha supues o que un po cen aje de piezas son echazadas debido a p oblemas o iginados en las es aciones de abajo. 4. Resul ados de la simulación. Los modelos se han cons uído u ilizando el so wa e de simulación g á ica in e ac i a WITNESS. La simulación se ha ealizado pa a un ho izon e de 60.000 unidades de iempo. Con obje o de minimiza los e ec os ansi o ios iniciales que pueden p oduci se se ha es ablecido un pe íodo de wa m-up de 10.000 unidades de iempo. Pa a cada expe imen o se han ealizado cinco eplicaciones. Pa a los sis emas JIT/KANBAN y CONWIP la a iable de con ol son el núme o de a je as kanban y el núme o de a je as conwip. Pa a el sis ema push, la capacidad de los bu e s. En cada expe imen o se han lle ado a cabo egis os de los alo es alcanzados po las a iables p oducción o al (Th oughpu ) ealizada e sus el ni el de in en a io. En la igu a 5 se mues an los esul ados ob enidos pa a el p ime expe imen o: línea de mon aje. Se ep esen an los alo es del oughpu e sus el ni el de in en a io. Puede comp oba se la supe io idad, con es os medido es, del CONWIP en e al KANBAN y al PUSH analizados. Así pa a el mismo ni el de in en a io el sis ema CONWIP nos da una mayo p oducción o al o bien equie e menos ni el de in en a io pa a alcanza una de e minada p oducción. El JIT/KANBAN es el que mues a un peo compo amien o de los es. Los esul ados del segundo expe imen o, exis encia de un cuello de bo ella, se mues an en la igu a 6. El sis ema CONWIP de nue o p opo ciona los mejo es esul ados, especialmen e cuando es e es modi icado pa a ep oduci el sis ema DBR/TOC de Gold a . Cuando se da la exis encia de un po cen aje de pé didas po echazo (sc ap) al como se ha analizado en el expe imen o 3 el CONWIP disminuye su e ec i idad. Cuando los echazos son nulos de nue o CONWIP demues a su supe io idad en e al KANBAN, como puede ap ecia se en la igu a 7. Sin emba go cuando las pé didas po echazo apa ecen la supe io idad de CONWIP en e al KANBAN desapa ece al como se mues a en la igu a 8. La azón de es e compo amien o pod ía encon a se en las u as al e na i as de las a je as cuando se p oducen echazos. Pa e de las a je as ealizan la ci culación comple a mien as que o as uel en con las piezas echazadas a las es aciones de abajo co espondien es pa a su ep ocesado. Podemos conside a que el mecanismo o iginal CONWIP de ci culación de a je as se ompe po la apa ición de un po cen aje echazado de ó denes de abajo o piezas. El esul ado que se p oduce es la disminución de la p oducción jun o con el aumen o de los ni eles de in en a io. Figu a 5. Resul ados del Expe imen o 1. Línea de Mon aje. Figu a 6. Resul ados del segundo expe imen o. Figu a 7. Resul ados del e ce expe imen o. (Sin echazos) Figu a 8. Resul ados del e ce expe imen o (con pé didas po echazos) 5. Conclusiones. El sis ema CONWIP ue c eado como una al e na i a al KANBAN. Las a je as CONWIP se asocian a la o den de abajo a lo la go de la línea de p oducción en luga de asocia se a una sola es ación de abajo como ocu e en el KANBAN. Es e hecho p opo ciona una mayo libe ad en la localización de los s ocks in e medios p oduciéndose un enómeno de au o egulación de los mismos. El sis ema lle a el WIP, In en a io en P oceso, allí donde se necesi a. CONWIP puede se aplicado en en o nos donde el KANBAN no puede se lo, al como ocu e cuando se modi ica con ecuencia el p og ama de p oducción. Además es posible ex ende la aplicación del mismo a líneas de mon aje mos ándose como con el CONWIP se alcanza un mayo p oducción en la línea con meno es in en a ios en p oceso. El sis ema CONWIP puede se ans o mado, con buenos esul ados, en un sis ema DBR en en o nos donde se ha iden i icado un cuello de bo ella bien di e enciado. Se ha is o que CONWIP y DBR compa en ca ac e ís icas comunes. El papel de la “Rope” en el DBR es sus i uído po las a je as en el CONWIP. El “D um” queda ía sus i uído po el mecanismo de con ol de las a je as en la cabece a y el “Bu e ” queda au o egulado en el CONWIP. El sis ema CONWIP con i ma, a la is a de los expe imen os ealizados, la mayo ía de sus expec a i as de, además de se un sis ema PULL compa i los bene icios del sis ema KANBAN con la posibilidad de su aplicación en en o nos donde el KANBAN ha demos ado unos pob es esul ados o bien su aplicación esul a muy di icul osa. Sin duda, de los si emas analizados el CONWIP pa ece el más ap opiado pa a abaja en si uaciones donde las líneas deben ope a casi a plena capacidad. Ha demos ado inalmen e se un sis ema más obus o que el KANBAN cuando el p og ama de p oducción se modi ica con ecuencia, man eniendo las en ajas de los sis emas PULL en e a los PUSH. 5. Re e encias. [1] Monden, Y., Toyo a P oduc ion Sys em: P ac ical App oach o Managemen Indus ial Enginee ing and Managemen P ess. No c oss. 1983 [2] Spea man, M.L., Wood u , D.L. and Hopp, W.J., "CONWIP: a pull al e na i e o kanban" In e na ional Jou nal o P oduc ion Resea ch. 1990, 28, pp. 879-894. [3] F amiñán, J.M., Ruiz-Usano, R., Leis en, R.,“Inpu con ol and dispa ching ules in a dynamic CONWIP low-shop” In e na ional Jou nal o P oduc ion Resea ch. 2000, 38, pp. 4589-4598 [4] Conway, R., Maxwell, W.,McClain,J. and Thomas, J., "The Role o Wo k-In-P ocess In en o y in Se ial P oduc ion Lines" Ope a ions Resea ch. 1988, 36, pp. 229-241. [5] Lamb ech , M. and Seage , A., "Bu e S ock Alloca ion in Se ial and Assembly Type o P oduc ion Lines". In e na ional Jou nal o P oduc ion Managemen . 1990, 10, pp. 47-61. [6] Gold a , E.M. The Hays ack Synd ome. No h Ri e P ess. 1990